CPLD對FPGA從并快速加載的解決方案

　　現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域的一種半定制電路，可以根據(jù)設(shè)計的需要靈活實現(xiàn)各種接口或者總線的輸出，在設(shè)備端的通信產(chǎn)品中已得到越來越廣泛的使用。FPGA是基于靜態(tài)隨機存儲器(SRAM)結(jié)構(gòu)的，斷電后程序丟失后的每次上電都需要重新加載程序。且隨著FPGA規(guī)模的升級，加載程序的容量也越來越大，如Xilinx公司的Spartan - 6系列中的6SLX150T，其加載容量最大可以達(dá)到4.125 MB.

　　1 FPGA常用配置方式

　　FPGA的配置數(shù)據(jù)通常存放在系統(tǒng)中的存儲器件中，上電后控制器讀取存儲器中的bit文件并加載到FPGA中，配置方式有JTAG、從并、從串、主從4種，不同廠家叫法不同，但實現(xiàn)方式基本都是一樣的。

　　(1)邊界掃描JTAG方式。單板調(diào)試階段常用JTAG模式，該方式需要控制器，F(xiàn)PGA等芯片JTAG接口構(gòu)成菊花鏈，且在該模式下，控制器其他功能不能使用。

　　(2)從串方式。從串加載方式占用資源少，主要是和FPGA相連的I/O接口較少，但是一個配置時鐘只能傳輸一個bit數(shù)據(jù)，速度相對較低。

　　(3)主從方式。該方式最主要的缺點是配套使用的FLASH存儲器必須是FPGA廠家指定的型號，且這個FLASH容量不大，不能和控制器的FLASH共用，使用這種方式，單板上就會有兩個FLASH，增加產(chǎn)品成本，因此該方案使用較少。

　　(4)從并方式。即文章中探討的FPGA加載方案。

　　2從并加載方式的實現(xiàn)

　　以Xilinx公司Spartan - 6系列FPGA為例，與從并加載相關(guān)的管腳如表1所示。

　　表1從并加載管腳名稱

　　由表1可以看出，從并加載接口占用的管腳資源是比較多的，即使加載數(shù)據(jù)總線使用8位，也要14個管腳，CPU一般沒有這么多通用輸入/輸出(GPIO)口，因此從并加載一般和CPLD配套使用。其加載流程如圖1所示。

　　圖1 SPARTAN-6從并加載流程

　　3基于CPLD的FPGA加載方案

　　3.1方案介紹

　　在設(shè)備端通信產(chǎn)品中，基于CPLD的FPGA從并加載框如圖2所示，配置數(shù)據(jù)存儲在FLASH中，且在加載數(shù)據(jù)之前，CPU通過局部總線和雙倍速內(nèi)存(DDR)接口，將配置數(shù)據(jù)從FLASH中搬移到DDR顆粒;真正需要加載時，再通過DDR2接口將配置數(shù)據(jù)搬移到CPU的緩存中，DDR2接口速度很快，其時鐘頻率可以達(dá)到266 MHz，因此①、②兩步加載時間可以忽略不計。

　　圖2基于CPLD的FPGA從并加載框