复杂可编程逻辑器件与应用-第六章PPT课件

1 CPLD FPGA的配置与下载 第六章 一 CPLD FPGA器件的配置 二 MAX系列非易失性器件的下载配置 三 FLEX ACEX系列FPGA的下载配置 四 ALTERA的编程文件 2 一 CPLD FPGA器件的配置 把CPLD FPGA设计代码送入芯片的过程 或操作 称为对CPLD FPGA器件的配置 也称为下载 经过配置的CPLD芯片 就成为具有用户需要功能的专用数字电路或数字系统 对CPLD FPGA芯片进行编程配置的方式有多种 3 器件编程下载的分类 1 按使用计算机的通讯接口划分 1 串口下载 BitBlaster或MasterBlaster 2 并口下载 ByteBlaster 3 USB接口下载 MasterBlaster或APU 等方式 2 若按使用的CPLD FPGA器件划分 1 CPLD编程 适用于片内编程元件为EPROM E2PROM和闪存的器件 2 FPGA下载 适用于片内编程元件为SDRAM的器件 APU AlteraProgrammingUnit 4 器件编程下载的分类 3 按CPLD FPGA器件在编程下载过程中的状态划分 1 主动配置方式在这种配置方式下 由CPLD器件引导配置操作的过程并控制着外部存贮器和初始化过程 2 被动配置方式在这种配置方式下 由外部CPU或控制器 如单片机 控制配置的过程 5 CPLD FPGA器件的工作状态 1 用户状态 Usermode 即电路中CPLD器件正常工作时的状态 2 配置状态 Configurationmode 指将编程数据装入CPLD FPGA器件的过程 也可称之为下载状态 3 初始化状态 Initialization 此时CPLD FPGA器件内部的各类寄存器复位 让I O引脚为使器件正常工作作好准备 CPLD FPGA器件按照正常使用和下载的不同过程其工作状态分为三种 6 二 MAX系列非易失性器件的下载配置 对于编程元件为E2PROM或闪存的CPLD器件 如MAX系列器件等 只需简单的利用专门的编程下载电缆 名为ByteBlaster或BitBlaster 将编程配置数据下载到芯片中去即可 特点 断电后下载数据不丢失 BitBlaster配置 需专用电缆和器件 ByteBlaster配置 ALTERA已开放配置原理 很容易由用户自制配置电缆 常用方法 7 ByteBlaster有两种配置模式 1 被动串行模式 PS 配置 常用来配置FLEX10K 1K FLEX8000和FLEX6000系列器件 2 边界扫描模式 JTAG 配置 对具有边界扫描电路的器件进行配置重构或在线编程 常用来对MAX系列器件进行编程配置 ByteBlaster 一般用来对FLEX系列器件进行配置重构 也可以用来对MAX9000以及MAX7000S MAX7000A等器件进行编程配置 用ByteBlaster进行配置 8 用ByteBlaster的JTAG模式进行配置 ALTERA公司现在生产的CPLD器件一般都有 JTAG 接口 ALTERA器件的JTAG都具有第二功能 即除了能作为边界测试功能外还可以利用JTAG接口进行器件编程 编程时序同样遵循1149 1协议 9 JTAG接口 JTAG接口使用TDI TDO TCK TMS四个管脚 其中 TDI 串行数据输入端 TDO 串行数据输出端 TCLK 串行时钟 TMS JTAG状态机模式控制端 TDI TDO TMS的数据在TCLK时钟的配合下 将数据串行移位到CPLD内部JTAG移位寄存器中 使用JTAG接口进行器件配置 既适用于CPLD器件 也适用于FPGA器件 10 BYTEBLASTER并口下载线 11 ByteBlaster10针示意图 12 用ByteBlaster对MAX7000 MAX9000系列器件编程连接示意图 13 Byteblaster下载线的接口电路 14 用ByteBlaster下载线进行下载配置 15 16 三 FLEX ACEX系列FPGA的下载配置 对于编程元件为SRAM的FPGA器件 如FLEX6000 FLEX8000 FLEX10K ACEX1K APEX20K系列等 虽然也能像MAX系列器件那样利用简单的专门下载电缆来对FPGA器件进行编程配置 但由于这类器件具有编程数据易失性的特性 所以存在一个对于芯片进行外部配置的问题 一般是将编程配置数据永久性的存储在外部的闪存或E2PROM中 供FPGA器件每次在系统通电时调入这些编程配置数据 否则用户就需要在每次系统通电时都需要利用PC机进行对FPGA器件进行的编程写入的操作 17 FLEXl0K EP1K系列器件有四种配置方式 CPU多用单片机进行控制 也有用PC机进行控制 18 常用的配置引脚 配置状态下器件的状态输出位 加电后FLEX10K立刻驱动该引脚到低电平 100mS后释放 MSEL1 MSEL0 配置方式选择 00 AS或PS10 PPS11 PPA nCONFIG nSTATUS CONFIG DONE 配置控制信号输入 低电平使器件复位 在由低到高的跳变过程中启动配置过程 在配置期间 FLEX10K将其驱动为低 所有配置数据无误差接收后 FLEX10K将其置位三态 外接上拉电阻 三态时将呈现高电平 配置过程中若出错 该引脚由高变低 19 常用的配置引脚 nCE 