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1引言 隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展，當前數字系統的設計正朝著(zhù)速度快、容量大、體積小、重量輕的方向發(fā)展。推動(dòng)該潮流迅猛發(fā)展的引擎就是日趨進(jìn)步和完善的高密度現場(chǎng)可編程邏輯器件設計技術(shù)。高密度現場(chǎng)可編程邏輯器件（CPLD/FPGA）能夠將大量邏輯功能集成于一個(gè)單片IC之中，對基于E2PROM（或FlashMemory）工藝的器件，配置數據在掉電后不會(huì )丟失，可以直接采用ByteBlaster并口下載電纜對他們進(jìn)行配置，但基于該架構的器件的集成度較低，一般在10萬(wàn)門(mén)以下；然而對基于SRAM工藝的器件，配置數據在器件掉電后會(huì )丟失，但基于該架構的器件的集成度相對較高，一般在1萬(wàn)門(mén)以上。 由于當前項目開(kāi)發(fā)中所需使用的可編程邏輯器件的集成度要求越來(lái)越高，基于SRAM工藝的器件得到越來(lái)越廣泛的使用，那么此時(shí)如何將配置數據成功地寫(xiě)入目標器件，并且保證其在掉電再上電后能夠自動(dòng)恢復配置數據，成為電子設計工程師能否正確使用基于SRAM工藝的器件必須掌握的一項技術(shù)。 針對基于SRAM工藝的器件的下載配置問(wèn)題，本文介紹采用AT89S2051單片機配合串行E2PROM存儲器，實(shí)現CPLD/FPGA器件的被動(dòng)串行（PS）模式的下載配置。 2 系統組成 該系統的硬件電路由AT89S2051單片機、AT24C256串行E2PROM，MAX232串行接口電路、復位及去耦合電路和被配置CPLD/FPGA器件組成，如圖1所示。 3 系統硬件設計 3.1 芯片選型 （1）單片機單片機采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S2051單片機，該芯片與MCS51系列單片機兼容。內含：2kBFlashE2PROM，128BRAM，15根I/O引線(xiàn)，2個(gè)16位定時(shí)器/計數器，1個(gè)5向量?jì)杉壷袛嘟Y構，1個(gè)全雙工串行口和1個(gè)精密模擬電壓比較器等。 （2）串行E2PROM由于基于SRAM工藝的可編程邏輯器件（CPLD/FPGA）的配置數據在掉電后會(huì )丟失，需要外加存儲器以保存配置數據。為了盡量減小電路板的面積，選用8腳的串行E?2PROMAT24C256。AT24C256是ATMEL公司生產(chǎn)的2線(xiàn)制串行電可擦寫(xiě)只讀存儲器，具有自定時(shí)寫(xiě)周期特性，容量32kB。該器件特別適合于對功耗有嚴格要求的應用場(chǎng)合。 （3）通信接口采用MAXIM公司生產(chǎn)的串行接口芯片MAX232將PC機與下載配置電路連接起來(lái)。下載配置電路通過(guò)該串口接收PC機下傳的命令，執行相應的操作再將處理結果上傳到PC機。MAX232是通用+5V供電的多通道RS232總線(xiàn)收發(fā)器，尤其適合在電池供電的系統中應用。 3.2 硬件原理圖 硬件原理如圖2所示。上電后，單片機首先調用子程序完成如下操作：將掉電前已經(jīng)存儲在A(yíng)T24C256串行E2PROM中的器件配置文件讀出；采用被動(dòng)串行模式（PS）將該文件配置到CPLD/FPGA器件中,從而實(shí)現器件掉電再上電后自動(dòng)恢復配置數據的功能。然后，單片機就會(huì )工作在動(dòng)態(tài)停機狀態(tài)，在此過(guò)程中，單片機可以響應串口中斷。 如果單片機響應串口中斷并且接收到一個(gè)數據，那么單片機首先判斷該數據所表示的命令類(lèi)型，若是配置命令，單片機就進(jìn)入配置狀態(tài)。在配置狀態(tài)下，單片機一邊接收配置數據，一邊將這些數據寫(xiě)到CPLD/FPGA器件中；若是寫(xiě)E2PROM命令，單片機就進(jìn)入寫(xiě)E2PROM狀態(tài)，此時(shí)單片機會(huì )一邊接收配置數據，一邊將這些數據寫(xiě)到配置用E2PROM中（注意此時(shí)這些數據并沒(méi)有被配置到CPLD/FPGA器件中）；若是讀E2PROM命令，單片機就進(jìn)入讀E2PROM并配置CPLD/FPGA器件狀態(tài)，此時(shí)單片機會(huì )一邊讀E2PROM中的配置數據，一邊將讀出的配置數據寫(xiě)到CPLD/FPGA器件中。 4 系統軟件設計 軟件包括：主程序、下載配置子程序、寫(xiě)E2PROM子程序、讀E2PROM子程序及通用延時(shí)子程序構成。其軟件流程圖如圖3所示。 現將以上所提及的各個(gè)子程序的用途簡(jiǎn)介如下： 下載配置子程序的作用是將從串口接收的配置數據直接寫(xiě)到目標器件中，即直接寫(xiě)到可編程邏輯器件（CPLD/FPGA）中。 在編寫(xiě)該子程序時(shí)，必須注意目標器件的寫(xiě)入時(shí)序。必須根據目標器件生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的時(shí)序圖，用單片機語(yǔ)言編程將其配置時(shí)序準確地描述出來(lái)，只有這樣才能正確地將配置數據寫(xiě)入到目標器件中。例如，我們若要正確配置ALTERA公司生產(chǎn)的FLEX10k系列器件，就必須嚴格遵守以下時(shí)序圖，如圖4所示。 寫(xiě)E2PROM子程序的作用是將從串口接收的配置數據直接寫(xiě)到AT24C256串行E2PROM中保存起來(lái)，以備需要時(shí)可以用這些保存的數據重新配置器件。讀E2PROM子程序的作用是從AT24C256中將配置數據讀出，同時(shí)將這些配置數據寫(xiě)到目標器件中，以實(shí)現對目標器件的重新配置。 在編寫(xiě)這兩個(gè)子程序時(shí)，必須注意AT24C256的數據寫(xiě)入和數據讀出時(shí)序，只有嚴格遵守該時(shí)序圖，才能正確地對該存儲器進(jìn)行讀寫(xiě)操作。其讀寫(xiě)時(shí)序如圖5所示。 通用延時(shí)子程序可以靈活地設定延時(shí)時(shí)間間隔。當程序中需要延時(shí)的時(shí)候只要先給該子程序提供一個(gè)延時(shí)時(shí)間常數，再調用延時(shí)子程序即可。例如，通常在系統復位時(shí)為了讓處理器復位后系統中其他器件能可靠復位而調用的上電延時(shí)子程序就可以采用該通用延時(shí)子程序來(lái)實(shí)現。 5 結語(yǔ) 本系統可用于配置所有ALTERA公司生產(chǎn)的基于SRAM架構的CPLD器件和XILINX公司生產(chǎn)的基于SRAM架構的FPGA器件以及其他主流器件制造公司生產(chǎn)的基于SRAM架構的器件，具有很強的通用性。由于該電路使用的元器件非常少，也可以將其制作成面積很小、便于攜帶的通用下載配置板使用。該下載配置電路經(jīng)本人實(shí)際制作、調試、使用，其工作穩定可靠，具有很好的應用前景。 |
