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1 概述 MPC860是基于PowerPC結構的通信控制器。它不僅是集成的微處理器，而且將很多外設的功能也集成在一起。MPC860具有存儲控制器，其存儲控制器的功能很強，可以支持各種存儲器，包括各種新型的DRAM和Flash，并可以實(shí)現與存儲器的無(wú)縫接口；而且使用嵌入式操作系統VxWorks和開(kāi)發(fā)環(huán)境Tornado開(kāi)發(fā)非常方便。 本設計中用1片Intel W28F1283A150 Flash作為BootFlash對MPC860進(jìn)行加電配置，其多余的存儲空間完全可以存放下FPGA所需的配置文件。加電復位、系統啟動(dòng)后，由MPC860處理機與EPLD配合，控制FPGA配置文件的下載過(guò)程，完成對FPGA的配置。使用MPC860可以對FPGA十分方便地進(jìn)行配置，甚至可以通過(guò)MPC860的網(wǎng)絡(luò )功能對FPGA進(jìn)行遠程配置，節省了因采用專(zhuān)用配置芯片所耗費的電路板及其成本。本文主要介紹如何用MPC860對Xilinx公司的Virtex II系列的FPGA進(jìn)行配置，其原理同樣適用于別的FPGA芯片（包括Altera公司）。 2 Xilinx FPGA的配置方式 本設計中FPGA采用Xilinx公司Virtex-II系列蝗XC2V4000，其配置文件的下載模式有5種：主串模式（master serial）、從串模式（slave serial）、主并模式（master selectMAP）、從并模式（slave selectMAP）、JTAG械。其中，JTAG模式在開(kāi)發(fā)調試階段使用。本設計將JTAG口直接做在信號處理板上，便于開(kāi)發(fā)設計階段的調試。 參考Xilinx公司的有關(guān)文檔，比較其余4種下載模式，可將其分為串行下載方式和并行下載方式。串行下載方式和并行下載方式都有主、從2種模式。主、從模式的最大區別在于：主模式的下載同步時(shí)鐘（CCLK）由FPGA提供；從模式的下載同步時(shí)鐘（CCLK）由外部時(shí)鐘源或者外部控制信號提供。主模式對下載時(shí)序的要求比從模式嚴格得多。因此從處理機易于控制下載過(guò)程的角度，選擇使用從串模式或從并模式。本設計采用從串模式進(jìn)行FPGA配置，以減少占用MPC860的資源。 用MPC860對FPGA進(jìn)行配置，實(shí)質(zhì)上就是用MPC860和EPLD來(lái)仿真JTAG接口的下載時(shí)序，完成對FPGA的下載。JTAG的有效引腳只有5個(gè)，分別是nConfig（PROG_B）、nStatus（INIT_B）、Conf_Done（DONE）、DClk(CCLK)、Data0(DIN)。其中nConfig用于使FPGA進(jìn)行到下載狀態(tài)，nStatus時(shí)不否出現CRC校驗錯誤，Conf_Done用于表示下載完成，而DC1k的Data則是用于在下載時(shí)產(chǎn)生時(shí)鐘和數據位的。每一個(gè)CD1k時(shí)鐘周期寫(xiě)入1個(gè)bit數據（括號中標注為Xilinx的FPGA對該功能的稱(chēng)呼）。 表1所列為下載信號定義。 表1 下載信號定義
3 從串模式的配置信號和下載時(shí)序 （1）啟動(dòng)下載時(shí)序 在nConfig引腳上產(chǎn)生1個(gè)超過(guò)2μs的低脈沖，等待nStatus回應1個(gè)低脈沖以及Conf_Done。變低。這時(shí)候表明FPGA已經(jīng)進(jìn)入到了下載狀態(tài)，等待至少5μs以后就可以開(kāi)始下載了。 （2）下載時(shí)序 從串下載模式的下載時(shí)序如圖1的所示。 在Data0上逐位地產(chǎn)生要下載的數據，同時(shí)在DC1k上產(chǎn)生時(shí)鐘。數據必須在時(shí)鐘的上升沿之間50ns有效，時(shí)鐘高電平和低電平的時(shí)鐘都不能小于80ns。這一過(guò)程一直持續到全部數據下載完成。在下載過(guò)程中可以出現相對較少時(shí)間的等待狀態(tài)，而不會(huì )中斷下載進(jìn)程。如果發(fā)生錯誤，nStatus將被拉低，FPGA退出操作，必須重算1～3步驟。 （3）結束下載 在數據都下載完成以后，需要繼續給FPGA提供若干的時(shí)鐘，時(shí)鐘要至少等到Conf_Done變高為止。 （4）啟動(dòng)器件 Conf_Done被釋放，被外部拉高。 MPC860處理機控制從串下載模式的信號連接示意如圖2所示。 4 MPC860下載模式的軟件（狀態(tài)機）設計 MPC860下載模式的狀態(tài)機的實(shí)現是由PCM860處理器和EPLD協(xié)同來(lái)完成的。MPC860通過(guò)寫(xiě)入Sc_Dnld_Req（1..0）來(lái)控制狀態(tài)機的下一個(gè)狀態(tài)，通過(guò)判斷EPLD中寄存器Sc_Dnld_Con(3..0)的內容來(lái)決定流程的跳轉。 圖3中狀態(tài)req=“x”代表向EPLD的寄存器Sc_Dnld_Req寫(xiě)入數據“xx”。 其中，Sc_Dnld_Req(1 downto 0)使MPC860通過(guò)這個(gè)寄存器向EPLD發(fā)出指令，控制下載過(guò)程： 10——通知EPLD作好向FPGA發(fā)nconfig的準備工作； 11——通知EPLD開(kāi)始向FPGA發(fā)出nconfig命令； 00——通知EPLD作好向FPGA下載數據的準備工作； 01——通知EPLD開(kāi)始向FPGA逐位下載1個(gè)字節的數據。 如果下載過(guò)程順序的話(huà)，第1、第2步只需在每次下載數據前進(jìn)行1次，第3、第4步是每下載1個(gè)字節數據都要進(jìn)行的步驟（每次寫(xiě)入下載數據的操作在第3步之前進(jìn)行，且新數據要寫(xiě)入專(zhuān)門(mén)的寄存器Sd_Data_Byte（7 downto 0））。 Sd_Data_Byte（7 downto 0））是下載數據緩存。 Sc_Dnld_Con(3 downto 0)是4bit的只讀寄存器。860通過(guò)查詢(xún)這個(gè)寄存器的內容判斷目標FPGA的當前下載狀態(tài)，以決定應該發(fā)出什么樣的指令。其各位代表的意義如下所述： ①Sc_Dnld_Con(3) ——為0時(shí)表示不可以發(fā)送新數據到EPLD，為1時(shí)允許發(fā)送數據； ②Sc_Dnld_Con(2) ——為0時(shí)表示工作正常，為1時(shí)表示下載過(guò)程中斷； ③Sc_Dnld_Con(1) ——目標FPGA返回的nstatus信號； ④Sc_Dnld_Con(0) ——目標FPGA返回的conf_done信號。 結束語(yǔ) MPC860有強大的資源，可以在外圍電路不復雜的情況下實(shí)現Xilinx公司的FPGA的配置程序下載。本設計經(jīng)過(guò)實(shí)際調試，已成功地用于所開(kāi)發(fā)的數字通信信號處理板上，效果良好。 |
