第2章FPGA-CPLD结构原理2012第3讲NPPT格式课件下载.ppt

1、将应用电路写入PLD芯片的过程称为编程，而对FPGA器件来讲，由于其内容在断电后即丢失，因此称为配置（但把应用电路写入FPGA的专用配置ROM仍称为配置）。由于编程或配置一般是把数据由计算机写入PLD芯片，因此，也叫下载。要把数据由计算机写入PLD芯片，首先要把计算机的通信接口和PLD的编程或配置引脚连接起来。一般是通过下载线和下载接口来实现的，也有专用的编程器。CPLD的编程主要要考虑编程下载接口及其连接，而FPGA 的配置除了考虑编程下载接口及其连接外，还要考虑配置器件问题。2.7 编程与配置编程与配置 4/89接口各引脚信号名称接口各引脚信号名称 引脚引脚12345678910PS模式模

2、式DCKGNDCONF_DONEVCCnCONFIG-nSTATUS-DATA0GNDJATG模模式式TCKGNDTDOVCCTMS-TDIGNDu电可擦除编程工艺优点是编程后信息不会因掉电而丢失，电可擦除编程工艺优点是编程后信息不会因掉电而丢失，但编程次数有限，编程的速度不快。但编程次数有限，编程的速度不快。u基于基于SRAM的的FPGA，配置次数无限，加电可随时更改逻，配置次数无限，加电可随时更改逻辑，但掉电后芯片中的信息丢失，下载保密性也有待提高。辑，但掉电后芯片中的信息丢失，下载保密性也有待提高。编程工艺编程工艺编程工艺编程工艺 基于电可擦除存储单元的基于电可擦除存储单元的EEPROM

3、或或Flash技术技术 基于基于SRAM查找表的编程单元查找表的编程单元 基于反熔丝编程单元基于反熔丝编程单元 5/892.7 编程与配置编程与配置 CPLDCPLD编程下载连接编程下载连接 u在系统可编程（在系统可编程（ISP）就是当系统上电并正常工作时，计算机通过系统中的）就是当系统上电并正常工作时，计算机通过系统中的ISP接口直接对其进行编程，器件在编程后立即进入正常工作状态。接口直接对其进行编程，器件在编程后立即进入正常工作状态。uMAX7000、MAX3000A系列是采用系列是采用JTAG接口方式对器件进行在系统编程接口方式对器件进行在系统编程的。的。uJTAG用于编程功能有利于各可

4、编程逻辑器件编程接口的统一。用于编程功能有利于各可编程逻辑器件编程接口的统一。6/892.7 编程与配置编程与配置 多个支持多个支持JTAG接口接口ISP编程的编程的CPLD器件，可以使用器件，可以使用JTAG链进行编程，也可以进行测试。链进行编程，也可以进行测试。多多CPLD芯片芯片ISP编程连接方式编程连接方式 7/892.7.2 使用使用PC并行口配置并行口配置FPGA 图图2-50 PS模式的模式的FPGA配置时序配置时序 u基于基于SRAM的的FPGA器件，没有器件，没有ISP的概念，代之以的概念，代之以ICR（在在线可重配置方式线可重配置方式）。）。uFPGA结构使之在上电后需要重

5、新配置一次。结构使之在上电后需要重新配置一次。u电路可重配置是指允许器件已经配置好的情况下进行重新配电路可重配置是指允许器件已经配置好的情况下进行重新配置，以改变电路逻辑结构和功能。如采用置，以改变电路逻辑结构和功能。如采用PC机的下载电缆下机的下载电缆下载设计文件至载设计文件至FPGA。8/892.7.3 FPGA专用配置器件专用配置器件 EPCS器件配置器件配置FPGA的电路原理图的电路原理图 PC机直接对机直接对FPGA进行配置，具进行配置，具有方便的特点。当数字系统设计有方便的特点。当数字系统设计完成，正式投入使用时，在应用完成，正式投入使用时，在应用现场的现场的FPGA加电配置，需要

6、专用加电配置，需要专用的配置器件来完成。的配置器件来完成。如如EPROM配置，专用配置器件配配置，专用配置器件配置，单片机控制配置，置，单片机控制配置，CPLD控制控制配置。配置。专用配置器件通常是串行的专用配置器件通常是串行的PROM器件。对于配置器件，器件。对于配置器件，ALtera的的FPGA允允许多个配置器件配置单个许多个配置器件配置单个FPGA器件，也允许多个配置器件配置多个器件，也允许多个配置器件配置多个FPGA器器件。件。Altera公司还提供了可重复编程配置器件。配置器件可通过公司还提供了可重复编程配置器件。配置器件可通过JTAG口完成，而口完成，而且器件间还可以进行级联。且器

7、件间还可以进行级联。9/892.7.4 使用单片机配使用单片机配置置FPGA 用用89C52进行配置进行配置 利用单片机对利用单片机对FPGA进行配置，可以取代昂贵的专用进行配置，可以取代昂贵的专用OTP配置配置ROM，可实现单片机仿真的仿真器设计、多功能虚拟仪器设计、，可实现单片机仿真的仿真器设计、多功能虚拟仪器设计、多任务通信设备设计或多任务通信设备设计或EDA实验系统设计等。实验系统设计等。ROM内按不同地址放置多个针对不同功能要求设计好的内按不同地址放置多个针对不同功能要求设计好的FPGA配置文件，然后由单片机接收不同的命令，以选择不同的地址控配置文件，然后由单片机接收不同的命令，以选