器件的使能输入 配置过程中 nCE必须始终为低 DATA0 配置数据 适用于AS和PS模式 数据输入 DCLK 配置时钟 适用于AS PS和PPS模式 输入引脚 由外部数据源提供的时钟 其他引脚见P260表7 3 DATA0 7 配置数据 适用于PPS和PPA模式 并行数据输入 20 FLEXl0K器件与配置有关的引脚 21 22 1 主动串行配置 AS 或EPC1配置方式 主动串行配置方式一直由FLEX10K控制着配置过程 由Altera提供的串行PROM存储芯片EPC1向FLEX10K器件输入串行位流的配置数据 AS Active SerialConfiguration EPC Familysignatureonapartnumberthatreferstoconfigurationdevices 23 ALTERA的EPC1 24 25 26 EPC1配置电路图 27 工作过程 在加电过程中 FLEX10K检测到nCONFIG由低到高的跳变时 就开始准备配置 FLEX10K将CONF DONE拉低 驱动EPC1的nCS为低 而nSTATUS引脚释放并由上拉电阻拉至高电平以使能EPC1 因此 EPC1就用其内部振荡器的时钟将数据串行地从输送到FLEX10K DATA0 28 多器件配置 29 2 被动串行配置 PS 方式 控制主机 1 BitBlaster下载电缆 2 外接微处理器 常用方法 DCLK 配置时钟 输入引脚 为外部数据源提供时钟 CONFIG DONE 配置完成 nSTATUS 配置状态 DATA0 配置输入数据 CONFIG DONE 配置控制信号输入 PS配置使用的芯片引脚 30 2 被动串行配置 PS 方式 用微处理器来进行PS方式配置的示例电路 31 PS方式工作过程 由微处理器产生一个由低到高的跳变送到nCONFIG引脚 然后微处理器将配置数据送到DATA0引脚 该数据被琐存 直至CONF DONE变为高电平 它先将每字节的最低位LSB送到FPGA器件 32 PS方式工作过程 CONE DONE变为高电平后 DCLK必须有多余的10个周期来初始化该器件 器件的初始化是由下载电缆自动执行的 在PS方式中没有握手信号 所以 配置时钟的工作频率必须要低于10MHz 33 利用微处理器进行多器件配制电路 在多器件PS方式中 第一片FLEX10K的nCEO引脚级联到下一片FLEX10K的nCE引脚 在一个时钟周期之内 第二个FLEX10K器件开始配置 因此 对于微处理器来说 要转移的数据是透明的 34 3 被动并行同步配置 PPS 方式 在PPS方式配置方式中 一般由单片机进行控制 35 在PPS方式使用的芯片引脚 MSEL1 MSEL0 配置方式选择 10 PPS nSTATUS 配置状态 CONFIG DONE 配置完成 nCONFIG 配置控制信号输入 低电平使器件复位 在由低到高的跳变过程中启动配置过程 nCE 器件的使能输入 配置过程中 nCE必须始终为低 DCLK 配置时钟 输入引脚 由单片机提供时钟 DATA0 7 配置数据 36 利用MCU EEPROM来进行FPGA的PPS方式配置 37 多器件配置 38 4 被动并行异步 PPA 配置方式 1 在PPA方式下 nCONFIG一般是由单片机控制 为了启动配置过程 单片机将nCONFIG置为高电平 2 单片机把控制信号nCS和CS送到FLEX10K器件的nCS和CS端 3 单片机将8bit的配置数据放在FLEX10K器件的数据端 并且给nWS一个负脉冲 PPA方式配置过程 39 4 被动并行异步 PPA 配置方式 4 在nWS的上升沿 FLEX10K器件将该字节配置数据锁存 然后 FLEX10K器件输出RDYnBSY为低 表明它正在处理该字节信息 此时单片机可以完成其他的系统操作 FLEX10K器件可以在其内部将每一个字节的配置数据串行化 当FLEX10K器件准备接收下一个配置数据时 就使RDYnBSY变高 而单片机检测该高电平信号后 再决定是否送出下一个字节的配置数据 5 配置过程可以通过nCS或CS引脚予以暂停 40 异 41 42 四 ALTERA的编程文件 SRAMObject格式 sof SOF格式文件用于FLEX器件的BitBlaster或Byteblaster被动配置方式 MAX PLUSII编译综合工具会在编译综合过程中自动为FLEX系列器件生成SOF数据格式文件 其它数据格式均可由该种格式转化而成 ALTERA公司的开发系统MAX PLUS 可以生成多种格式的编程数据文件 对于不同系列器件 所能生成的编程 配置文件类型有所不同 但大致可有下面几种类型 43 十六进制格式 hex HEX格式文件是使用第三方编程硬件对并行EPROM编程的数据文件 从而可以将并行EPROM作为数据源 用微处理器对FLEX器件进行被动串行同步 PS 配置或被动串行异步 PSA 配置 ProgrammingObject格式 pof POF格式文件用于对MAX系列器件编程配置 也可以用于对采用EPROM配置方式的FLEX器件进行配置 POF文件也是由MAX PLUSII软件在编译综合过程中自动产生 SerialBittream格式 sbf SBF格式文件是使用BitBlaster串行下载电缆 对FLEX器件进行在线被动串行同步 PS 配置的数据文件 四 ALTERA