如何用单片机配置FPGA？

1952 FPGA 单片机

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 FPGA的配置方式和配置数据文件用单片机配置FPGA的过程是怎样的 0
2021-4-29 06:01:48　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × ChristineGu 该类别下有 16 个回答。邀请回答 HengDu 该类别下有 16 个回答。邀请回答 heks 该类别下有 16 个回答。邀请回答 dfasda 该类别下有 15 个回答。邀请回答 nhonglan 该类别下有 15 个回答。邀请回答 yonglanzhang 该类别下有 15 个回答。邀请回答杀狼000 该类别下有 14 个回答。邀请回答 wenminglang 该类别下有 14 个回答。邀请回答 C880U 该类别下有 14 个回答。邀请回答 jhdfvs 该类别下有 14 个回答。邀请回答 chm5 该类别下有 14 个回答。邀请回答 muwersddg 该类别下有 14 个回答。邀请回答 thyysbk 该类别下有 13 个回答。邀请回答凡人wlj 该类别下有 13 个回答。邀请回答 kszdj113 该类别下有 13 个回答。邀请回答飞雪9366 该类别下有 13 个回答。邀请回答 billbian 该类别下有 13 个回答。邀请回答 a732538 该类别下有 13 个回答。邀请回答 hrtuoyu 该类别下有 13 个回答。邀请回答 hfgdzc 该类别下有 13 个回答。邀请回答举报史岩超相关推荐 • 如何用单片机通过PS模式配置FPGA？ 1720 • 如何用FMSC接口与fpga单片机通信？ 867 • 如何用单片机实现SRAM工艺FPGA的加密应用？ 2546 • 求基于单片机的FPGA并行配置方法 572 • 如何用单片机控制稳压电源 3570 • 如何用单片机控制电机的正反转？ 4170 • 如何用单片机串口和modbus poll进行通信？ 984 • 单片机如何用按键输入汉字？ 310 • 如何用51单片机控制12864 3658 • FPGA与单片机的区别有哪些 2163 1个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 　　1 引言　　FPGA广泛应用在电子通信领域，其安全性引起了注意，本文针对安全配置提出了解决方案。　　现场可编程门阵列FPGA（Field Programmablc Gate Array）是基于门阵列方式为用户提供可编程资源的，其内部逻辑结构的形成是由配置数据决定的。采用在线可重配置方式ICR（In-Circuit Reconfigurability）将这些配置数据配置到FPGA内部SRAM中，但由于SRAM的易失性，每次上电时，都必须对FPGA重新进行配置，从而实现用户编程所要实现的功能。　　以前的设计大多是将配置数据存放在FPGA组成的系统上，本文提出将配置数据存放在使用者自己携带的外部存储器（如可加密的U盘）中。使用前将U盘接入FPGA组成的系统，系统上电时由单片机控制读出配置数据，再传送给FPGA进行配置。这样做优点很多：修改、升级简便，现场保密性强，安全性高；可多人分时使用同一硬件系统，同一硬件系统插入不同的配置U盘就可以实现不同的功能，可以方便地存储大容量配置数据或多个配置数据文件等；同时，符合计算机和嵌入式系统的热点USB OT G（On The Go，移动USB）技术趋势，是具有创新的设计。　　2 FPGA的配置方式和配置数据文件　　2.1 FPGA的配置方式　　以Altera公司的FPGA器件为例，有2类配置下载方式：主动配置和被动配置。主动配置方式是由FPGA器件主动引导配置操作，从外围专用配置芯片（如EPC4）中获得配置数据的过程；被动配置方式则是由外部计算机或控制器控制配置过程。　　以Mercury、APEX 20K（2．5V）、ACEX 1K和FLEX10K系列FPGA为例，配置方式有：被动串行PS（PasiveSerial）、被动并行同步PPS（Passive Parallel Synchronous）、被动并行异步PPA（Passive Parallel Asyn-chronous）和JTAG（Jont Test Action Group）等。具体配置方式由方式选择引脚MSEL1和MSELO的逻辑电平组合决定。　　基于SRAM LUT（查找表）结构的FPGA采用在线可重配置方式ICR。以配置方式PS为例，可通过下载电缆南计算机直接对FPGA器件进行配置。这种方法在设计调试时非常方便，但在现场应用巾是很不现实的。上电后自动加载对FPGA器件进行配置是实际必须的，有许多方法，例如专用配置芯片（如EPC4）配置、单片机控制配置、MAX3000A控制F1ash存储器配置、PCI总线配置、Internet配置、PSD（Programmable System Devices可编程器件）配置等。　　2.2 FPGA的配置数据文件　　Altera公司的Quartus II开发工具可以生成多种配置或编译文件，用于不同配置方式。对于不同的目标器件，编译后开发工具会根据指定的FPGA器件自动生成“．sof（SRAM Object File）”和“．pof（Programmer ObjectFile）”配置文件。“.sof”配置文件是由下载电缆将其下载到FPGA中的；“．pof”配置文件是存放在配置器件里的。用单片机配置时，要将“．sof”文件转换成“．