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從消費電子設備到工業(yè)控制設備，越來(lái)越多的系統都在使用FPGA。這些應用通常需要設備在斷電時(shí)存儲一些數據，比如校準信息、用戶(hù)設置、辨認標簽等。如果設備使用了微處理器，則還需要存儲微處理器的代碼。 對于那些對成本、器件數量以及電路板尺寸不敏感的系統，可采用標準的閃存來(lái)存儲這些數據。但在許多情況下，成本、器件數量和電路板尺寸等方面的限制導致系統不得不采用雙用器件。無(wú)論采用單片非易失存儲器，還是采用引導用的SRAM器件，FPGA總是具有與它們相聯(lián)系的非易失存儲器。一個(gè)顯然的問(wèn)題是，這些非易失存儲器是否能在系統關(guān)閉時(shí)存儲數據。 在選擇采用哪種方法之前，應考慮應用的要求。這些問(wèn)題包括： 是否需要進(jìn)行讀/寫(xiě)操作，或者是否接受只讀操作；存儲的數據有多大；寫(xiě)周期的數量。最后，必須復查與讀和寫(xiě)操作相關(guān)的特性、時(shí)序等。 1.初始化塊RAM 大多數FPGA允許其內置的塊RAM在引導器件時(shí)被初始化。這是一個(gè)很好的方法，它提供了較大容量的ROM，可用于存儲查找表或程序代碼。ROM支持高速隨機讀取操作，能很容易地對FPGA配置進(jìn)行再次編程。如果設計需要小容量的ROM，這個(gè)方法也不可忽視。 2. SPI重使用 現在所有的SRAM FPGA都允許用SPI存儲器來(lái)進(jìn)行配置。因為SPI存儲器的附加位很便宜，不會(huì )占用電路板的面積，使用SPI存儲器的附加空間來(lái)存儲數據是合理的。在FPGA用其進(jìn)行配置之后（盡管是各式各樣的，設計者使用這個(gè)方法前要進(jìn)行確認），構建SPI接口只需少量邏輯。使用SPI存儲器時(shí)，要小心避免寫(xiě)到FPGA配置空間中。通過(guò)接口邏輯的設計可將其封鎖，或者使用在許多SPI Flash存儲器中可找到的扇區鎖定方法 。 在許多應用中SPI器件允許隨機讀。用FPGA的存儲器塊，通過(guò)高速緩沖存儲當前區技術(shù)可實(shí)現較高的性能。由于寫(xiě)操作首先要求擦除這個(gè)區域，高速緩沖存儲方法具有更大的靈活性。利用SPI存儲器，擦除/編程周期在正常情況下超過(guò)100K。這個(gè)規范包括正常的運作期間要若干個(gè)上電和斷電周期。然而，如果存儲器寫(xiě)的次數超過(guò)這個(gè)數值，則可再次使用存儲器高速緩沖方法，防止系統到達SPI的極限。 3.非易失FPGA TAG存儲器 現在許多非易失FPGA集成了小的TAG存儲器。例如，LatticeXP2提供 0.6"3.4kb的存儲器用于此目的。這通常是存儲設備設置和校準數據所要求的存儲器容量。如圖1(b)所示，可以通過(guò)JTAG接口或片內邏輯訪(fǎng)問(wèn)LatticeXP2 TAG存儲器。在LatticeXP2 FPGA中，對這個(gè)存儲器的讀和寫(xiě)是定序的，支持的寫(xiě)周期超過(guò)1K。為簡(jiǎn)化存儲器接口，并使存儲器寫(xiě)周期次數最小，可再次利用高速緩沖存儲數據技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。TAG存儲器與FPGA配置是分開(kāi)的，因此在這些操作期間，不會(huì )寫(xiě)到FPGA的配置中。對集成小的、串行EEPROM而言，片上TAG存儲器非常理想。 圖1：(a) 用LatticeECP2 FPGA再次使用SPI配置；(b) LatticeXP2 TAG存儲器。 4.閃存影子塊RAM LatticeXP2還提供使用閃存初始化位的功能。配置時(shí)，閃存初始化位初始化器件中的每個(gè)塊RAM。這些存儲器可以讀和寫(xiě)，就像SRAM一樣。當FPGA內必須存儲配置數據時(shí)，則切換適當的信號使當前的RAM值轉入閃存(圖2)。這個(gè)方法能夠對與非易失閃存組合在一起的RAM進(jìn)行高速讀和寫(xiě) 。在LatticeXP2器件中，這個(gè)操作支持數千個(gè)擦除和寫(xiě)周期。如同TAG存儲器，與塊RAM在一起的閃存在邏輯上是分開(kāi)的，這樣就能確保FPGA邏輯配置不會(huì )意外地被改寫(xiě)。 圖2 ：LatticeXP2閃存影子SRAM操作示意圖。 以上四種方法，每一種方法有其應用優(yōu)勢。如果設計工程師希望采用中等容量的ROM來(lái)存儲代碼或者用作查找表，那么初始化塊RAM的方法也許最佳。如果需要存儲少量的數據，例如校準信息、當前設置信息或者系統辨別信息，那么TAG存儲器方案更方便一些。對于需要再次寫(xiě)入的較大容量的存儲器，重使用SPI存儲器，或者閃存影子塊RAM方法是有用的。當然，無(wú)論采用哪種方法，都可以降低電路板的面積和成本。 |
