ACEX 1K系列CPLD配置方法

1 引言

ACEX 1K 系列器件是Altera 公司近期推出的新型CPLD 產(chǎn)品。該器件基于SRAM，結合查找表(LUT)和嵌入式陣列塊(EAB)提供了高密度結構，可提供10 000 到100 000 可用門，每個嵌入式陣列塊增加到16 位寬可實現(xiàn)雙端口，RAM 位增加到49125 個。其多電壓引腳可以驅動2.5V、3.3V、5.0V 器件，也可以被這些電壓所驅動;雙向I/O 引腳執(zhí)行速度可達250MHz。該器件還應用Altera 專利技術進行了重要的生產(chǎn)改進，進一步降低了器件的成本，提高了產(chǎn)品的性能價格比。因此,ACEX 1K 器件可用來實現(xiàn)許多邏輯復雜、信息量大的系統(tǒng)。但是在器件操作過程中，ACEX 1K 系列器件的配置數(shù)據(jù)存儲在SRAM 單元中，由于SRAM的易失性，配置數(shù)據(jù)在每次上電時必須被重新載入SRAM。

2 配置ACEX 1K 系列器件三種方

法的比較

對于ACEX 1K 系列器件，目前實現(xiàn)加載的方法有以下3 種：①采用PROM 并行加載;②采用單片機控制實現(xiàn)加載;③通過JTAG 口直接一次性實現(xiàn)編程數(shù)據(jù)加載。第一種方式需要占用較多的CPLD 管腳資源，雖然這些資源在加載完成后可用作一般的I/O 口，但在加載時不允許這些管腳有其他任何外來信號源;另外數(shù)據(jù)存儲在PROM 與CPLD 之間的大量固定連線,如8 位數(shù)據(jù)線以及大量訪問PROM 的地址線等，使得PCB 板設計不便。但是這種方式有一個好處，即PROM 的容量較大、容易購置、價格低、技術支持(編程器)較好。第二種方式采用單片機控制，由PROM 中讀取并行數(shù)據(jù)，然后串行送出。由于涉及到單片機編程，對于開發(fā)者來說較為不便;另外，如果單片機僅用來實現(xiàn)該任務，較為浪費硬件資源。CPLD 的一個最大優(yōu)點是采用計算機專用開發(fā)工具，通過JTAG 口直接一次性實現(xiàn)編程數(shù)據(jù)加載，但是由于ACEX 1K 器件SRAM 的易失性使數(shù)據(jù)無法永久保存，為調(diào)試帶來很大的不便，特別是從事野外作業(yè)者。

目前，Altera 公司推出了相應的配置器件。在CPLD 器件配置過程中，配置數(shù)據(jù)存儲在配置器件的EPROM 中，通過配置器件內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生的時鐘控制數(shù)據(jù)輸出。本文以20 腳EPC2 器件(以下簡稱EPC2)為例闡述配置器件與ACEX 1K 系列器件的連接。

3 EPC2 器件簡介

EPC2 具有Flash 配置存儲器,可用來配置5.0V、3.3V、2.5V 器件。通過內(nèi)置的IEEE Std.1149. 1 JTAG 接口EPC2 可以在5.0V 和3.3V 電壓下進行在系統(tǒng)編程(ISP)。 系統(tǒng)編程后，調(diào)入JTAG 配置指令初始化ACEX 1K 器件。EPC2 的ISP 能力使ACEX 1K 器件的初始和更新更容易。當用EPC2 配置ACEX 1K器件時，在配置器件的內(nèi)部發(fā)生帶電復位延遲，最大值為200ms。Alterat 公司的QuartusⅡ和MAX+PLUSⅡ軟件均支持配置器件的編程，設計中軟件自動為每一個配置器件產(chǎn)生POF。多器件設計中，對于多個ACEX 1K 器件，軟件可以將編程文件與一個或多個配置器件聯(lián)合。軟件允許用戶選擇適當?shù)呐渲闷骷浞值貎Υ婷恳粋€ACEX 1K器件的配置數(shù)據(jù)。

