基于SOPC的Flash数据烧写

1、基于SOPC的Flash数据烧写作者；王晓雁,黄孜理,汪一鸣摘要:随着EDA技术的开展和可编程逻辑器件性能的不断进步，可编程片上系统技术为系统设计提供了一种简单、灵敏、高效的途径，而NisII嵌入式处理器是Altera公司新近开发的可编程片上系统解决方案。本文简单介绍了基于NisII的可编程片上系统的系统设计，并以Flash数据烧写为实例，讨论了在应用过程中遇到的一些问题和解决方案。关键词:可编程片上系统；嵌入式处理器；Flash烧写；同步动态随机存储器引言随着微电子技术的飞速开展，集成电路设计和工艺技术程度有了很大的进步，从而使得由许多I组成的电子系统集成在一个单片硅片上已成为可能，构成所谓

2、的片上系统Systenhip,S。对于一些仅为小批量应用或处于开发阶段的S，假设马上投入消费，风险较大，SPSystenaPrgraablehip技术的出现为此提供了有效的解决方案。SP是以大规模FPGA为物理载体进展的系统芯片的设计，是基于FPGA解决方案的S，简单易行而且本钱低廉。构成SP的方案有多种途径，其中将IP软核嵌入FPGA的SP系统被广泛使用，目前最具有代表性的软核嵌入式处理器是Altera的Nis和NisII核。Nis嵌入式PU是一种专门为SP设计应用而优化的PU软核，NisII是继之推出的第二代Nis嵌入式处理器，处理性能更高。随着现代设计越来越复杂化，FPGA中片内存储器的

3、资源早已不能满足用户的需要，往往需要使用外部存储器来解决问题。其中，Flash烧写就提供了一个有效手段。一般地，烧写Flash最常用的方法是用编程器把程序或数据写入Flash，但假如要把Flash存储器和芯片比方FPGA芯片连接起来使用，那么就需要用硬件来做成一个接口模块，而如今很多FPGA开发板本身就带有Flash存储器，这就为FPGA芯片和Flash通信提供了方便，而且NisIIIDE为此提供了一个方便的Flash编程方法，任何连接到FPGA的兼容通用闪存接口FI的Flash器件都可以通过NisIIIDE闪存编程器FlashPrgraer来烧录。虽然NisIIIDE闪存编程器FlashPr

4、graer为FPGA开发板提供了一种Flash烧写方法，但是使用它更多地是为了将程序烧入Flash，防止每次上电时需要下载程序的费事。假如仅仅想把大量数据写入Flash存储器，作为系统的输入信息使用，那么可以采用一种更为简单、方便的方法。本文提出的即是一种基于SP开发的Flash数据烧写方法。它利用SP开发过程，把Flash作为普通的外设来对待，待数据写入Flash后，SP系统所占的资源就可以释放，所以它为Flash数据烧写提供了一种简单、方便并且可以节省FPGA资源的有效方法。1基于NisII的SP开发与传统嵌入式系统设计不同，Nis系统的开发分硬件开发和软件开发两个流程。硬件开发过程主要由

5、用户定制系统硬件，软件开发在NisIIIDE中完成，NisII使用NisIIIDE集成开发环境来完成整个软件工程的编辑、编译、调试和下载。图1所示的是基于NisII的SP系统开发流程。设计规划将硬件程序下载至开发板上将软件程序下载至开发板上SP系统实现硬件设计定义NisII处理器系统SPBuilderSPBuilder分配引脚、编译硬件QuartusII生成系统模块SPBuilder软件设计根据硬件系统生成HALNisIIIDE编写应用程序NisIIIDE编译、连接、调试NisIIIDE图1基于NisII的SP系统开发流程NisII的硬件设计是为了定制适宜的PU和外设,利用SPBuilder的

6、图形用户界面，可以快速方便地定义和连接复杂的系统。系统定义过程中，可对PU和各外设模块的特性、大小及在系统中地址分配等进展设定。接着让SPBuilder帮助NisII开发者生成SP系统，实际上，它是用生成的.ptf文件来描绘NisII处理器系统。同时，也生成了用于QuartusII编译的HDL文件。在完成上述操作之后，使用QuatusII软件对NisII系统上的各种I/口进展引脚分配，并且进展硬件编译。在编译的过程中，QuatrusII从HDL源文件综合生成一个合适目的器件的网表。最后，将生成的配置文件下载到开发板上。NisIIIDENisII集成开发环境为NisII的软件开发提供了一个平台，

7、利用它可以向生成的SP系统写入程序。在进展软件开发时，会涉及到与硬件设备的通信问题。HAL硬件抽象层系统库工程包括所有和硬件处理器相关的接口，它是在NisIIIDE中建立一个新的工程时，由IDE根据SP系统自动生成的。用户在NisIIIDE环境中编写软件程序，实际是基于HAL系统库的应用程序，通过HAL系统库，与硬件设备联络起来。程序编辑完之后，使用NisIIIDE的编译器、调试器对软件工程进展编译、调试。一切顺利通过之后，就可以将软件下载到开发板上，并可以在硬件上运行。转贴于论文联盟.ll.2开发实例2.1Flash烧写这里以Flash数据烧写为例，详细讨论基于NisII的SP开发，本实例是

8、针对一次性向Flash写入大量数据的设计方案，首先是设计规划，即软、硬件的划分问题，之后就分硬件开发和软件开发两局部分别讨论。2.2硬件开发本设计使用的开发板是ylneEP16Q2408。采用的FPGA芯片是ylne系列的EP16。开发板上还附有8byte的SDRASynhrnusDynaiRandAessery和2byte的Flash存储器。图2就是最终的系统工程文件。它的开发过程如下。由于NisII开发时采用默认的系统时钟50Hz，即图2中SP系统时钟lk，而核心板上的晶振是25Hz，所以需要添加一个锁相环PLL模块，将频率提升到50Hz再供应系统。图2系统工程文件首先定义NisII处理器

