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FPGA器件在嵌入式系统中的配置方式的探讨

来源:微计算机信息/缪云青 李永刚?? 2006年08月15日 ?? 收藏0
A时,可以采用专用EPC配置器件、PS、PPS、PPA,但是PS、PPS、PPA比专用EPC配置更具成本和体积优势。在PS、PPS、PPA中,PS又是最优的通信方式。所以在嵌入式系统中,通常选择PS被动串行方式来配置FPGA

?????? 3. 嵌入式系统中FPGA的配置电路设计

?????? 3.1. PS方式配置时序???

?????? 在嵌入式系统中,微处理器可以产生配置时序,能够和FPGA直接通信,将ROM中的配置文件传输到FPGA的SRAM中去。通常使用PS被动串行方式进行配置FPGA,下面就通信中使用到的五根信号线的配置时序进行说明。

?????? 五根信号线分别为nCONFIG、nSTATUS、CONF_DONE、DCLK、DATA,连接微处理器的五个I/O口和对应的FPGA的引脚。&n;

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PS方式配置信号时序图

图1 PS方式配置信号时序图

?????? 微处理器上的五个I/O端口连接上述五个信号线。其中连接nCONFIG、DCLK、DATA端口设置成输出态,nSTATUS、CONF_DONE端口设置成输入态。当微处理器开始与FPGA通信时,微处理器首先在nCONFIG上送出一个大于8μm的负脉冲,并且检测nSTATUS上的信号。当FPGA接收到nCONFIG上的下降沿时,迅速将nSTATUS和CONF_DONE拉低,并且保持低电平信号一直到nCONFIG抬高电平。当nCONFIG上抬高电平后过1μm,nSTATUS也将电平抬高,微处理器检测到nSTATUS上的变化后认为FPGA已经做好了接收数据的准备。下一步微处理器将产生配置时钟脉冲,配置时钟的第一个上升沿至少要比nSTATUS上升沿晚1μm。又由于配置数据和配置时钟上升沿同步,所以在配置时钟上升沿发生之前,数据线必须已经有了配置数据信号。配置数据是按照低位在前高位在后的顺序把数据送上数据线。当所有数据都传输完毕后,CONF_DONE线上电平被抬高以示配置完毕。如果传输中出现了异常,FPGA迫使nSTATUS拉低电平,微处理器一旦检测到了这种现象将重新开始配置。由于配置文件中已经包含了FPGA初始化的一些代码,所以传输完配置文件后,FPGA就可以正常工作了。

?????? 3.2 配置电路设计

PS方式配置方式电路设计

?????? 嵌入式系统中FPGA的PS方式配置方式电路设计如图2所示。左侧的微处理器和FLASH、SDRAM组成了一个最基本的嵌入式系统。FLASH作为程序的存储器,其中存储着系统的整个应用程序、配置程序和配置文件。SDRAM作为系统程序运行空间,可以有效地解决微处理器自身SRAM容量小的问题。

?????? 4. 系统软件设计FLASH???

?????? 中存储的程序包括系统程序、配置程序、配置文件。系统加电后,微处理器从FLASH的0地址的引导程序开始运行,完成系统初始化后,微处理器将FLASH中的应用程序移至到SDRAM中运行。由于目前嵌入式系统大多采用实时多任务操作系统,所以设计时应将配置程序放置在第一个运行的任务中,保证开机后就开始运行。

?????? 软件设计时根据微处理器与FPGA通信信号线上的时序要求来设计。首先初始化微处理器的端口,在P0引脚上产生一个20μm的负脉冲,读取P4引脚上的信号,如果是高电平就开始数据准备,将数据读出,通过位移操作以串行比特流把低位的数据送上P1引脚,通过P2产生一个时钟上升沿。因为时钟上升沿与数据传送是同步的,这样P1引脚上的信号就传送到了FPGA。再将读出的数据右移位,将低位送上P1引脚,在P2上再产生一个时钟上升沿。如此循环下去,等读出的一个字节传送完毕时再读取下一个字节,按同样的方式传送出去。数据

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FPGA? 嵌入式? 配置?

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