基于SRAM的FPGA配置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式解析方案

1.引言

由于FPGA 良好的可編程性和優(yōu)越的性能表現(xiàn)，當(dāng)前采用FPGA 芯片的嵌入式系統(tǒng)數(shù)量呈現(xiàn)迅速增加的趨勢(shì)，特別是在需要進(jìn)行大規(guī)模運(yùn)算的通信領(lǐng)域。目前FPGA 配置數(shù)據(jù)一般使用基于SRAM 的存儲(chǔ)方式，掉電后數(shù)據(jù)消失，每次上電后都要重新寫入。配置數(shù)據(jù)的寫入方式有3 種，即使用JTAG 仿真器、使用專用芯片以及使用微處理器。JTAG 仿真器的方式在調(diào)試的時(shí)候使用較多，能隨時(shí)修改，但缺點(diǎn)是FPGA 芯片必須與電腦主機(jī)連接，失去了靈活性。使用專用芯片的方式可以將配置數(shù)據(jù)事先存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)中，為大規(guī)模升級(jí)提供了方便，但不利之處在于專用芯片往往價(jià)格較高，并且也必須采用特定的存儲(chǔ)介質(zhì)， 提升了系統(tǒng)成本，而且沒有利用到板上的現(xiàn)有資源，需要為配置芯片設(shè)置出專用的空間，占用了電路板上的空間資源。而第三種方式可以利用當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)中一般都存在的微處理器，同時(shí)也可以自行選擇合適的存儲(chǔ)介質(zhì)。下面就這種配置方案進(jìn)行說明。

2. 系統(tǒng)介紹

2.1 系統(tǒng)工作原理

本配置方案中使用的微控制器是Philips 公司生產(chǎn)的ARM7 處理器LPC2468。FPGA 則 是Xilinx 公司的Virtex SX95T。存儲(chǔ)配置數(shù)據(jù)的介質(zhì)是成本較低而且使用廣泛的SD 卡。

系統(tǒng)的工作原理是上電時(shí)微控制器LPC2468 從SD 卡中讀取FPGA 的配置文件，然后 通過其通用IO 管腳模擬FPGA 的某種配置模式的時(shí)序，將配置文件寫入到FPGA 的配置 RAM 中。Virtex 系列FPGA 有幾種不同的配置模式，每種配置模式使用到的管腳以及配置 信號(hào)的時(shí)序都是不同的， 因此對(duì)配置模式需要作出合適的選擇。

2.2 Viretex 系列FPGA 的配置模式

Viretex 系列FPGA 的配置模式是由上電時(shí)其專用配置管腳的狀態(tài)決定的，對(duì)應(yīng)的關(guān)系 如下表所示：

因在系統(tǒng)中使用微處理器作為主控制器，因此FPGA 的模式需選擇Slave 方式，所以有 2 種模式可以選擇，即Slave SelectMap 和Slave Serial。這2 種模式的區(qū)別在與數(shù)據(jù)管腳的數(shù) 目不同，Slave Serial 模式只有1 個(gè)管腳用于數(shù)據(jù)傳輸，屬于串行傳輸，而Slave SelectMap 模式有8 個(gè)管腳用于數(shù)據(jù)傳輸，屬于并行傳輸。這2 種模式可以任意選擇，本文選擇的是 Slave SelectMap 模式。

2.3 Slave SelectMap 配置模式

Slave SelectMap 配置模式在管腳信號(hào)功能、配置流程、配置數(shù)據(jù)等方面有自己的特點(diǎn)， 在進(jìn)行電路板設(shè)計(jì)以及程序編寫時(shí)需要注意。下面對(duì)其主要特點(diǎn)進(jìn)行說明。

2.3.1 Slave SelectMap 模式使用的管腳信號(hào)：

SelectMap 模式下使用的FPGA 管腳為：

根據(jù)上表，可以將微控制器的通用IO 管腳與上述FPGA 管腳連接起來，連接電路圖如圖1 所示：