单片机与DSP中的基于U盘和单片机的FPGA配置

摘要 介绍FPGA的配置方式、配置数据文件和详细配置过程，以及单片机配置FPGA的优点，创新地提出配置数据存放在U盘中的思想；同时也介绍了单片机控制读/写USB设备(如U盘)的软硬件设计；最后给出配置数据存放在U盘中、采用单片机控制对FPGA进行PS配置的具体设计，满足了FPGA系统的升级、保密和安全性要求，具有创新性和重大实用价值。　　关键词 FPGA配置方式 配置数据USB U盘安全性 配置过程 引 言    FPGA广泛应用在电子通信领域，其安全性引起了注意，本文针对安全配置提出了解决方案。    现场可编程门阵列FPGA(Field Programmablc Gate Array) 【单片机与DSP中的基于U盘和单片机的FPGA配置】 FPGA（Field Programmable Gate Array）是电子通信领域广泛应用的可编程逻辑器件，它的内部逻辑结构可根据配置数据进行任意组合，以实现各种复杂的电路功能。然而，由于FPGA内部采用的是SRAM，每次上电都需要重新配置，这提出了对配置数据安全性和保密性的要求。 传统的配置方式通常是将配置数据存储在FPGA所在的系统中，但这限制了系统升级的便捷性和数据的安全性。本文提出了一种创新的方法，即把配置数据存储在用户携带的外部存储器，如加密U盘中。这种方式不仅便于系统升级，增强了现场保密性和安全性，还能实现同一硬件系统在插入不同配置U盘时实现不同功能，适应了USB OTG技术的发展趋势。 配置FPGA通常有两种主要方式：主动配置和被动配置。主动配置由FPGA自身启动配置流程，从外围配置芯片获取数据；被动配置则由外部控制器如单片机控制。例如，Altera公司的FPGA提供了被动串行（PS）、被动并行同步（PPS）、被动并行异步（PPA）和JTAG等多种配置方式，具体选择取决于方式选择引脚MSEL1和MSEL0的设置。 在采用SRAM LUT结构的FPGA中，常用在线可重配置方式ICR。例如，使用PS配置方式，配置数据通过下载电缆从计算机直接下载到FPGA。而在实际应用中，更常见的是上电后自动加载配置，这可以通过专用配置芯片、单片机控制、MAX3000A控制Flash存储器、PCI总线、Internet或者PSD配置等方法实现。 配置数据文件通常由开发工具如Altera的Quartus II生成，包括".sof"和".pof"两种类型。".sof"文件用于通过下载电缆直接配置FPGA，而".pof"文件则用于存储在配置器件中。如果使用单片机进行配置，需要将".sof"文件转换成".rbf"文件，以便单片机能够理解和处理。 在单片机控制FPGA的配置过程中，单片机需要具备读取和写入USB设备（如U盘）的能力。这涉及到软硬件设计，包括USB接口的硬件电路设计，以及在单片机端的USB驱动程序和控制软件的编写。一旦U盘接入系统，单片机读取U盘中的配置数据，然后传输给FPGA进行配置，确保系统的安全性和灵活性。 此外，U盘作为存储配置数据的媒介，其加密功能可以进一步提高数据的安全性，防止未经授权的访问和篡改。这种方式对于那些对数据安全性要求较高的应用，如军事、航空航天等领域，具有重要的实用价值。 基于U盘和单片机的FPGA配置方法结合了现代存储技术和微处理器控制，实现了FPGA系统的动态可配置性、保密性和安全性，是一项具有创新性和实用性的重要技术。通过这种方法，可以为FPGA应用带来更高的灵活性和更低的维护成本，同时满足了不断增长的系统升级需求。