FPGA的配置及接口電路
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FPGA的配置方式分為主動(dòng)式和被動(dòng)式，數據寬度有8位并行方式和串行方式兩種。在主動(dòng)模式下，FPGA在上電后，自動(dòng)將配置數據從相應的外存儲器讀入到SRAM中，實(shí)現內部結構映射；而在被動(dòng)模式下，FPGA則作為從屬器件，由相應的控制電路或微處理器提供配置所需的時(shí)序，實(shí)現配置數據的下載。 1配置引腳
FPGA的配置引腳可分為兩類(lèi)：專(zhuān)用配置引腳和非專(zhuān)用配置引腳。專(zhuān)用配置引腳只有在配置時(shí)起作用，而非專(zhuān)用配置引腳在配置完成后則可以作為普通的I／O口使用。
專(zhuān)用的配置引腳有：配置模式腳M2、M1、M0；配置時(shí)鐘CCLK；配置邏輯異步復位PROG，啟動(dòng)控制DONE及邊界掃描TDI，TDO，TMS，TCK。非專(zhuān)用配置引腳有Din，D0：D7，CS，WRITE，BUSY，INIT。
在不同的配置模式下，配置時(shí)鐘CCLK可由FPGA內部產(chǎn)生，也可以由外部控制電路提供。
2 FPGA的配置模式
FPGA共有四種配置模式：從串模式(Slave Serial)，主串模式(MasterSerial)，從并模式(Slave Farallel／S e 1 e c tMap)以及邊界掃描模式(Boundary-Scan)。具體的配置模式由模式選擇引腳M2、M1、M0決定。表1為不同的配置模式所對應的M2、M1、M0，配置時(shí)鐘的方向以及相應的數據位寬。
3配置過(guò)程
（1）初始化
系統上電后，如果FPGA滿(mǎn)足以下條件：Bank2 的I／O輸出驅動(dòng)電壓Vcc0_2大于lv；器件內部的供電電壓Vccint為2．5v，器件便會(huì )自動(dòng)進(jìn)行初始化。在系統上電的情況下，通過(guò)對PROG引腳置低電子，便可以對FPGA進(jìn)行重新配置。初始化過(guò)程完成后，DONE信號將會(huì )變低。
（2）清空配置存儲器
在完成初始化過(guò)程后，器件會(huì )將INIT信號置低電平，同時(shí)開(kāi)始清空配置存儲器。在清空完配置存儲器后，INIT信號將會(huì )重新被置為高電平。用戶(hù)可以通過(guò)將PROG或INIT信號(1NIT為雙向信號)置為低電平，從而達到延長(cháng)清空配置存儲器的時(shí)間，以確保存儲器被清空的目的。
（3）加載配置數據
配置存儲器的清空完成后，器件對配置模式腳M2、N1、M0進(jìn)行采樣，以確定用何種方式來(lái)加載配置數據。
（4）CRC錯誤檢查
器件在加載配置數據的同時(shí)，會(huì )根據一定的算法產(chǎn)生一個(gè)CRC值，這個(gè)值將會(huì )和配置文件中內置的CRC值進(jìn)行比較，如果兩者不一致，則說(shuō)明加載發(fā)生錯誤，INIT引腳將會(huì )被置低電平，加載過(guò)程被中斷。此時(shí)若要進(jìn)行重新配置，只需將PROG置為低電平即可。
（5）START-UP
START-UP階段是FPGA由配置狀態(tài)過(guò)渡到用戶(hù)狀態(tài)的過(guò)程。在START-UP完成后，FPGA便可實(shí)現用戶(hù)編程的功能。在START-UP階段中，FPGA會(huì )進(jìn)行一下操作：
①將DONE信號置高電平，若DONE信號沒(méi)有置高，則說(shuō)明數據加載過(guò)程失??；
②在配置過(guò)程中，器件的所有I／O引腳均為三態(tài)，此時(shí)，全局三態(tài)信號GTS置低電平，這些I／O腳將會(huì )從三態(tài)切換到用戶(hù)設置的狀態(tài)；
③全局復位信號GSR置低電平，所有觸發(fā)器進(jìn)入工作狀態(tài)；
④全局寫(xiě)允許信號GWE置低電平，所有內部RAM有效；
整個(gè)過(guò)程共有8個(gè)時(shí)鐘周期C0-C7。在默認的情況下，這些操作都和配置時(shí)鐘CCLK同步，在DONE信號置高電子之前，GTS，GSR，GWE都保持高電平。
