一種基于A(yíng)PA300的創(chuàng )新型FPGA實(shí)驗板設計

　　摘 要: 基于A(yíng)ctel公司Flash型FPGA芯片APA300設計并實(shí)現一款創(chuàng )新型FPGA實(shí)驗板。該實(shí)驗板包括2片互通的APA300、豐富的外圍設備和常用外部設備端口，還提供與外部電路連接的擴展接口，能夠開(kāi)展多種創(chuàng )新性實(shí)驗，并可作為科學(xué)預研的平臺。在詳細介紹了實(shí)驗板各部分的實(shí)現原理和電路連接圖后，給出了實(shí)驗板的兩個(gè)典型創(chuàng )新性實(shí)驗示例：協(xié)處理器密碼機和MP3播放器。

　　21世紀的教育是開(kāi)放、創(chuàng )新的教育，其主要目標是培養具有創(chuàng )新能力的高素質(zhì)人才。因此，創(chuàng )新是教育、尤其是高等教育的靈魂。然而由于現有FPGA實(shí)驗平臺大多功能固定、可擴展性差、便攜性差，不方便學(xué)生進(jìn)行自主設計、自我創(chuàng )新。本文基于APA300設計并實(shí)現了一款成本低、功能強、可擴展性好、便攜性好的創(chuàng )新型FPGA實(shí)驗板，可方便學(xué)生開(kāi)展多種創(chuàng )新型實(shí)驗，進(jìn)行自主創(chuàng )新的探究性學(xué)習，能充分調動(dòng)學(xué)生的主觀(guān)能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)習興趣，增強學(xué)生的創(chuàng )新實(shí)踐能力，同時(shí)該實(shí)驗板還可作為科學(xué)預研的平臺。

　　1 FPGA器件的選用

　　FPGA器件選用Actel公司基于Flash開(kāi)關(guān)編程的ProASIC plus系列芯片APA300。該器件采用0.22 μｍ、4層金屬工藝制造，包含30萬(wàn)門(mén)系統門(mén)，有72 Kbit內嵌式RAM資源，編程信息存儲在Flash可編程邏輯開(kāi)關(guān)中，具有低功耗、高密度、非易失性、可重復編程、不需要專(zhuān)門(mén)的編程芯片等特點(diǎn)，同時(shí)由于其元胞陣列結構類(lèi)似于門(mén)陣列，具有與ASIC設計方案從物理上的易轉換特征，所以被廣泛應用于消費電子產(chǎn)品、工業(yè)控制、航空電子、通信技術(shù)領(lǐng)域[1]，性能可完全滿(mǎn)足高校FPGA教學(xué)和中規模數字系統設計要求，而且其開(kāi)發(fā)軟件Libero易學(xué)易用。

　　2 實(shí)驗板的設計與實(shí)現

　　實(shí)驗板總體結構框圖如圖1所示。實(shí)驗板主要包括2片APA300、數字量輸入、LED顯示、七段數碼管顯示、RS232串行接口、并行接口、蜂鳴器及其驅動(dòng)電路、多路時(shí)鐘信號源和高頻信號源以及電源和復位電路。為使開(kāi)發(fā)板使用靈活方便，還提供了能與外部擴展電路相連的擴展接口，并通過(guò)并行總線(xiàn)和狀態(tài)控制線(xiàn)實(shí)現2片APA300的互連。

　　2.1 APA300電路

　　為便于開(kāi)展創(chuàng )新性實(shí)驗和滿(mǎn)足外圍電路對IO數目的要求，實(shí)驗板選用2片PQFP208封裝形式的APA300芯片，它們之間通過(guò)16 bit并行接口相連。除并行接口外，2芯片間還添加了狀態(tài)控制線(xiàn)，即硬件握手信號線(xiàn)/START、/DONE，可加快相互通信的速率。常用的功能模塊與芯片U1相連，擴展接口與芯片U2相連。APA300電路連接圖如圖2所示。