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1、 PSD813F2在FPGA配置中的應(yīng)用 論文關(guān)鍵詞:可編程外圍器件 在應(yīng)用可編程 可編程門陣列,使得系統(tǒng)復(fù)雜、可靠性低,并且調(diào)試繁瑣、效率較低??删幊涕T陣列需要外置存儲(chǔ)器,且配置存儲(chǔ)器多為otp型,價(jià)格較高;加之,利用fpga的jtag口配置fpga距離有限,調(diào)試不甚方便。 本文主要介紹一種基于閃爍存儲(chǔ)器的在線可編程微處理器外圍器件psd813f2組成的單片機(jī)系統(tǒng),同時(shí)利用該系統(tǒng)配置fpga。即通過(guò)計(jì)算機(jī)串口將fpga設(shè)計(jì)在線下載到單片機(jī)系統(tǒng),由psd813f2配置fpga,實(shí)現(xiàn)iap的功能。 1 psd813f2性能特點(diǎn) psd813f2是psd家庭的新成員,是基于閃爍存儲(chǔ)器的在線可編程外

2、圍器件。它將單片機(jī)系統(tǒng)所需的外圍器件集成在一起,并能與單片機(jī)進(jìn)行無(wú)縫連接,因而簡(jiǎn)化了調(diào)度,提高了可靠性;同時(shí),它與當(dāng)前流行的眾多單片機(jī)有極簡(jiǎn)單的接口,便于實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、靈活的嵌入式設(shè)計(jì);它還集成了優(yōu)化的“微控制器宏單元”邏輯結(jié)構(gòu),使得系統(tǒng)地址/數(shù)據(jù)總線可以與內(nèi)部寄存器直接互連,簡(jiǎn)化了控制總線的設(shè)計(jì)。LOcALhoST此外,psd813f2還具有以下一些特性: 內(nèi)部數(shù)據(jù)總線為8位,可方便地與各類8位單片機(jī)直接相連。如要與16位單片機(jī)相連,需用2片psd813f2構(gòu)成16位的多路復(fù)用接口,并且地址必須循環(huán)移位,以保證mcu工作時(shí)能同時(shí)正確接收不同psd813f2 rom中的信息。 內(nèi)部包含1mbit的

3、大容量flash rom,這分為8個(gè)大小相同的塊,由用戶規(guī)定的地址訪問(wèn);另外還有256k的flash opt rom及16kb的sram,其中sram可配置為2k8bit或16k1bit。 內(nèi)存或flash opt rom可同時(shí)編程,即在執(zhí)行來(lái)自一個(gè)存儲(chǔ)器的代碼時(shí)可同時(shí)對(duì)另一個(gè)存儲(chǔ)器編程。 帶有16個(gè)輸出宏單元和24個(gè)輸入宏單元,能方便實(shí)現(xiàn)多種邏輯組合功能,包括內(nèi)外的狀態(tài)信號(hào)產(chǎn)生、地址譯碼等。 帶有27個(gè)可重建的i/o端口,可以用作不同的i/o端口,如單片機(jī)的i/o、pld的i/o;最多可提供19個(gè)外部片選信號(hào),其中16個(gè)i/o可配置為漏極輸出。 具有可編程電源管理功能,加之低功耗的cmos技

4、術(shù),使得其工作時(shí)功耗很低;另外還具有自動(dòng)檢測(cè)控制器工作的功能,使之在不工作時(shí)將psd轉(zhuǎn)入低功耗狀態(tài)。 由于psd813f2具有以下特性,因而能方便實(shí)現(xiàn)i/o重建、擴(kuò)展,并具有通過(guò)編程改變?cè)O(shè)計(jì)的靈活性,方便與各類不同單片機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。其內(nèi)部框圖如圖1所示。 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 整個(gè)設(shè)計(jì)是利用計(jì)算機(jī)將fpga的相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)單片機(jī)傳送存儲(chǔ)器,由單片機(jī)配置psd813f2,再由psd813f2配置fpga,實(shí)現(xiàn)iap的功能,特別適于較遠(yuǎn)距離在線編程、仿真。另外,利用計(jì)算機(jī)的串行口可以與單片機(jī)進(jìn)行較長(zhǎng)距離的通信。 此外,由于psd813f2片內(nèi)有編程邏輯宏單元,所以在mcu與psd813f2之間不需要地址鎖存

