ACEX 1K系列CPLD配置方法探討(圖)

摘 要：介紹acex 1k系列器件的配置方法，對(duì)幾種方法進(jìn)行了分析對(duì)比，并著重論述了應(yīng)用配置器件配置
acex 1k系列器件的優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：cpld；配置器件；器件配置

1 引言
　　acex 1k系列器件是altera公司近期推出的新型cpld產(chǎn)品。該器件基于sram，結(jié)合查找表（lut）和嵌入式陣列塊（eab）提供了高密度結(jié)構(gòu)，可提供10 000到100 000可用門，每個(gè)嵌入式陣列塊增加到16位寬可實(shí)現(xiàn)雙端口，ram位增加到49125個(gè)。其多電壓引腳可以驅(qū)動(dòng)2.5v、3.3v、5.0v器件，也可以被這些電壓所驅(qū)動(dòng)；雙向i/o引腳執(zhí)行速度可達(dá)250mhz。該器件還應(yīng)用altera專利技術(shù)進(jìn)行了重要的生產(chǎn)改進(jìn)，進(jìn)一步降低了器件的成本，提高了產(chǎn)品的性能價(jià)格比。因此,acex 1k器件可用來(lái)實(shí)現(xiàn)許多邏輯復(fù)雜、信息量大的系統(tǒng)。但是在器件操作過(guò)程中，acex 1k系列器件的配置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在sram單元中，由于sram的易失性，配置數(shù)據(jù)在每次上電時(shí)必須被重新載入sram。

2 配置acex 1k系列器件三種方法的比較
　　對(duì)于acex 1k系列器件，目前實(shí)現(xiàn)加載的方法有以下3種：①采用prom并行加載；②采用單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)加載；③通過(guò)jtag口直接一次性實(shí)現(xiàn)編程數(shù)據(jù)加載。第一種方式需要占用較多的cpld管腳資源，雖然這些資源在加載完成后可用作一般的i/o口，但在加載時(shí)不允許這些管腳有其他任何外來(lái)信號(hào)源；另外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在prom與cpld之間的大量固定連線,如8位數(shù)據(jù)線以及大量訪問(wèn)prom的地址線等，使得pcb板設(shè)計(jì)不便。但是這種方式有一個(gè)好處，即prom的容量較大、容易購(gòu)置、價(jià)格低、技術(shù)支持（編程器）較好。第二種方式采用單片機(jī)控制，由prom中讀取并行數(shù)據(jù)，然后串行送出。由于涉及到單片機(jī)編程，對(duì)于開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)較為不便；另外，如果單片機(jī)僅用來(lái)實(shí)現(xiàn)該任務(wù)，較為浪費(fèi)硬件資源。cpld的一個(gè)最大優(yōu)點(diǎn)是采用計(jì)算機(jī)專用開(kāi)發(fā)工具，通過(guò)jtag口直接一次性實(shí)現(xiàn)編程數(shù)據(jù)加載，但是由于acex 1k器件sram的易失性使數(shù)據(jù)無(wú)法永久保存，為調(diào)試帶來(lái)很大的不便，特別是從事野外作業(yè)者。

　　目前，altera公司推出了相應(yīng)的配置器件。在cpld器件配置過(guò)程中，配置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在配置器件的eprom中，通過(guò)配置器件內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘控制數(shù)據(jù)輸出。本文以20腳epc2器件（以下簡(jiǎn)稱epc2）為例闡述配置器件與acex 1k系列器件的連接。

3 epc2器件簡(jiǎn)介
　　epc2具有flash配置存儲(chǔ)器,可用來(lái)配置5.0v、3.3v、2.5v器件。通過(guò)內(nèi)置的ieee std. 1149. 1 jtag接口epc2可以在5.0v和3.3v電壓下進(jìn)行在系統(tǒng)編程（isp）。 系統(tǒng)編程后，調(diào)入jtag配置指令初始化acex 1k器件。epc2的isp能力使acex 1k器件的初始和更新更容易。當(dāng)用epc2配置acex 1k器件時(shí)，在配置器件的內(nèi)部發(fā)生帶電復(fù)位延遲，最大值為200ms。alterat公司的quartusⅱ和max+plusⅱ軟件均支持配置器件的編程，設(shè)計(jì)中軟件自動(dòng)為每一個(gè)配置器件產(chǎn)生pof。多器件設(shè)計(jì)中，對(duì)于多個(gè)acex 1k器件，軟件可以將編程文件與一個(gè)或多個(gè)配置器件聯(lián)合。軟件允許用戶選擇適當(dāng)?shù)呐渲闷骷浞值貎?chǔ)存每一個(gè)acex 1k器件的配置數(shù)據(jù)。epc2器件用于與acex 1k器件連接的引腳功能見(jiàn)表1。

