一种FPGA可重构配置方法_FPGA重构资源-CSDN文库

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一种一种FPGA可重构配置方法可重构配置方法

基于软件无线电的某机载多模式导航接收机能较好地解决导航体制不兼容对飞行保障区域的限制，但由于各体

制信号差异较大，各自实现其硬件将相当庞大，若对本系统中数字信号处理的 FPGA芯片使用可重构的配置方

法，将导航接收机的多种模式以时分复用的方式得以实现，可以重复利用 FPGA的硬件资源，达到了缩小体

积，减小功耗，增加灵活性和降低系统硬件复杂程度等目的。本系统中的器件是新一代 FPGA，适合于计算量

大的数字信号处理，包含实现数字信号处理的 DSP块、数字锁相环、硬件乘法器以及各种接口等多项技术，支

持远程更新，但其配置数据大，实现较为复杂。采用 CPLD+FLASH方案，有效的解决了这一问题。　　1

　　基于软件无线电的某机载多模式导航接收机能较好地解决导航体制不兼容对飞行保障区域的限制，但由于各体制信号差异

较大，各自实现其硬件将相当庞大，若对本系统中数字信号处理的 FPGA芯片使用可重构的配置方法，将导航接收机的多种模

式以时分复用的方式得以实现，可以重复利用 FPGA的硬件资源，达到了缩小体积，减小功耗，增加灵活性和降低系统硬件复

杂程度等目的。本系统中的器件是新一代 FPGA，适合于计算量大的数字信号处理，包含实现数字信号处理的 DSP块、数字

锁相环、硬件乘法器以及各种接口等多项技术，支持远程更新，但其配置数据大，实现较为复杂。采用 CPLD+FLASH方案，

有效的解决了这一问题。

　　1 FPGA及其可重构技术简介

　　现代高速度 FPGA运行时需将其配置数据加载到内部 SDRAM中，改变 SDRAM里面的数据，可使 FPGA实现不同的功

能，即所谓的可重构技术。可重构技术包括静态系统重构和动态系统重构[1]。在 FPGA处于工作状态时对其部分配置数据进

行更改称为动态配置，否则称为静态配置。由于本系统在工作时需要改变整个 FPGA功能，所以采用静态配置。这种配置是完

全的，它对整个 FPGA的功能、参数完全更改，而且其引脚功能也被更改。

　　系统的关键部件为一片密度 FPGA EP2S30，其要求的配置数据达1.205MBytes，故其配置采用“Flash存储器＋CPLD主

控器”的方案。

　　EP2S30支持5种配置方案，即AS(Active Serial)模式、PS(PassiveSerial)模式、FPP(FastPassive Parallel)模式、

PPA(Passive parallel Asynchronous)模式和JTAG配置模式等。为缩短配置时间，本系统采用FPP模式，配置数据不压缩，使

各配置数据长度一致，以便于分配Flash存储空间，且只需要同数据率相同的时钟信号［2］。

　　2 可重构系统硬件设计

　　2.1 芯片介绍

　　2.1.1 FPGA芯片

　　采用 Altera公司 StratixⅡ系列 FPGA，具有多达 33880个等价逻辑单元 (LE)和 13552个自适应逻辑单元(ALM)，支持可编

程片上系统 (SOPC)，有多达 1369Kbits片上 RAM，支持 NIOS嵌入式处理器，片上有多达 16个 DSP块和 64个 18位×18位硬

件乘法器以及 6个 PLL模块，支持远程更新。其片内资源完全可以实现系统所需的数字下变频(DDC)、幅度调制与解调、方位

和距离脉冲形成以及控制信号的产生等。但其配置数据达 1.205MBytes，要完成多模式可重构配置，其配置数据存储器必须

有足够大的空间。

　　2.1.2 Flash芯片

　　为实现快速配置，综合存储容量、工作电压以及等各方面的要求，Flash芯片选用 AMD公司 AM29LV065，其为

8M×8bits Flash存储器，内部被分为 128个 64Kbytes扇区，可以存储 6套配置方案数据。支持 3.3V电压读写和擦除，支持扇

区擦除和整片擦除，这一特性有利于实现某一配置数据单独更改。地址不变时能自动进入休眠状态，将数据锁存，从而减小功

耗。

　　2.1.3 控制芯片

　　控制芯片采用 Altera公司 MAX7000AE系列 CPLD EPM7064A，其具有 ISP功能，为 3.3V内核，IO口灵活方便，避免了

采用单片机作为控制芯片时 IO口不够用的问题。

　　2.2 硬件连接

　　配置系统硬件连接如图 1所示。

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