8、择不同的地址控制，从而使所需要的配置文件下载到制，从而使所需要的配置文件下载到FPGA中。中。10/892.7 编程与配置编程与配置 2.7.5 使用使用CPLD配置配置FPGA 使用单片机配置的缺点：使用单片机配置的缺点：速度慢速度慢，不适用于大规模，不适用于大规模FPGA和高可靠应用；和高可靠应用；容量小容量小，单片机引脚少，不适合接大的，单片机引脚少，不适合接大的ROM以存以存储较大的配置文件；储较大的配置文件；体积大体积大，成本和功耗都不利于相关的设计。，成本和功耗都不利于相关的设计。采用采用CPLD作为配置控制器件的作为配置控制器件的FPGA配置电路，能很好地解配置电路，能很好地解决

9、单片机配置存在的问题。决单片机配置存在的问题。11/89用户板上的编用户板上的编用户板上的编用户板上的编程下载接口，程下载接口，程下载接口，程下载接口，PLDCPLD 与FPGA的编程配置用户板用户板PCISP技术技术-In System Programmable12/89n减少对器件的触减少对器件的触摸和损伤摸和损伤n不计较器件的封不计较器件的封装形式装形式n样机制造方便样机制造方便n支持生产和测试流支持生产和测试流程中的修改程中的修改n允许现场硬件升级允许现场硬件升级n迅速方便地提升功迅速方便地提升功能能未编程前先焊接安装未编程前先焊接安装系统内编程系统内编程-ISP在系统现场重编程修改在

10、系统现场重编程修改ISP功能提高设计和应用的灵活性13/89ALTERA的下载接口14/89下载电缆连接器15/89下载电缆接口电路TCKTCKTMSTMSTDITDITDOTDOTCKTCKTMSTMSTDITDITDOTDO 所有电阻都为所有电阻都为所有电阻都为所有电阻都为3333 本颜色为本颜色为本颜色为本颜色为JTAGJTAG模式模式模式模式 本颜色为本颜色为本颜色为本颜色为PSPS模式模式模式模式DCLKnCONFIGDATA0CONF_DONEnSTAUSDCLKCONF_DONEnCONFIGnSTAUSDATA016/89Download Modes17/89CPLD的ISP编

11、程18/89JTAG CPLD编程连线图19/89JTAG多PLD编程连接20/89FPGA的配置21/89FPGA的配置方式SRAM LUT有六种配置方式有六种配置方式（引脚（引脚MSEL1和和MSEL0）1 1、PSPS（Passive Serial）Passive Serial）方式，方式，方式，方式，MSEL1MSEL1=0=0，MSEL0MSEL0=0=0；2 2、PPS（PassivePPS（Passive Parallel synchronous）Parallel synchronous）方式，方式，方式，方式，MSEL1MSEL1=，MSEL0MSEL0=0=0；3 3、PPA

12、（PassivePPA（Passive Parallel Asynchronous）Parallel Asynchronous）方式，方式，方式，方式，MSEL1MSEL1=，MSEL0MSEL0=；4 4、PSA（PassivePSA（Passive Serial Asynchronous）Serial Asynchronous）方式，方式，方式，方式，MSEL1MSEL1=，MSEL0MSEL0=0=0；5 5、JTAGJTAG方式，方式，方式，方式，MSEL1MSEL1=0=0，MSEL0MSEL0=0=0；6 6、配置器方式。如用、配置器方式。如用EPCEPC器件配置。器件配置。7 7

13、、ASAS（Active SerialActive Serial主动串行模式）主动串行模式）主动串行模式）主动串行模式）22/89JTAG FLEX 10K系列器件配置连线图FPGAFPGA的三种工作状态：的三种工作状态：配置状态配置状态配置状态配置状态正在配置，用户正在配置，用户正在配置，用户正在配置，用户I/OI/O为高阻。为高阻。初始化状态初始化状态初始化状态初始化状态配置完成，内部资源正在复位中。配置完成，内部资源正在复位中。用户状态用户状态用户状态用户状态配置完成，配置完成，配置完成，配置完成，FPGAFPGA处于正常工作状态。处于正常工作状态。23/89PS模式FPGA配置连线图2

14、4/89PS模式多FPGA配置连线图25/89 前述方式是通过前述方式是通过PC对对FPGA重重配置，但在实际应用中是不可取的，配置，但在实际应用中是不可取的，通常用于开发调试。通常用于开发调试。专用配置器件配置用配置器件配置用配置器件配置用配置器件配置用配置器件配置FPGAFPGA的电路的电路的电路的电路26/89FPGA的ISP配置器可通过级连的配置器可通过级连的配置器可通过级连的配置器可通过级连的方式扩容，以满足其方式扩容，以满足其方式扩容，以满足其方式扩容，以满足其容量要求。其连线同容量要求。其连线同多多多多FPGAFPGA配置。PC可通过可通过ByteBlaster对对FPGA配置，

15、进行调试。然后，通过配置，进行调试。然后，通过JTAG接口对接口对EPC2进行进行ISP编程，由编程，由EPC2对对FPGA配置。JTAGJTAGByteBlasteByteBlaster r27/89用单片机配置FPGA电路单片机用单片机用PPSPPSPPSPPS模式配置模式配置模式配置模式配置单片机用单片机用PSPSPSPS模式配置模式配置模式配置模式配置 由单片机程序实由单片机程序实现现时序实现时序实现PPS模式配模式配置。置。28/89FPGA器件的编程或称配置：器件的编程或称配置：指的是通过一根编程电缆将计算机与指的是通过一根编程电缆将计算机与FPGA器件连接在一起，再器件连接在一起，再执行执行FPGA开发