嵌入式系統(tǒng)中FPGA的被動(dòng)串行配置方式

時(shí)間：2023-05-01 08:37:39 計(jì)算機(jī)論文我要投稿

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摘要：介紹一種在嵌放式系統(tǒng)中使用微處理器被動(dòng)串行配置方式實(shí)現(xiàn)對(duì)FPGA配置的方案，將系統(tǒng)程序及配置文件存在系統(tǒng)Flash中，利用微處理器的I/O口產(chǎn)生配置時(shí)序，省去配置器件；討論FPGA的各種配置方式及各種配置文件的使用；詳述被動(dòng)串行配置的時(shí)序及在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的軟硬件設(shè)計(jì)；說(shuō)明本方案的優(yōu)越性及應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng) ARM7TDMI S3C44B0X FPGA 被動(dòng)串行配置

隨著信息時(shí)代的到來(lái)，嵌入式系統(tǒng)成為繼IT網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后又一個(gè)新的技術(shù)發(fā)展方向。嵌入式系統(tǒng)以其功能強(qiáng)、體積小、功耗低、可靠性高以及面向行業(yè)應(yīng)用的突出特征，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA（Field Programmable Gate Array）是一種高密度可編程邏輯器件，其邏輯功能的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)把設(shè)計(jì)生成的數(shù)據(jù)文件配置進(jìn)芯片內(nèi)部的靜態(tài)配置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（SRAM）來(lái)完成的，具有可重復(fù)編程性，可以靈活實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能。FPGA的這種特性使其在現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用�；赟RAM工藝的FPGA是易失性的，系統(tǒng)掉電以后其內(nèi)部配置數(shù)據(jù)將丟失，因此需要外接ROM保存其配置數(shù)據(jù)。FPGA的配置是有時(shí)序要求的，如果FPGA本身不能控制配置時(shí)序，就需要有外部配置器件來(lái)進(jìn)行時(shí)序控制。以Altera公司的系列FPGA為例，其本身不能控制配置時(shí)序，就有專(zhuān)用的EPC系列配置器件供其使用。在含有微處理器（MPU或MCU）的系統(tǒng)中（如嵌入式系統(tǒng)），可以使用微處理器產(chǎn)生配置時(shí)序，將保存在系統(tǒng)RO風(fēng)吹草動(dòng)的配置數(shù)據(jù)置入FPGA。與前面一種方案相比，該方案不僅節(jié)省了成本，更縮小了系統(tǒng)體積。在對(duì)成本和體積敏感的系統(tǒng)中，該方案非常適用。

在某手持式通信設(shè)備的設(shè)計(jì)中，使用了嵌入式系統(tǒng)和FPGA完成了系統(tǒng)功能。嵌入式微處理器采用Samsung公司的ARM7TDMI系列處理器S3C44B0X；FPGA采用Alrera公司的APEX 20K系列EP20K200E，使用S3C44B0X完成了對(duì)EP20K200E的配置，取得了良好效果。本文對(duì)其實(shí)現(xiàn)方法予以介紹。

1 ARM嵌入式處理器S3C4480X簡(jiǎn)介

S3C44B0X是Samsung公司專(zhuān)為手持設(shè)備和一般應(yīng)用而設(shè)計(jì)的高性?xún)r(jià)比和高性能的嵌入式處理器。其突出特點(diǎn)它的CPU核采用ARM公司的16/32位ARM7TDMI RISC內(nèi)核，0.25μm CMOS工藝制造，主頻最高可達(dá)66MHz，存儲(chǔ)器尋址空間達(dá)256MB。由于其成本和功耗低，特別適合對(duì)成本敏感和功能敏感的應(yīng)用場(chǎng)合，如PDA、GPS、LCD Game、E-Book等。

2 APEX 20K系列FPGA配置方式及配置文件

2.1 配置方式介紹

Altera公司的APEX 20K系列FPGA可以使用以下方式進(jìn)行配；

①使用專(zhuān)用配置器件，如EPC16、EPC8

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