psd813f2在fpga配置中的应用

1 / 6PSD813F2 在 FPGA 配置中的应用论文关键词：可编程外围器件 在应用可编程 可编程门阵列，使得系统复杂、可靠性低，并且调试繁琐、效率较低。可编程门阵列需要外置存储器，且配置存储器多为 OTP 型，价格较高；加之，利用 FPGA 的 JTAG 口配置FPGA 距离有限，调试不甚方便。主要介绍一种基于闪烁存储器的在线可编程微处理器外围器件 PSD813F2 组成的单片机系统，同时利用该系统配置 FPGA。即通过计算机串口将 FPGA 设计在线下载到单片机系统，由 PSD813F2 配置 FPGA，实现 IAP 的功能。1 PSD813F2 性能特点PSD813F2 是 PSD 家庭的新成员，是基于闪烁存储器的在线可编程外围器件。它将单片机系统所需的外围器件集成在一起，并能与单片机进行无缝连接，因而简化了调度，提高了可靠性；同时，它与当前流行的众多单片机有极简单的接口，便于实现简单、灵活的嵌入式设计；它还集成了优化的“微控制器宏单元”逻辑结构，使得系统地址/数据总线可以与内部寄存器直接互连，简化了控制总线的设计。此外，PSD813F2 还具有以下一些特性：内部数据总线为 8 位，可方便地与各类 8 位单片机直接相连。如要与 16 位单片机相连，需用 2 片 PSD813F22 / 6构成 16 位的多路复用接口，并且地址必须循环移位，以保证 MCU 工作时能同时正确接收不同 PSD813F2 ROM 中的信息。内部包含 1Mbit 的大容量 Flash ROM，这分为 8 个大小相同的块，由用户规定的地址访问；另外还有 256K 的Flash OPT ROM 及 16KB 的 SRAM，其中 SRAM 可配置为2K8bit 或 16K1bit。内存或 Flash OPT ROM 可同时编程，即在执行来自一个存储器的代码时可同时对另一个存储器编程。带有 16 个输出宏单元和 24 个输入宏单元，能方便实现多种逻辑组合功能，包括内外的状态信号产生、地址译码等。带有 27 个可重建的 I/O 端口，可以用作不同的I/O 端口，如单片机的 I/O、PLD 的 I/O；最多可提供 19 个外部片选信号，其中 16 个 I/O 可配置为漏极输出。具有可编程电源管理功能，加之低功耗的 CMOS 技术，使得其工作时功耗很低；另外还具有自动检测控制器工作的功能，使之在不工作时将 PSD 转入低功耗状态。由于 PSD813F2 具有以下特性，因而能方便实现 I/O重建、扩展，并具有通过编程改变设计的灵活性，方便与各类不同单片机实现无缝连接。其内部框图如图 1 所示。2 系统设计3 / 6整个设计是利用计算机将 FPGA 的相关设计经单片机传送存储器，由单片机配置 PSD813F2，再由 PSD813F2 配置FPGA，实现 IAP 的功能，特别适于较远距离在线编程、仿真。另外，利用计算机的串行口可以与单片机进行较长距离的通信。此外，由于 PSD813F2 片内有编程逻辑宏单元，所以在 MCU 与 PSD813F2 之间不需要地址锁存器及外部程序存储器；并且 PSD 与 LCD、FPGA 的接口地直接用其 PA、PB 口连接，只需在软件设计和 MCU 程序中相应设计为 I/O 模式或地址锁存模式。另外，FPGA 的使用中通常需要时钟信号，并可能需用好几路同的时钟信号。在系统中采用 ICS 公司的 ISC501倍频芯片，可实现 28共 8 种倍频方式，最高可实现160MHz 时钟；加之使用内部分频，可以满足多数设计需要。3 MCU 与 PSD813F 接口设计 PSD813F2 具有大容量 Flash ROM、16 个输出宏单元和 24 个输入宏单元，因而在与单片机组成系统时很少需要外围分立器件，多数通过 PSD813F2 中的宏单元逻辑组合产生与单片机连接的地址总线、数据总线、控制总线；同时，通过内部的逻辑译码产生对 3 块独立存储区片选信号。另4 / 6外，单片机与 PSD813F2D 内部宏单元的 D 触发器直通，使得设计计数器、外围逻辑控制极为方便。PSD813F2 内部包含 3 块并行、相互独立的存储器区，独立或并行的单片机在任何时候都可以从一块存储器执行擦写另一块存储器的操作。这使得单片机能够在执行程序期间，通过改变 PSD 内控制器的内容，而动态改变程序和数据空间的地址范围；同时，系统也能对逻辑资源、扩展输入和输出端口进行编程，使系统具有实时 ISP 的能力。4 PSD813F2 与 FPGA 接口设计PSD813F2 可以配置 Altera 或 Xilinx 的FPGA。Altera 公司的 EPF10K10/20 是其万门级 FPGA 的代表，原来需要外置存储器，且配置存储器 EPC1441 是 OTP 型，价格较高；而 PSD813F2 具有很好的在线编程功能，并且擦写次数 10 万次，同时，1 片 PSD813F2 可以配置 10 片EPF10K10，因而其具有良好的性价比。 用 PSD813F2 配置 Altera 公司的 EPF10K 系列 FPGA，主要有以下信号：DCLK输入移位时钟；DATA数据；nSTATUS状态信号；CONF_DONE配置是否成功信号；nCONFIG开始配置信号。5 / 6在实际配置电路中采用 FPGA 的被动串行方式，因而EPF10K 系列 FPGA 的 MSE0、MSE1 均接地；同时nSTATUS、CONF_DONE、nCONFIG 均需通过上拉电阻接电源。配置接口的信号线只需由 PSD813F2 的 PA 或 PB 口配置即可，如图 3 所示。 5 软件设计PSD813F2 编程是在硬件基础上，利用专用开发软件PSDsoft 进行系统开发的；而 PSDsoft 是一套在 Windows 环境下运行的软件工具，运用可视化界面进行编程，具有人机交互功能，其一般开发流程如图 4 所示。然而对于单片机系统，更熟悉的是采用 C51 或汇编进行编程。利用单片机对 PSD813F2 进行配置时，所使用的C51 程序中最主要的是对 PSD813F2 进行初始化的子程序：void InitPSD813F2(void) ；初始化程序/PA0 LCD_R/W ；定义 PA0 为 LCD 读写/PA1 LCD_RS ;定义 PA1 为 LCD 复位/PA2 FPGA_DCLK ；定义 PA2 为 FPGA 时钟PSDPACtrlReg=0x03 ；/设定 PA 口的读写模式PSDPADir=0xff;PSDPADri=0x00;/PB0 FPGA-CON_DONE/PB1 FPGA-nSTATUS6 / 6/PB2 FPGA-DATA/PB3 FPGA-nCONFIG/PB4 LCD-CS_LCDPSDPBCtrlReg=0x00 ；/设定 PB 为 MCU 的读写PSDPBDir=0x0fc ；/设定 PB 读写模式PSDPBDri=0x00；完整的 PSD 源程序请见网络补充版。结束语由于 PSD813F2 具有高的集成度和很强的在线编程功能，与单片机组成系统后可方便地嵌入 FPGA 的配置中。实际开发的系统能够满足各类 FPGA 配置的要求，同时，实际用 VC 开发