基于單片機(jī)的FPGA并行配置方法

1．1 FPGA器件的配置方式

ALTERA公司生產(chǎn)的具有ICR功能的FPGA器件有FLEX6000、FLEX10K、APEX和ACEX等系列。它們的配置方式可分為PS（被動(dòng)串行）、PPS（被動(dòng)并行同步）、PPA（被動(dòng)并行異步）、PSA（被動(dòng)串行異步）和JTAG（Joint Test Action Group）等五種方式。這五種方式都適用于單片機(jī)配置。PS方式因電路簡(jiǎn)單，對(duì)配置時(shí)鐘的要求相對(duì)較低而被廣泛應(yīng)用。相比而方，采用PPA配置的方案卻很少見(jiàn)到。但由于PPA配置模式為并行配置，其配置速度快，且配置時(shí)鐘由FPGA內(nèi)部產(chǎn)生（而PS等配置模式需要外加配置時(shí)鐘），故其更有利于在線(xiàn)實(shí)現(xiàn)。本文的配置方案便是采用PPA配置方式實(shí)現(xiàn)的。

1．2 FPGA器件的配置文件

ALTERA的MAX+PLUS II開(kāi)發(fā)工具可以生成多種配置或編譯文件，用于不同配置方法的配置系統(tǒng)。對(duì)于不同的目標(biāo)器件，配置數(shù)據(jù)的大小不同，配置文件的大小一般由.tbf文件（即二進(jìn)制文件）決定。本實(shí)例中，EPF10K10的配置文件.rbf的大小為15k。該文件包括所有的配置數(shù)據(jù)，一個(gè)字節(jié)的.rbf文件有8位配置數(shù)據(jù)。由于Altera提供的軟件工具不自動(dòng)生成.rbf文件，故文件需按照下面的步驟生成：①在MAX+PLUS II編譯狀態(tài)下，選擇文件菜單中的變換SRAM目標(biāo)文件命令；②在變換SRAM目標(biāo)文件對(duì)話(huà)框，指定要轉(zhuǎn)換的文件并且選擇輸出文件格式為.rbf(Sequential)，之后予以確定。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

AT89C52對(duì)EPF10K10并行配置的硬件電路示意圖如圖1所示。經(jīng)MAX+PLUS II編譯生成配置文件（.sof），通過(guò)格式轉(zhuǎn)換成為（.rbf）文件并存儲(chǔ)在圖中所示的存儲(chǔ)器中。當(dāng)使用PPA配置方式時(shí)，需要將MSEL1和MSEL0置為高電平。為了不使DCLK出現(xiàn)不確定信號(hào)，必須將其經(jīng)過(guò)1kΩ電阻上拉到Vcc。在采用PPA配置方式時(shí)，nCS和CS兩個(gè)片選信號(hào)只需用一個(gè)。因此，如果采用其中一個(gè)作為片選信號(hào)，另一個(gè)必須直接置為有效位；如果選用CS作為片選信號(hào)控制配置，nCS必須接地；如果選用nCS作為片選信號(hào)控制配置，CS必須接高電平。本實(shí)例中采用后者。NRS為讀選通輸入信號(hào)，它為低輸入時(shí)，F(xiàn)LEX10K將RDYnBSY信號(hào)置于DATA7引腳。當(dāng)nRS不用時(shí)，必須將其置為高。nCE為FLEX10K器件的使能輸入，nCE為低時(shí)使能配置過(guò)程。當(dāng)器件是單片配置時(shí)，nCE必須始終為低。由于本實(shí)例為單片配置，故將nCE直接接地。然后將EPF10K10的nCONFIG、CONF_DONE、nSTATUS、RDYnBSY分別接到AT89C52的P17、P14、P13引腳上。DATA[7..0]接到AT89C52的P07～P00。NWs為寫(xiě)選通輸入，由低到高跳變時(shí)鎖存DATA[7..0]引腳上的字節(jié)數(shù)據(jù)。要注意的是，nSTATUS引腳和CONF_DONE引腳是雙向漏極開(kāi)路輸出，在作輸出使用時(shí)，應(yīng)用經(jīng)過(guò)1.0kΩ的電阻上拉到Vcc。