TMS320C61416控制FPGA數(shù)據(jù)加載設(shè)計(jì)（一）

目前實(shí)現(xiàn)加載的方法通常有兩種：一種是用專用Cable通過JTAG口進(jìn)行數(shù)據(jù)加載，另一種是外掛與該FPGA廠商配套的PROM芯片。前者需要在PC機(jī)上運(yùn)行專用的加載軟件，直接下載到FPGA片內(nèi)，所以掉電數(shù)據(jù)仍然會(huì)丟失，只適用于FPGA調(diào)試階段而不能應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)加載。后者雖然可以解決數(shù)據(jù)丟失問題，但這種專用芯片成本較高，供貨周期也較長(zhǎng)(一般大于2個(gè)月)，使FPGA產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間受到很大約束。根據(jù)FPGA芯片加載時(shí)序分析，本文提出了采用通過市面上常見的Flash ROM芯片替代專用PROM的方式，通過DSP的外部高速總線進(jìn)行FPGA加載;既節(jié)約了系統(tǒng)成本，也能達(dá)到FPGA上電迅速加載的目的;特別適用于在FPGA調(diào)試后期，待固化程序的階段。下面以兩片Xilinx公司Virtex-4系列XC4VLX60芯片為例，詳細(xì)介紹采用TI公司的TMS320C61416 DSP控制FPGA芯片數(shù)據(jù)加載的軟硬件設(shè)計(jì)。

　　1 Xilinx FPGA配置原理

　　Virtex-4系列的FPGA芯片外部配置引腳MODE PIN(M0、M1、M2)，有5種配置模式，如表1所列。

　　FPGA在Slave SelectMAP方式下，共用了表2所列的15個(gè)配置引腳。

　　1.1 配置流程

　　FPGA加載時(shí)序如圖1所示。各配置信號(hào)必須滿足其時(shí)序關(guān)系，否則配置工作無法正常完成。

　　圖1中，Slave SelelctMAP加載主要包括以下3個(gè)步驟：

　　①啟動(dòng)和初始化。FPGA上電正常后，通過PROG_B引腳低脈沖進(jìn)行FPGA異步復(fù)位，使得FPGA內(nèi)部邏輯清零。其次PROG_B上拉高，停止外部復(fù)位，INIT_B引腳會(huì)在TPOR時(shí)間段內(nèi)自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)由低到高的跳變，指示FPGA內(nèi)部初始化完成，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)下載;同時(shí)FPGA在INIT_B的上升沿采樣其模式引腳MODE PIN，決定其模式配置。

　?、诒忍亓骷虞d。INIT_B信號(hào)變高后，不需要額外的等待時(shí)間，Virtex器件就可以立即開始數(shù)據(jù)的配置。比特流數(shù)據(jù)在外部CCLK信號(hào)上升沿按字節(jié)方式置入。該過程包括同步初始化字、器件ID號(hào)校驗(yàn)、加載配置數(shù)據(jù)幀、CRC校驗(yàn)4個(gè)部分。

　　③STARTUP啟動(dòng)。在成功校驗(yàn)CRC碼位后，比特流命令使得FPGA進(jìn)入STARTUP狀態(tài)。它是由8相狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)的。中間包括等待DCM鎖相、DCI匹配等幾個(gè)狀態(tài)，最后FPGA釋放外部DONE引腳，對(duì)外輸出高阻態(tài)，由外部上拉高，指示FPGA加載成功。

　　1.2 文件生成

　　ISE生成數(shù)據(jù)文件主要有3種：BIT文件，由二進(jìn)制格式進(jìn)行表征邏輯設(shè)計(jì)，包括文件頭和配置數(shù)據(jù)，主要用于JTAG下載電纜模式;MCS文件，為外部PROM燒寫生成的下載文件，ASCII碼，與前者不同的是它含有在PROM中的數(shù)據(jù)地址和校驗(yàn)值;BIN文件格式，由二進(jìn)制表示，完全由配置數(shù)據(jù)組成，不需要作其他的提取和進(jìn)制轉(zhuǎn)換，只是配置前的Byte-Swapped是在CPLD中實(shí)現(xiàn)的。本設(shè)計(jì)采用的是BIN文件格式。