4 器件連接及工作原理
　　當(dāng)用一片epc2配置acex 1k器件時(shí)，epc2的控制信號(hào)ncs、oe、dclk直接和acex 1k系列器件的控制信號(hào)連接。圖1給出了acex 1k器件和一片epc2的連接關(guān)系。

　　epc2的ncs和oe引腳控制data輸出引腳的三態(tài)緩沖器，使能地址計(jì)數(shù)器和epc2的振蕩器。ncs引腳控制配置器件的輸出。當(dāng)oe引腳接低電平時(shí)，不論ncs為何狀態(tài)，地址計(jì)數(shù)器復(fù)位，data引腳輸出為高阻狀態(tài)。當(dāng)oe引腳接高電平時(shí)，如果ncs保持高電平，則計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，data引腳保持高阻狀態(tài)；如果ncs接低電平，則計(jì)數(shù)器和data引腳正常工作。epc2允許用戶將ninit_conf引腳與pld器件的nconfig引腳相連來(lái)初始化pld器件的配置。epc2的data引腳與acex 1k系列器件的data0或data引腳相連。存儲(chǔ)在epc2器件中的數(shù)據(jù)在其內(nèi)部時(shí)鐘的控制下順序輸出到data腳，然后在控制信號(hào)的控制下輸出到cpld器件的data0或data引腳。當(dāng)配置數(shù)據(jù)的大小超過(guò)一片epc2的容量時(shí)，可以采用多片級(jí)聯(lián)的方法。這時(shí)候器件的ncasc和ncs引腳做器件間的握手信號(hào)。器件連接如圖1虛線所示。

　　用級(jí)聯(lián)epc2 配置acex 1k器件時(shí)，epc2的操作與其在級(jí)聯(lián)鏈中的位置有關(guān)。當(dāng)級(jí)聯(lián)鏈中的第一個(gè)即主epc2加電或復(fù)位，且ncs腳為低電平時(shí)，主epc2控制配置進(jìn)行。配置過(guò)程中主epc2向其后的從屬epc2和cpld器件提供所有的時(shí)鐘脈沖，并向pld器件提供第一個(gè)數(shù)據(jù)流。當(dāng)主epc2中配置數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，器件的ncasc腳變?yōu)榈碗娖?，使第一個(gè)從屬epc2的ncs腳變?yōu)榈碗娖剑瑥亩箯膶賓pc2向外發(fā)送配置數(shù)據(jù)。每一片epc2中數(shù)據(jù)全部輸出且ncasc引腳為低電平時(shí)，器件的data引腳置為高阻狀態(tài)以避免和其他配置器件發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)。一旦所有的配置數(shù)據(jù)傳送完畢，且基于查找表的cpld器件的conf_done腳驅(qū)動(dòng)主epc2的ncs腳為高電平，主epc2器件將額外增加16個(gè)時(shí)鐘周期來(lái)初始化cpld器件。隨后主epc2器件進(jìn)入空閑狀態(tài)。當(dāng)需要另外加入epc2器件時(shí)，可以將欲加入的epc2的ncasc引腳和級(jí)聯(lián)鏈中的從屬epc2的ncs相連，dclk、data和oe引腳并聯(lián)。

5 結(jié)論
　　從上述的闡述中，我們可以看到：采用altera公司的專用配置器件加載數(shù)據(jù)時(shí)，配置器件與cpld之間的接口線非常少，且直接連接不需要外加智能控制器；通過(guò)器件內(nèi)置jtag口能夠?qū)?shù)據(jù)一次性寫入eprom中加以保存，而且當(dāng)config數(shù)據(jù)量較大時(shí)，可以采用多片級(jí)聯(lián)；器件可多次寫入，當(dāng)需要下載新數(shù)據(jù)時(shí)不需事先擦除器件中原有數(shù)據(jù)，只需將新數(shù)據(jù)直接寫入即可。由此可見(jiàn)采用配置器件加載數(shù)據(jù)方便、可靠、易學(xué)易用。 參考文獻(xiàn)
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3 configuration devices for sram-based lut device. altera corporation, 2002.2
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