基于ARM與FPGA的可重構(gòu)設(shè)計(jì)

　　3重構(gòu)控制器設(shè)計(jì)

　　3.1硬件系統(tǒng)組成

　　其主要功能是控制按照用戶不同需求控制調(diào)用不同的方案配置目標(biāo)可編程器件。它主要包括ARM處理器、FPGA、FLASH存儲(chǔ)器和對(duì)外總線接口，各功能部件主要功能如下：

　　(1)ARM處理器選用AT91FR40162S，其主要功能是控制模擬JTAG接口的FPGA讀取FLASH存儲(chǔ)器中的重構(gòu)方案，實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)配置；

　(2)FPGA協(xié)處理器選用Xilinx公司SPARTEN3AN系列的XC3S700AN-FGG484，是基于非易失性存儲(chǔ)的FPGA，自身帶有PROM，它作為外部總線和ARM控制器之間的雙端口，主要功能是模擬JTAG接口實(shí)現(xiàn)TAP控制器時(shí)序，完成配置方案數(shù)據(jù)的并串轉(zhuǎn)換并輸出至外部總線；

　　(3)FLASH存儲(chǔ)器容量為32M×16 b，用于處理器的上電引導(dǎo)、存放多種重構(gòu)配置方案。由于要求的存儲(chǔ)容量較大，采用SPANSION公司S29GL512P(32M×16 b)的存儲(chǔ)空間，訪問速度為110 ns，可以達(dá)到25 ns快速頁存取和相應(yīng)的90 ns隨機(jī)存取時(shí)間，F(xiàn)BGA封裝；

　　(4)外部總線接口，可采用1路RS 232驅(qū)動(dòng)接收器，實(shí)現(xiàn)和外部通信的接口；

　　(5)測試線TCK，TMS，TDI和TDO，是重構(gòu)控制器向目標(biāo)可編程器件提供所需的JTAG TAP激勵(lì)，分別控制目標(biāo)多個(gè)FPGA的重構(gòu)配置和反饋重構(gòu)信息。

　　3.2重構(gòu)控制器工作原理

　　ARM執(zhí)行的初始化工作包括程序更新加載運(yùn)行，F(xiàn)PGA參數(shù)設(shè)定等；FPGA設(shè)定內(nèi)部寄存器和邏輯狀態(tài)的初始值、內(nèi)部緩沖區(qū)數(shù)據(jù)清零等。

　　重構(gòu)控制器示意圖如圖4所示。圖中ARM處理器一方面通過ARM總線讀取外部FLASH中的配置方案，對(duì)其進(jìn)行并串轉(zhuǎn)化操作，將其存儲(chǔ)到 FLASH存儲(chǔ)器中；另一方面重構(gòu)控制器中模擬TAP控制器的FPGA，從ARM內(nèi)置的FLASH存儲(chǔ)器中讀取配置文件，并執(zhí)行ARM處理器發(fā)出的指令解譯該文件，重構(gòu)控制器解釋二進(jìn)制文件方法如下：在ARM處理器的控制下，從裝載配置文件的FLASH中讀出一個(gè)字節(jié)，判斷是哪條JTAG指令，然后根據(jù)指令的格式作具體的處理，產(chǎn)生TCK，TMS，TDI和TDO信號(hào)，作為目標(biāo)可編程器件的JTAG接口激勵(lì)，與目標(biāo)可編程器件的JTAG口串聯(lián)成菊花鏈，在 ARM處理器的控制下，對(duì)目標(biāo)可編程器件進(jìn)行在系統(tǒng)編程。被重構(gòu)的FPGA由支持局部動(dòng)態(tài)重構(gòu)的Xilinx公司的Virtex-4系列FPGA來實(shí)現(xiàn)。

　　4 結(jié) 語

　　本文介紹的重構(gòu)控制器既具有ARM微控制器所擁有的高速處理器核、體積小、集成度高、運(yùn)算速度快、存儲(chǔ)器容量大、功耗低等特點(diǎn)，又具有FPGA 強(qiáng)大的并行計(jì)算能力和方便靈活的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)性，使硬件信息(可編程器件的配置信息)像軟件程序一樣被動(dòng)態(tài)調(diào)用或修改。對(duì)于特定的目標(biāo)FPGA芯片，在一定控制邏輯的驅(qū)動(dòng)下，對(duì)芯片的全部或部分邏輯資源重新進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置，從而實(shí)現(xiàn)硬件的時(shí)分復(fù)用，靈活快速地改變系統(tǒng)功能，節(jié)省邏輯資源，滿足大規(guī)模應(yīng)用需求。