4 SelectMap并行配置模式
Virtex系列FPGA是Xilinx公司的一款高密度，大容量的現場(chǎng)可編程門(mén)陣列，其最大容量可達100萬(wàn)門(mén)，最高工作頻率可達200M，支持多達16種I／O標準，內置了4個(gè)BLOCKRAM。這些特性使它在數字圖像處理，通信等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。
SelectMap模式是一種8位并行配置模式，它是Virtex系列FPGA最快的一種配置模式，其配置時(shí)鐘最高可達66MHZ，每個(gè)配置時(shí)鐘周期內有8位配置數據下載到FPGA內。在對配置速度要求較高的一些應用場(chǎng)合，一般使用SelectMap模式。
SelectMap端口是一個(gè)8位雙向數據端口，通過(guò)它實(shí)現對Virtex的配置。利用SelectMap對Virtex進(jìn)行配置時(shí)，共有8個(gè)數據信號D0-D7和7個(gè)控制／狀態(tài)信號，分別為：CCLK，PROG，DONE，INIT，CS，WRITE，BUSY。
對Virtex進(jìn)行并行配置，應用最為廣泛的接口電路便是CPLD+并行EPROM。
由于FPGA管腳內部有上拉電阻，因此，當管腳懸空時(shí)，便是高電平。
CPLD所要實(shí)現的功能模塊包括：地 址發(fā)生器，寫(xiě)控制寄存器，三態(tài)緩沖。 其中，PROG為全局復位，DONE為全局 三態(tài)控制，INIT和BUSY用來(lái)控制地址 發(fā)生器；地址發(fā)生器的總線(xiàn)位寬由存儲器的容量決定，若EPROM的容量為1MByte，則地址總線(xiàn)需要20位；在配置階段，CS和WRITE引腳必須置低電平。
對VIRTEX系列的FPGA而言，其配置時(shí)鐘最高可達66MHZ，但是，在一般情況下，配置時(shí)鐘是達不到66MHZ的，它由PROM的存儲時(shí)間(tACC)和FPGA配置數據的建立時(shí)間(tSMDCC)決定的：晶振頻率：1／(tACC+TSMDCC)。VIRTEX的TSMDCC為2．0ns，EPROM的存取時(shí)間通常為l00ns，在這種情況下，配置時(shí)鐘為9．6MHZ，要遠遠低于66MHZ，因此，提高配置速度關(guān)鍵是要選用存取速度快的EPROM。
5串行菊花鏈配置方式
串行菊花鏈配置方式是指將配置數據從串行PROM順序下載到主FPGA器件和從FPGA器件中。配置時(shí)鐘CCLK由主FPGA器件提供。
主器件將會(huì )被首先配置，在主器件配置完成前，其Dout引腳是沒(méi)有數據輸出的，從器件處于空閑狀態(tài)。在主器件配置完成后，其Din，Dout便形成直通狀態(tài)，配置數據通過(guò)主器件的Dout進(jìn)入從器件的Din，對從器件進(jìn)行配置。
由于菊花鏈配置方式要求只能有一個(gè)用于下載的位流文件，因此，需要在軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境中利用PROM文件生成工具將將主器件和從器件的配置位流文件合成為一個(gè)文件。
主器件在配置完成后，并不立即啟動(dòng)，進(jìn)入工作狀態(tài)。只有菊花鏈中所有FPGA的DONE引腳都被置為高電平時(shí)，即所有的配置數據都下載到相應的FPGA中，各個(gè)器件才會(huì )啟動(dòng)，其各自的全局三態(tài)結束GTS、全局復位GSR、全局寫(xiě)允許GWE才會(huì )置低電平。因此，雖然主從器件的配置是有先后順序的，但基本上它們是同時(shí)進(jìn)入工作狀態(tài)的。 6結束語(yǔ)
使用并行EPROM對FPGA進(jìn)行配置時(shí)，速度相對較快，存儲容量較大；而在一些對空間較為敏感，速度要求不太高的應用中，利用串行方法進(jìn)行配置，可以減小電路板的面積，同時(shí)可以簡(jiǎn)化系統結構。
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