基于ARM的FPGA加载配置实现
发布时间：2010-7-18 00:19
发布者：conniede
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引言 基于SRAM工艺FPGA在每次上电后需要进行配置，通常情况下FPGA的配置文件由片外专用的EPROM来加载。这种传统配置方式是在FPGA的功能相对稳定的情况下采用的。在系统设计要求配置速度高、容量大、以及远程升级时，这种方法就显得很不实际也不方便。本文介绍了通过ＡＲＭ对可编程器件进行配置的的设计和实现。 1 配置原理与方式 1.1配置原理 在FPGA正常工作时，配置数据存储在SRAM单元中，这个SRAM单元也被称为配置存储器（Configuration RAM）。由于SRAM是易失性的存储器，因此FPGA在上电之后，外部电路需要将配置数据重新载入到片内的配置RAM中。在芯片配置完成后，内部的寄存器以及I/O管脚必须进行初始化。等初始化完成以后，芯片才会按照用户设计的功能正常工作。 1.2配置方式 根据FPGA在配置电路中的角色，其配置数据可以使用3种方式载入到目标器件中: ·FPGA主动（Active）方式； ·FPGA 被动（Passive）方式； ·JT AG 方式； 在FPGA 主动方式下，由目标FPGA来主动输出控制和同步信号（包括配置时钟）给专用的一种串行配置芯片，在配置芯片收到命令后，就把配置数据发到FPGA，完成配置过程。在被动方式下，由系统中的其他设备发起并控制配置过程，FPGA只输出一些状态信号来配合配置过程。被动方式包括被动串行PS（Passive Serial ）、快速被动并行FPP（Fast Passive Parallel）、被动并行同步PPS（Passive Parallel Serial）、被动并行异步PPA（Passive Parallel Asynchronous）、以及被动串行异步PSA（Passive Serial Asynchronous）。JTAG是IEEE 1149.1边界扫描测试的标准接口。从JTAG接口进行配置可以使用Altera的下载电缆，通过Quartus工具下载，也可以采用微处理器来模拟JTAG时序进行配置。 2硬件电路设计 AT91ARM9200对EP1C6配置的硬件电路示意图如图１所示。 在配置FPGA时，首先需要将年nCONFIG拉低（至少40us）, 然后拉高。当nCONFIG被拉高后，FPGA的nSTATUS也将变高，表示这时已经可以开始配置，外部电路就可以用DCLK的时钟上升沿一位一位地将配置数据写进FPGA中。当最后一个比特数据写入以后，CONFIG_DONE管脚被FPGA释放，被外部的上拉电阻拉高，FPGA随即进入初始化状态。  图 1 ARM配置FPGA电路原理图 3软件设计 本文在设计时使用Linux系统，软件编写和调试是在ADS 下。主要程序如下： static AT91PS_PIO pioc; inline void pioc_out_0 (int mask) { pioc->;PIO_CODR = mask; } inline void pioc_out_1 (int mask) { pioc->;PIO_SODR = mask; } inline int pioc_in (int mask) { return pioc->;PIO_PDSR & mask; } inline void xmit_byte (char c) { int i; for (i = 0; i < 8; i++) { if (c & 1) pioc_out_1 (DATA0); else pioc_out_0 (DATA0); pioc_out_0 (DCLK); pioc_out_1 (DCLK); c >>= 1; } } void pioc_setup () { pioc->;PIO_PER =DATA0 | nCONFIG | DCLK | nSTATUS | CONF_DONE; pioc->;PIO_OER =DATA0 | nCONFIG | DCLK; pioc->;PIO_ODR =nSTATUS | CONF_DONE; pioc->;PIO_IFER =nSTATUS | CONF_DONE; pioc->;PIO_CODR =DATA0 | nCONFIG | DCLK; pioc->;PIO_IDR =DATA0 | nCONFIG | DCLK | nSTATUS | CONF_DONE; pioc->;PIO_MDDR =DATA0 | nCONFIG | DCLK; pioc->;PIO_PPUDR =DATA0 | nCONFIG | DCLK | nSTATUS | CONF_DONE; pioc->;PIO_OWDR =DATA0 | nCONFIG | DCLK | nSTATUS | CONF_DONE; } int pioc_map () { int fd; off_t addr = 0xFFFFF800; // PIO controller C static void *base; if ((fd = open ("/dev/mem", O_RDWR | O_SYNC)) == -1) { printf ("Cannot open /dev/mem.\n"); return 0; } printf ("/dev/mem opened.\n"); base = mmap (0, MAP_SIZE, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, addr & ~MAP_MASK); if (base == (void *) -1) { printf ("Cannot mmap.\n"); return 0; } printf ("Memory mapped at address %p.\n", base); pioc = base + (addr & MAP_MASK); return 1; } int main (int argc, char **argv) { FILE *file; char data[16]; int nbytes, i;? if (argc != 2) { printf ("%s \n", argv[0]); return -1; } file = fopen (argv[1], "r"); if (!file) { printf ("File %s not found.\n", argv[1]); return -1; } if (!pioc_map ()) return -1; pioc_setup (); pioc_out_0 (nCONFIG); for (i = 0; i < 10000 && pioc_in (nSTATUS); i++) { } if (i == 10000) { printf ("nSTATUS = 1 before attempting configuration.\n"); return -1; } pioc_out_1 (nCONFIG); for (i = 0; i < 10000 && !pioc_in (nSTATUS); i++) { } if (i == 10000) { printf ("Timeout waiting for nSTATUS = 1.\n"); return -1; } while ((nbytes = fread (data, sizeof (char), sizeof (data), file)) > 0) { if (pioc_in (CONF_DONE)) { printf ("CONF_DONE = 1 while transmitting data.\n"); return -1; } if (!pioc_in (nSTATUS)) { printf ("nSTATUS = 0 while transmitting data.\n"); return -1 ; } for (i = 0; i < nbytes; i++) xmit_byte (data); } for (i = 0; i < 10000 && !pioc_in (CONF_DONE); i++) { if (!pioc_in (nSTATUS)) { printf ("nSTATUS = 0 while transmitting data.\n"); return -1; } pioc_out_0 (DATA0); pioc_out_0 (DCLK); pioc_out_1 (DCLK); } if (i == 10000) { printf ("Timeout waiting for CONF_DONE = 1.\n"); return -1; } return 0; } 4 结论 本文给出了基于ARM的FPGA加载配置软件实现。这种方法充分利用了ARM的速度快、灵活的特点，节省了开发成本，又满足了一些特殊的系统设计要求。本方法也适用于其它的微处理器。 |
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