通信領(lǐng)域采用FPGA芯片嵌入式系統分析方案

1.引言

由于FPGA 良好的可編程性和優(yōu)越的性能表現，當前液晶拼接屏幕采用FPGA 芯片的嵌入式系統數量呈現迅速增加的趨勢，特別是在需要進(jìn)行大規模運算的通信領(lǐng)域。目前FPGA 配置數據一般使用基于SRAM 的存儲方式，掉電后數據消失，每次上電后都要重新寫(xiě)入。配置數據的寫(xiě)入方式有3 種，即使用JTAG 仿真器、使用專(zhuān)用芯片以及使用微處理器。JTAG仿真器的方式在調試的時(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連接，失去了靈活性。使用專(zhuān)用芯片的方式可以將配置數據事先存儲在非易失性存儲介質(zhì)中，為大規模升級提供了方便，但不利之處在于專(zhuān)用芯片往往價(jià)格較高，并且也必須采用特定的存儲介質(zhì)，提升了系統成本，而且沒(méi)有利用到板上的現有資源，需要為配置芯片設置出專(zhuān)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前嵌入式系統中一般都存在的微處理器，同時(shí)液晶拼接屏幕也可以自行選擇合適的存儲介質(zhì)。下面就這種配置方案進(jìn)行說(shuō)明。

2. 系統介紹

2.1 系統工作原理

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。存儲配置數據的介質(zhì)是成本較低而且使用廣泛的SD 卡。

系統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(guò)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(xiě)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的時(shí)序都是不同的，因此對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(zhuān)用配置管腳的狀態(tài)決定的，對應的關(guān)系 如下表所示：

因在系統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 種模式的區別在與數據管腳的數 目不同，Slave Serial 模式只有1 個(gè)管腳用于數據傳輸，屬于串行傳輸，而Slave SelectMap 模式有8 個(gè)管腳用于數據傳輸，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功能、配置流程、配置數據等方面有自己的特點(diǎn)， 在進(jìn)行電路板設計以及程序編寫(xiě)時(shí)需要注意。下面對其主要特點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。

2.3.1 Slave SelectMap 模式使用的管腳信號：

SelectMap 模式下使用的FPGA 管腳為：

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