rbf（Raw BinaryFile）”文件，可打开QuartusII的File菜单，单击ConvertProgramming Fiks进行转换。配置文件的大小随FPGA器件的不同而不同，例如EPFlOKlO的配置文件“．sof”和“．rbf”的大小为15KB。　　3 单片机配置FPGA设计　　3.1 单片机配置FPGA的优点　　在实际应用中，单片机控制配置FPGA，对于保密和升级，以及实现多任务电路结构重配置和降低配置成本，都是很好的选择。配置方式PS、PPS和PPA均可以用单片机控制配置。　　由单片机和外部存储器组成配置FPGA电路，将配置数据写入外部存储器，系统上电时再由单片机控制对FPGA进行配置。也可将多个配置文件分区存储到外部存储器中，然后由单片机接收不同的命令，选择读取不同存储区的数据配置到FPGA器件，从而实现多任务电路结构重配置，在线配置成多种不同的电路功能；代替了价格昂贵的不可擦写和可擦写配置芯片，降低了成本。　　3.2 配置数据存储在U盘　　在银行等保密行业，如果要求安全和保密程度非常高，那么一定要有权限的使用者才能使用，或由不同的用户分时使用同一台FPGA组成的系统。最好是不要将配置数据存放在FPGA组成的系统上，而是将配置数据存放在使用者自己携带的外部存储器（如U盘）中（对U盘的读／写还可以加密）；使用前将存放配置数据的外部存储器接入FPGA组成的系统，系统上电时冉由单片机控制对FPGA进行配置就可以了。　　1994年11月，以Intel为首的7家公司推出了通用串行总线USB（Universal serial Bus）协议规范的第一个草案。USB协议从1．1过渡到2．0，作为其最重要指标的设备传输速度也从USBl．1标准的低速1．5 Mbps和全速12Mbps提高到USB2．0标准的高速480Mbps。目前，USB设备已经非常普遍，USB接口以其速度快、功耗低、支持即插即用、使用安装方便和价格低廉等优点得到了广泛应用。USB OTG已经成为嵌入式系统领域中的热点，使得USB能应用在没有PC的领域中，实现移动数据交换和存储。本文提出将配置数据存储在U盘中，通过单片机控制读／写，符合USB OTG发展趋势，将在嵌入式和FPGA领域得到广泛应用。　　　　3.3 单片机读取存储在u盘中的配置数据　　通常USB设备终端必须与计算机连接。如果没有PC，则需要通过USB总线的通用接口芯片（当然也可以利用带USB接口的单片机）控制U盘的读／写。本设计采用单片机AT89S52控制USB总线的通用接口芯片CH375来读取存储在U盘的配置数据。　　CH375是一个USB总线的通用接口芯片，内部集成了PLL倍频器、主从USB接口SIE、数据缓冲区、被动并行接口、异步串行接口、命令解释器、控制传输的协议处理器和通用的固件程序等；支持USB-HOST主机方式和USB-DEVICE／SLAVE没备方式，可以方便地挂接到单片机／DSP／MCU／MPU等控制器的系统总线上。外部单片机可以直接以扇区为基本单位读／写常用的USB存储设备（包括USB硬盘、USB闪存盘和U盘）。　　硬件设计：CH375工作于并口方式，与普通的MCS-5l单片机的连接如图1所示。　　CH375的TXD引脚通过l kΩ左右的下拉电阻接地或者直接接地，从而使CH375工作于并口方式。　　软件设计：　　①进入USB主机模式，要读/写U盘，必须先设置CH375使其工作于USB主机方式。　　②将U盘当作存储器进行读／写，方法与读／写闪存差不多，操作简单且速度快。　　单片机读／写U盘文件程序分层如图2所示。　　　　3.4 用单片机配置FPGA的过程　　FPGA器件上电以后，开始配置过程的复位、配置和初始化3个阶段，然后进入用户状态。以配置FLEX10K10为例，图3为PS模式下使用单片机配置FPGA的时序图。　　　　配置过程如下：　　①MCU的P1．7引脚产生一个tCFG≥μs的低电平给FPGA的nCONFIG引脚使FPGA复位，200 ns后nSTATUS和CONF_DONE同时跟随变为低电平；FPGA的I／O端口为高阻状态，RAM被清除。　　②MCU的P1．7引脚产生上跳变时开始配置，FPGA退出复位状态，4μs后nSTATUS被释放并被上拉电阻拉高，FPGA准备接收数据进入配置阶段。设置MCU的串口工作方式为O，单片机检测到nSTATUS由低跳到高后，读取配置数据（从U盘读取或上电时先将配置数据从U盘读到SRAM62255）由RXD送到FPGA的DATA0（注意低位LSB先送出）；MCU的TXD接收FPGA的DCLK以提供时钟信号，配置数据足在DCLK上升沿被移位入FPGA的，全部配置数据移入FPGA直到CONF_DONE变为高电平，配置阶段结束。若CONF_DONE没有变为高电平，则需要重新配置。　　③初始化阶段，持续O．6～2μs。不同的FPGA器件，持续时间不等。A1tera公司的Quartus II开发工具生成配置文件时，对于不同的目标器件和配置方式已经添加了相应的空DCLK。软件设计使微处理器提供配置所需的时序和串行传送配置数据，以及对配置进行监测，从而实现配置过程。软件设计流程如图4所示。（程序见本刊网站www．mesnet．com．cn——编者注）　　　　4 结论　　FPGA器件的配置技术犹如集成电路制造中的流片，是非常重要的一个环节。用单片机配置FPGA器件与用专用器件相比，具有成本低、保密性好、可升级、可实现多任务电路结构重构（符合软件无线电思想）等特点，本设计具有创新性，硬件设计简单可靠，且成本低，易于实现，是确保FPGA安全性和保密性的一种方法，在金融等关系到国家利益的场合具有重大实用价值。

2021-4-29 10:58:34 评论举报李华