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CPLD对FPGA从并快速加载的解决方案

发布时间:2020-06-18 发布时间:
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现场可编程门阵列(FPGA)作为专用集成电路(ASIC)领域的一种半定制电路,可以根据设计的需要灵活实现各种接口或者总线的输出,在设备端的通信产品中已得到越来越广泛的使用。FPGA是基于静态随机存储器(SRAM)结构的,断电后程序丢失后的每次上电都需要重新加载程序。且随着FPGA规模的升级,加载程序的容量也越来越大,如Xilinx公司的Spartan - 6系列中的6SLX150T,其加载容量最大可以达到4.125 MB.

1 FPGA常用配置方式

FPGA的配置数据通常存放在系统中的存储器件中,上电后控制器读取存储器中的bit文件并加载到FPGA中,配置方式有JTAG、从并、从串、主从4种,不同厂家叫法不同,但实现方式基本都是一样的。

(1)边界扫描JTAG方式。单板调试阶段常用JTAG模式,该方式需要控制器,FPGA等芯片JTAG接口构成菊花链,且在该模式下,控制器其他功能不能使用。

(2)从串方式。从串加载方式占用资源少,主要是和FPGA相连的I/O接口较少,但是一个配置时钟只能传输一个bit数据,速度相对较低。

(3)主从方式。该方式最主要的缺点是配套使用的FLASH存储器必须是FPGA厂家指定的型号,且这个FLASH容量不大,不能和控制器的FLASH共用,使用这种方式,单板上就会有两个FLASH,增加产品成本,因此该方案使用较少。

(4)从并方式。即文章中探讨的FPGA加载方案。

2从并加载方式的实现

以Xilinx公司Spartan - 6系列FPGA为例,与从并加载相关的管脚如表1所示。

表1从并加载管脚名称

由表1可以看出,从并加载接口占用的管脚资源是比较多的,即使加载数据总线使用8位,也要14个管脚,CPU一般没有这么多通用输入/输出(GPIO)口,因此从并加载一般和CPLD配套使用。其加载流程如图1所示。

图1 SPARTAN-6从并加载流程

3基于CPLD的FPGA加载方案

3.1方案介绍

在设备端通信产品中,基于CPLD的FPGA从并加载框如图2所示,配置数据存储在FLASH中,且在加载数据之前,CPU通过局部总线和双倍速内存(DDR)接口,将配置数据从FLASH中搬移到DDR颗粒;真正需要加载时,再通过DDR2接口将配置数据搬移到CPU的缓存中,DDR2接口速度很快,其时钟频率可以达到266 MHz,因此①、②两步加载时间可以忽略不计。

图2基于CPLD的FPGA从并加载框



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