4 器件連接及工作原理

當用一片EPC2 配置ACEX 1K 器件時，EPC2 的控制信號nCS、OE、DCLK 直接和ACEX 1K系列器件的控制信號連接。圖1 給出了ACEX 1K 器件和一片EPC2 的連接關系。

EPC2 的nCS 和OE 引腳控制DATA 輸出引腳的三態(tài)緩沖器，使能地址計數(shù)器和EPC2 的振蕩器。nCS 引腳控制配置器件的輸出。當OE 引腳接低電平時，不論nCS 為何狀態(tài)，地址計數(shù)器復位，DATA 引腳輸出為高阻狀態(tài)。當OE 引腳接高電平時，如果nCS 保持高電平，則計數(shù)器停止計數(shù)，DATA 引腳保持高阻狀態(tài);如果nCS 接低電平，則計數(shù)器和DATA 引腳正常工作。EPC2 允許用戶將nINIT_CONF 引腳與PLD 器件的nCONFIG 引腳相連來初始化PLD 器件的配置。EPC2 的DATA 引腳與ACEX 1K 系列器件的DATA0 或DATA 引腳相連。存儲在EPC2 器件中的數(shù)據(jù)在其內(nèi)部時鐘的控制下順序輸出到DATA 腳，然后在控制信號的控制下輸出到CPLD 器件的DATA0 或DATA 引腳。當配置數(shù)據(jù)的大小超過一片EPC2 的容量時，可以采用多片這時候器的nCASC 和nCS 引腳做器件間的握手信號。器件連接如圖1 虛線所示。

用級聯(lián)EPC2 配置ACEX 1K 器件時，EPC2 的操作與其在級聯(lián)鏈中的位置有關。當級聯(lián)鏈中的第一個即主EPC2 加電或復位，且nCS 腳為低電平時，主EPC2 控制配置進行。配置過程中主EPC2 向其后的從屬EPC2 和CPLD 器件提供所有的時鐘脈沖，并向PLD 器件提供第一個數(shù)據(jù)流。當主EPC2 中配置數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，器件的nCASC 腳變?yōu)榈碗娖?/p>

，使第一個從屬EPC2的nCS 腳變?yōu)榈碗娖剑瑥亩箯膶貳PC2 向外發(fā)送配置數(shù)據(jù)。每一片EPC2 中數(shù)據(jù)全部輸出且nCASC 引腳為低電平時，器件的DATA 引腳置為高阻狀態(tài)以避免和其他配置器件發(fā)生競爭。一旦所有的配置數(shù)據(jù)傳送完畢，且基于查找表的CPLD 器件的CONF_DONE 腳驅動主EPC2 的nCS 腳為高電平，主EPC2 器件將額外增加16 個時鐘周期來初始化CPLD 器件。隨后主EPC2器件進入空閑狀態(tài)。當需要另外加入EPC2 器件時，可以將欲加入的EPC2 的nCASC 引腳和級聯(lián)鏈中的從屬EPC2 的nCS 相連，DCLK、DATA 和OE 引腳并聯(lián)。

5 結論

從上述的闡述中，我們可以看到：采用Altera 公司的專用配置器件加載數(shù)據(jù)時，配置器件與CPLD 之間的接口線非常少，且直接連接不需要外加智能控制器;通過器件內(nèi)置JTAG口能夠將數(shù)據(jù)一次性寫入EPROM 中加以保存，而且當CONFIG 數(shù)據(jù)量較大時，可以采用多片級聯(lián);器件可多次寫入，當需要下載新數(shù)據(jù)時不需事先擦除器件中原有數(shù)據(jù)，只需將新數(shù)據(jù)直接寫入即可。由此可見采用配置器件加載數(shù)據(jù)方便、可靠、易學易用。