[組圖]FPGA器件的在線配置方法
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2.2 ICR控制電路原理
ICR電路原理如圖3所示。AT24C256用來(lái)存儲(chǔ)FPGA的配置數(shù)據(jù)。
ICR控制電路的工作過(guò)程為：經(jīng)MAXPLUS II編譯生產(chǎn)的配置文件(.sof)通過(guò)格式轉(zhuǎn)換成為 (.rbf)。然后，利用PC機(jī)端的控制程序，通過(guò)PC機(jī)的串行通信口，經(jīng)U1存儲(chǔ)在U2中。U1再根據(jù)系統(tǒng)的要求，通過(guò)P1.2、P1.3、P1.4、P3.0和P3.1等5個(gè)I/O口，將其存儲(chǔ)在U2中的配置數(shù)據(jù)下載到電路中的FPGA器件中去。
因作者設(shè)計(jì)電路中的FPGA是Altera公司的FLEX系列的EPF10K10，其配置文件的容量為15KB，故電路中采用1片AT24C128就可存儲(chǔ)EPF10K10的配置數(shù)據(jù)。我們選用AT24C256器件可以存儲(chǔ)兩個(gè)配置文件，是為了實(shí)現(xiàn)多任務(wù)電路重構(gòu)，此時(shí)整個(gè)ICR控制電路只有2片IC?？梢哉f(shuō)，它是目前結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、成本最低的ICR控制電路。如果配置的FPGA是EPF10K30或更大門數(shù)的器件，則需要大容量的存儲(chǔ)器件或多片AT24C256。（在兩線串行總線上最多可接4片AT24C256。）
3 軟件設(shè)計(jì)
在該配置方案中，軟件包括在PC機(jī)端的控制軟件和在AT89C2051端的控制軟件兩部分。PC機(jī)端的軟件采用Visual Basic語(yǔ)言編程，而AT89C2051采用匯編語(yǔ)言進(jìn)行編程。
3.1 PC機(jī)端的軟件
PC機(jī)端的軟件采用Visual Basic語(yǔ)言編程。VB支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)化的事件驅(qū)動(dòng)編程模式，而且可以十分簡(jiǎn)便地作出良好的人機(jī)界面。PC機(jī)端的控制程序主要實(shí)現(xiàn)讀取.rbf文件并將其通過(guò)串口送出的功能。讀取文件時(shí)，主要使用讀取二進(jìn)制文件命令。在串口通信方面，使用VB提供的具有強(qiáng)大功能的串口通信控件MSCOMM。該控件可設(shè)置串口狀態(tài)及串口通信的信息格式和協(xié)議。
在實(shí)際工作中，要實(shí)現(xiàn)AT89C2051和PC機(jī)之間的有效通信，必須使其具有相同的波特率和相同的通信協(xié)議。作者采用了9600bps的波特率和N.8.1幀結(jié)構(gòu)。N.8.1幀結(jié)構(gòu)表示1幀串行數(shù)據(jù)有10位：起始位占用1位（低電平），用來(lái)表示字符開始；后8位為數(shù)據(jù)編碼，無(wú)奇偶校驗(yàn)位；最后為停止位（高電平），用來(lái)表示字符傳送結(jié)束。單片機(jī)的串行口工作在方式1。方式1是標(biāo)準(zhǔn)的10位異步通信方式，10位數(shù)據(jù)和PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)串口相對(duì)應(yīng)，傳送的波特率由單片機(jī)工作時(shí)鐘和T1的溢出率共同決定。
3.2 ICR控制電路軟件
在圖3介紹的ICR控制電路中，其存儲(chǔ)FPGA配置數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器 AT24C256采用I2C串行總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。其數(shù)據(jù)交換速度較慢，而FPGA配置數(shù)據(jù)又比較大，因此如何提高圖3介紹的ICR控制電路的配置速度將是軟件設(shè)計(jì)上的一個(gè)重點(diǎn)。限制速度的瓶頸主要是從AT24C256讀取數(shù)據(jù)和將數(shù)據(jù)寫入FPGA器件中。從AT24C256讀取數(shù)據(jù)，有讀當(dāng)前地址、隨機(jī)讀和順序讀三種方式。這三種方式中，順序讀最簡(jiǎn)單、速度最快。因?yàn)樵谕黄珹T24C256中，僅需要寫入一次讀命令就可以按順序從0地址開始直至讀完整片AT24C256中的全部數(shù)據(jù)。向FPGA器件寫數(shù)據(jù)時(shí)，可以使用串行口的移位寄存器工作方式，即方式0。方式0數(shù)據(jù)的傳送以8位為1幀，無(wú)論是發(fā)送或是接收都是最低有效位居先。這和FPGA對(duì)數(shù)據(jù)的要求一致，傳送的波特率固定為振蕩頻率的1/12。本系統(tǒng)只需用到輸出方式，串行數(shù)據(jù)通過(guò)RXD端輸出，而用TXD端輸出移位脈沖。當(dāng)1字節(jié)數(shù)據(jù)寫入串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF時(shí)，就開始發(fā)送。在此期間，發(fā)送控制器送出移位信號(hào)，使發(fā)送移位寄存器的內(nèi)容右移1位，直至最高位(D7位)移出后，停止發(fā)送數(shù)據(jù)和移位時(shí)鐘脈沖。發(fā)送完1字節(jié)數(shù)據(jù)后，硬件置發(fā)送標(biāo)志位TI為1，通過(guò)判斷TI的狀態(tài)決定是否向SBUF寫入數(shù)據(jù)。采用這種方式比采用普通（I/O）口要快很多。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/150816.htm
4 結(jié) 論
我們?cè)O(shè)計(jì)的基于微控制器的FPGA器件的 ICR控制系統(tǒng)，具有線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開發(fā)容易、體積小、成本低的優(yōu)點(diǎn)；可以支持3.3V和5V系統(tǒng)的配置；適用于需要ICR功能的電子裝置中。該ICR控制電路是為配置Altera公司FLEX系列的FPGA器件而設(shè)計(jì)的，稍加修改也適用于其它系列的FPGA器件。這個(gè)配置電路的主要弱點(diǎn)在于配置速率較慢，只能適用于配置速率要求不高的應(yīng)用。
評(píng)論