EDA/PLD中的FPGA器件的在线配置方法

摘要：介绍基于SRAM LUT结构的FPGA器件的上电配置方式；着重介绍采用计算机串口下载配置数据的方法和AT89C2051单片机、串行EEPROM组成的串行配置系统的设计方法及实现多任务电路结构中配置的方法，并从系统的复杂度、可靠性和经济性等方面进行比较和分析。 关键词：配置 可编程逻辑器件 FPGA 在线配置引 言在当今变化的市场环境中，产品是否便于现场升级，是否便于灵活使用成为产品能否进入市场的关键因素。在这种背景下，Altera公司的基于SRAM LUT结构的FPGA器件得到了广泛的应用。虽然这些器件应用广泛，但由于其内部采用SRAM工艺，它的配置数据存储在SRAM中。由于S **EDA/PLD中的FPGA器件的在线配置方法** 在电子设计自动化（EDA）和可编程逻辑器件（PLD）领域，现场可编程门阵列（FPGA）因其灵活性和可重构性，成为了现代电子系统设计的核心部分。尤其是基于SRAM查找表（LUT）结构的FPGA，如Altera公司的FLEX6000、FLEX10K、APEX和ACEX系列，它们在上电时需要进行配置，以确定其内部逻辑功能。 **配置方式** FPGA的配置方式主要有五种：被动串行（PS）、被动并行同步（PPS）、被动并行异步（PPA）、被动串行异步（PSA）以及JTAG（联合测试行动组）。其中，被动串行配置方式因其电路简单和对配置时钟要求较低的特点，常被用于单片机配置系统。配置过程通常由nCONFIG信号启动，配置数据在dCLK上升沿逐位移入FPGA，同时通过nSTATUS和CONF_DONE信号监控配置状态和完成情况。 **在线配置** 对于基于SRAM的FPGA，配置数据存储在易失性的SRAM中，因此每次系统启动都需要重新配置。在线配置（In-Circuit Reconfiguration, ICR）是一种重要的功能，它允许在系统运行时更新FPGA的逻辑配置，以适应不同的应用场景或实现现场升级。 **配置方法** 1. **计算机串口下载**：这种方法通常在开发阶段使用，通过下载电缆，由计算机直接向FPGA发送配置数据。这种方法在调试时非常方便，但在实际应用中可能不切实际，因为它依赖于PC机的实时控制。 2. **配置芯片**：分为一次可编程型和可擦除编程型。一次可编程型只允许一次写入，适合初期开发，但不适用于频繁修改或产品升级；可擦除编程型虽然更灵活，但成本较高且容量有限。对于大容量的FPGA，可能需要多片配置芯片组成菊花链进行配置，增加了设计复杂性。 **低成本解决方案** 为了降低成本和提高设计的灵活性，一种解决方案是采用AT89C2051单片机和串行EEPROM来构建串行配置系统。这种方式允许通过替换外部串行存储器来适应不同容量和类型的配置需求，同时也支持多任务电路结构的重配置。单片机根据接收到的命令，选择从不同的存储器区域读取数据并下载到FPGA，实现FPGA的在线配置切换。 **配置文件与流程** 配置文件通常是开发工具如MAX+PLUS II或Quartus II生成的二进制文件（如.rbf文件），包含了所有必要的配置数据。微处理器可以读取这些二进制文件，按照配置时序图中的步骤进行加载。在数据正确移入FPGA后，CONF_DONE信号会变高，表明配置完成，设备进入用户模式。 FPGA的在线配置方法是现代电子设计中的关键技术，它使得产品能够适应快速变化的市场需求，提供了现场升级和灵活使用的可能性。通过对配置流程的理解和优化，可以有效地降低成本，提高系统可靠性，并满足设计的保密性和可升级性要求。