原创 基于ARM的FPGA加载配置实现

2011-4-5 20:08 717 1 1 分类: MCU/ 嵌入式

基于SRAM工艺FPGA在每次上电后需要进行配置,通常情况下FPGA的配置文件由片外专用的EPROM来加载。这种传统配置方式是在FPGA的功能相对稳定的情况下采用的。在系统设计要求配置速度高、容量大、以及远程升级时,这种方法就显得很不实际也不方便。本文介绍了通过ARM对可编程器件进行配置的的设计和实现。
 1 配置原理与方式
 1.1 配置原理
 在FPGA正常工作时,配置数据存储在SRAM单元中,这个SRAM 单元也被称为配置存储(Configuration RAM)。由于SRAM是易失性的存储器,因此FPGA在上电之后,外部电路需要将配置数据重新载入到片内的配置RAM中。在芯片配置完成后,内部的寄存器以及I/O管脚必须进行初始化。等初始化完成以后,芯片才会按照用户设计的功能正常工作。
  1.2 配置方式 根据FPGA在配置电路中的角色,其配置数据可以使用3种方式载入到目标器件中: ?FPGA主动(Active)方式; ?FPGA 被动(Passive)方式;
 ? JTAG 方式; 在FPGA 主动方式下,由目标FPGA来主动输出控制和同步信号(包括配置时钟)给专用的一种串行配置芯片,在配置芯片收到命令后,就把配置数据发到FPGA,完成配置过程。在被动方式下,由系统中的其他设备发起并控制配置过程,FPGA只输出一些状态信号来配合配置过程。被动方式包括被动串行PS(Passive Serial )、快速被动并行FPP(Fast Passive Parallel)、被动并行同步PPS(Passive Parallel Serial)、被动并行异步PPA(Passive Parallel Asynchronous)、以及被动串行异步PSA(Passive Serial Asynchronous)。JTAG是IEEE 1149.1边界扫描测试的标准接口。从JTAG接口进行配置可以使用Altera的下载电缆,通过Quartus工具下载,也可以采用微处理器来模拟 JTAG时序进行配置。

 

 2 硬件电路设计 AT91ARM9200对EP1C6配置的硬件电路示意图如图1所示。 在配置FPGA时,首先需要将年nCONFIG拉低(至少40us), 然后拉高。当nCONFIG被拉高后,FPGA的nSTATUS也将变高,表示这时已经可以开始配置,外部电路就可以用DCLK的时钟上升沿一位一位地将配置数据写进FPGA中。当最后一个比特数据写入以后,CONFIG_DONE管脚被FPGA释放,被外部的上拉电阻拉高,FPGA随即进入初始化状态。   站长查询cXNQ3Ma

 
    3 软件设计
 本文在设计时使用Linux系统,软件编写和调试是在ADS 下。
主要程序如下: static AT91PS_PIO pioc; inline void pioc_out_0 (int mask) {   pioc->PIO_CODR = mask; } inline void pioc_out_1 (int mask) {   pioc->PIO_SODR = mask; } inline int pioc_in (int mask) {   return pioc->PIO_PDSR & mask; } inline void xmit_byte (char c) {   int i;   for (i = 0; i >= 1;    } } void pioc_setup () {    pioc->PIO_PER   =DATA0 | nCONFIG | DCLK | nSTATUS | CONF_DONE;    pioc->PIO_OER   =DATA0 | nCONFIG | DCLK;    pioc->PIO_ODR   =nSTATUS | CONF_DONE;    pioc->PIO_IFER   =nSTATUS | CONF_DONE;    pioc->PIO_CODR   =DATA0 | nCONFIG | DCLK; pioc->PIO_IDR   =DATA0 | nCONFIG | DCLK | nSTATUS | CONF_DONE;    pioc->PIO_MDDR =DATA0 | nCONFIG | DCLK;    pioc->PIO_PPUDR =DATA0 | nCONFIG | DCLK | nSTATUS | CONF_DONE;    pioc->PIO_OWDR =DATA0 | nCONFIG | DCLK | nSTATUS | CONF_DONE; } int pioc_map () {     int fd;     off_t addr = 0xFFFFF800;   // PIO controller C     static void *base;     if ((fd = open ("/dev/mem", O_RDWR | O_SYNC)) == -1)      {        printf ("Cannot open /dev/mem.
");        


  return 0;      }
    printf ("/dev/mem opened.
");     base = mmap (0, MAP_SIZE, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, addr & ~MAP_MASK);     if (base == (void *) -1)     {     printf ("Cannot mmap.
");       return 0;     }     printf ("Memory mapped at address %p.
", base);     pioc = base (addr & MAP_MASK);     return 1; } int main (int argc, char **argv) {     FILE *file;     char data[16];     int nbytes, i;?     if (argc != 2)    {       printf ("%s
", argv[0]);       return -1;    }     file = fopen (argv[1], "r");     if (!file)    {        printf ("File %s not found.
", argv[1]);        return -1;    }    if (!pioc_map ())         return -1;    pioc_setup ();    pioc_out_0 (nCONFIG);    for (i = 0; i 0)     {        if (pioc_in (CONF_DONE))        {              printf ("CONF_DONE = 1 while transmitting data.
");              return -1;         }         if (!pioc_in (nSTATUS))         {            printf ("nSTATUS = 0 while transmitting data.
");            return -1


          }         for (i = 0; i < nbytes; i )              xmit_byte (data);    }    for (i = 0; i < 10000 && !pioc_in (CONF_DONE); i )    {        if (!pioc_in (nSTATUS))        {           printf ("nSTATUS = 0 while transmitting data.
");           return -1;        }        pioc_out_0 (DATA0);        pioc_out_0 (DCLK);        pioc_out_1 (DCLK);    }    if (i == 10000)    {           printf ("Timeout waiting for CONF_DONE = 1.
");           return -1;


     }    return 0; }

 4 结论
 本文给出了基于ARM的FPGA加载配置软件实现。这种方法充分利用了ARM的速度快、灵活的特点,节省了开发成本,又满足了一些特殊的系统设计要求。本方法也适用于其它的微处理器。

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