基于單片機的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（被動串行）、PPS（被動并行同步）、PPA（被動并行異步）、PSA（被動串行異步）和JTAG（Joint Test Action Group）等五種方式。這五種方式都適用于單片機配置。PS方式因電路簡單，對配置時鐘的要求相對較低而被廣泛應(yīng)用。相比而方，采用PPA配置的方案卻很少見到。但由于PPA配置模式為并行配置，其配置速度快，且配置時鐘由FPGA內(nèi)部產(chǎn)生（而PS等配置模式需要外加配置時鐘），故其更有利于在線實現(xiàn)。本文的配置方案便是采用PPA配置方式實現(xiàn)的。

1．2 FPGA器件的配置文件

ALTERA的MAX+PLUS II開發(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)。對于不同的目標器件，配置數(shù)據(jù)的大小不同，配置文件的大小一般由.tbf文件（即二進制文件）決定。本實例中，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目標文件命令；②在變換SRAM目標文件對話框，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

AT89C52對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），通過格式轉(zhuǎn)換成為（.rbf）文件并存儲在圖中所示的存儲器中。當使用PPA配置方式時，需要將MSEL1和MSEL0置為高電平。為了不使DCLK出現(xiàn)不確定信號，必須將其經(jīng)過1kΩ電阻上拉到Vcc。在采用PPA配置方式時，nCS和CS兩個片選信號只需用一個。因此，如果采用其中一個作為片選信號，另一個必須直接置為有效位；如果選用CS作為片選信號控制配置，nCS必須接地；如果選用nCS作為片選信號控制配置，CS必須接高電平。本實例中采用后者。NRS為讀選通輸入信號，它為低輸入時，F(xiàn)LEX10K將RDYnBSY信號置于DATA7引腳。當nRS不用時，必須將其置為高。nCE為FLEX10K器件的使能輸入，nCE為低時使能配置過程。當器件是單片配置時，nCE必須始終為低。由于本實例為單片配置，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為寫選通輸入，由低到高跳變時鎖存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引腳是雙向漏極開路輸出，在作輸出使用時，應(yīng)用經(jīng)過1.0kΩ的電阻上拉到Vcc。