5、器及外部程序存儲(chǔ)器;并且psd與lcd、fpga的接口地直接用其pa、pb口連接,只需在軟件設(shè)計(jì)和mcu程序中相應(yīng)設(shè)計(jì)為i/o模式或地址鎖存模式。 另外,fpga的使用中通常需要時(shí)鐘信號(hào),并可能需用好幾路同的時(shí)鐘信號(hào)。在系統(tǒng)中采用ics公司的isc501倍頻芯片,可實(shí)現(xiàn)28共8種倍頻方式,最高可實(shí)現(xiàn)160mhz時(shí)鐘;加之使用內(nèi)部分頻,可以滿足多數(shù)設(shè)計(jì)需要。 3 mcu與psd813f接口設(shè)計(jì) psd813f2具有大容量flash rom、16個(gè)輸出宏單元和24個(gè)輸入宏單元,因而在與單片機(jī)組成系統(tǒng)時(shí)很少需要外圍分立器件,多數(shù)通過(guò)psd813f2中的宏單元邏輯組合產(chǎn)生與單片機(jī)連接的地址總線、數(shù)據(jù)總

6、線、控制總線;同時(shí),通過(guò)內(nèi)部的邏輯譯碼產(chǎn)生對(duì)3塊獨(dú)立存儲(chǔ)區(qū)片選信號(hào)。另外,單片機(jī)與psd813f2d內(nèi)部宏單元的d觸發(fā)器直通,使得設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器、外圍邏輯控制極為方便。 psd813f2內(nèi)部包含3塊并行、相互獨(dú)立的存儲(chǔ)器區(qū),獨(dú)立或并行的單片機(jī)在任何時(shí)候都可以從一塊存儲(chǔ)器執(zhí)行擦寫另一塊存儲(chǔ)器的操作。這使得單片機(jī)能夠在執(zhí)行程序期間,通過(guò)改變psd內(nèi)控制器的內(nèi)容,而動(dòng)態(tài)改變程序和數(shù)據(jù)空間的地址范圍;同時(shí),系統(tǒng)也能對(duì)邏輯資源、擴(kuò)展輸入和輸出端口進(jìn)行編程,使系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)isp的能力。 4 psd813f2與fpga接口設(shè)計(jì) psd813f2可以配置altera或xilinx的fpga。altera公司的ep

7、f10k10/20是其萬(wàn)門級(jí)fpga的代表,原來(lái)需要外置存儲(chǔ)器,且配置存儲(chǔ)器epc1441是otp型,價(jià)格較高;而psd813f2具有很好的在線編程功能,并且擦寫次數(shù)10萬(wàn)次,同時(shí),1片psd813f2可以配置10片epf10k10,因而其具有良好的性價(jià)比。 用psd813f2配置altera公司的epf10k系列fpga,主要有以下信號(hào): dclk輸入移位時(shí)鐘; data數(shù)據(jù); nstatus狀態(tài)信號(hào); conf_done配置是否成功信號(hào); nconfig開始配置信號(hào)。 在實(shí)際配置電路中采用fpga的被動(dòng)串行方式,因而epf10k系列fpga的mse0、mse1均接地;同時(shí)nstatus、c

8、onf_done、nconfig均需通過(guò)上拉電阻接電源。配置接口的信號(hào)線只需由psd813f2的pa或pb口配置即可,如圖3所示。 5 軟件設(shè)計(jì) psd813f2編程是在硬件基礎(chǔ)上,利用專用開發(fā)軟件psdsoft進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)的;而psdsoft是一套在windows環(huán)境下運(yùn)行的軟件工具,運(yùn)用可視化界面進(jìn)行編程,具有人機(jī)交互功能,其一般開發(fā)流程如圖4所示。 然而對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng),更熟悉的是采用c51或匯編進(jìn)行編程。利用單片機(jī)對(duì)psd813f2進(jìn)行配置時(shí),所使用的c51程序中最主要的是對(duì)psd813f2進(jìn)行初始化的子程序: void initpsd813f2(void) ;初始化程序 /pa0 lc

9、d_r/w ;定義pa0為lcd讀寫 /pa1 lcd_rs ;定義pa1為lcd復(fù)位 /pa2 fpga_dclk ;定義pa2為fpga時(shí)鐘 psdpactrlreg=0 x03 ;/設(shè)定pa口的讀寫模式 psdpadir=0 xff; psdpadri=0 x00; /pb0 fpga-con_done /pb1 fpga-nstatus /pb2 fpga-data /pb3 fpga-nconfig /pb4 lcd-cs_lcd psdpbctrlreg=0 x00 ;/設(shè)定pb為mcu的讀寫 psdpbdir=0 x0fc ;/設(shè)定pb讀寫模式 psdpbdri=0 x00; 完整的psd源程序請(qǐng)見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充版。 結(jié)束語(yǔ) 由于psd813f2具有高的集成度和很強(qiáng)的在線編程功能,與單片機(jī)組成系統(tǒng)后可方便地嵌入fpga的配置中。實(shí)際開發(fā)的系統(tǒng)能夠滿足各類fpga配置的要求,同時(shí)

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