9、系统，它是为Flash数据烧写特别定制的，所以使用了最精简的系统组件。它们分别是：1PU核，这里选择了经济型的NisII，因为它占用最少的逻辑单元；2n-hipery，为系统添加内存储器，使用FPGA内部RA资源，速度快，但存储容量较小，这里定义了4KB的RA；3JTAGUART，它主要用于在线调试，在调试中，只要配置了PU、n-hipery和JTAGUART就可以完成一个最小系统；4Avaln三态总线桥AvalnTri-StateBridge，AvalnTri-StateBridge也可以称作是外部RA总线，在NisII开发板上，要实现NisII系统和FPGA片外存储器通信，就需要Avaln

10、三态总线桥；5SDRA控制器，SDRA可以提供更大的存储容量，解决片内RA不够用的情况，它通过Avaln三态总线桥接入NisII系统中；6参加Flash接口，它的参加类似P机接入了硬盘，用于存放程序和数据，并且具有非易失性，这里用它来存放要写入的数据。其次，在自动分配基地址和中断后，进展SP系统地址的分配。这里由于软件程序较长，Resetaddress就设置为SDRA。接着利用SPBuilder就可以生成SP系统，并且生成用于综合的硬件描绘语言HDL。硬件设计的最终目的是为软件开发提供一个平台，所以最后还是要通过对工程文件的编译来获得配置文件，通过JTAG口下载配置信息，从而实如今FPGA芯片

11、中建立硬件系统。在此之前，分配引脚的过程是非常重要的，如图2中，除了时钟和复位引脚以外，其余的都是关于SDRA和Flash的引脚。使用了SDRA，就需要给它分配时钟，根据SDRA的芯片HY57V641620HG(L)T-7，时钟应为100Hz，所以利用锁相环倍频至100Hz，供应SDRA的时钟，即图2中的sd_lk。图2中，sd_addr和sd_data是SDRA的地址和数据线，它们分别是12位和16位。由于SP系统的地址总线为“tri_state_bridge_0_address20.0共21条地址线，而Flash芯片A29LV160只有20位地址线，所以必须将“tri_state_brid

12、ge_0_address20.0的高20位地址线与Flash的20位地址线对齐，同时由于所选用的Flash芯片是16位数据总线，每次读写16位，因此只用到“tri_state_bridge_0_address20.0的高20位地址总线。关于SDRA、Flash的控制和片选信号也通过其余的引脚表示出来了。除此之外，不同型号的片外存储器如SDRA、Flash的操作时序都可能不同，所以在定制系统组件时要根据所选用的芯片，对它们的时序做出正确的设置，否那么将使NisII不能工作或者工作不稳定。2.3软件开发通常来说，往往是因为数据量很大才需要把数据写入Flash中，这些数据很可能是以特殊方式保存下来的

13、，比方在atlab环境中经过数据处理被保存在数据文件.at中。本设计的软件开发就是实现向Flash写入数据，而这个过程是在NisIIIDE的/+编程环境下完成的，如何在该环境中引用那些被保存的数据成为了一个关键问题。这里提出的一个解决方法是：运用文件这个概念。该方法的主要思路是：首先在ATLAB中编写程序把需要保存的数据保存在某个文件中，如data.h；关于保存数据的文件的途径，建议使用绝对途径，并且将它存放在软件工程文件夹下；然后在/+环境中，添加头文件#inlude，这样就可以在该环境下直接引用data.h中的数据。其次，由于在开发过程中是把Flash当作普通外设来对待的，需通过访问Fla

14、sh的方法来向Flash写数据，因为本设计是针对一次性向Flash写入大量数据，并且无需保存Flash中原来的数据，因此不会涉及到Flash的跨块擦除问题，故采用简单访问Flash的方法。使用Flash的操作函数时，需包含头文件“sys/alt_flash.h。编辑完程序后，假如直接编译，会出现存储容量不够的问题，可以通过以下方法解决。在系统库属性中做一些编译前设置。程序是默认存储在n-hipery中的，这里需要改为SDRA。可以选中“Redueddeviedriver和“SallLibrary，去掉“leanexit选择，这样可以使程序变校NisII程序编译Build通过，就可以下载至已配置

15、好硬件信息的开发板上，但往往会出现运行Run不起来的问题，原因有很多种，比拟典型的有以下几种可能：使用了SDRA却没有合理分配时钟；管脚分配出现问题；SDRA、Flash的时序设置不正确。应仔细检查，排除这些问题。成功运行后，说明已把数据写入了Flash，如想要进一步确认，可以采用对Flash的读操作来进展验证。3结论NisII是一个性价比拟强大的嵌入式处理器软核，结合SP技术，可以有效地实现系统功能。它实际上是一个软硬件复合的系统。与普通的嵌入式系统开发相比，具有更多的优势。在介绍了基于NisII的SP系统的一般开发流程之后，本文以Flash数据烧写为例，详细地说明了软硬件开发过程中需要注意的问题。特别是在软件设计过程中，运用了文件的概念来引用保存在atlab数据文件.at中的数据。另外，针对一次性向Flash写入大量数据这个问题，使用了简单访问Flash的方法，既简单又保证了正确性。在硬件开发中，从节省资源的角度考虑，只为该系统定制了所需的系统组件。总的来说，这为Flash数据烧写提供了一个简单有效的手段。参考文献1Alterarpr