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用CPU配置FPGA (四) 应用实例

菜鸟
2007-03-29 20:17:04     打赏
我们已在某单板上实现了该设计。现以该单板为例,说明如何实现CPU对FPGA的配置。 在该单板上是使用MPC860作CPU,BootROM采用SST39VF040,一片FPGA型号EP1K30QC208-3。我们在MCP860的PB口选5根线与EP1K30连接成PS配置方式,硬件连接参考第二章,Data0也由MPC860输出,信号定义见下表

MPC860引脚 I/O 信号名称 EP1K30引脚
PB24 O DATA0 156
PB25 I nSTATUS 52
PB26 O nCONFIG 105
PB27 I CONF_DONE 2
PB28 O DCLK 155


EP1K30所需要的配置数据为58kB(准确的长度参见生成的 RBF文件),由于BootROM比较空,我们将配置数据安排在BootROM的0x70000~0x7FFFF区间内。第一次的配置数据可利用编程器将 RBF文件当作二进制文件写到BootROM的起始地址为0x70000的区域,也可以通过860仿真器把数据写到指定位置。
具体软件操作参见第二章。
FPGA在线更改配置
为检验FPGA在线升级的可能性,我们在CPU的BootROM中放置了不同逻辑的FPGA配置数据。CPU正常运行时,测试软件随意更换FPGA的配置数据。在每次配置完成后,FPGA均能实现相应的逻辑功能。
如果和系统软件配合,在线更改EPROM中的配置数据,FPGA的在线升级是完全可以实现的。
为了便于调试和实际生产,我们将FPGA的初始配置数据放置在BootROM中。如某些单板BootROM的写功能必须禁止,此时FPGA配置数据可放在其它存储器中,如存放应用程序的FLASH中,升级FPGA配置数据可以和升级应用程序一并完成。

电缆下载
为了提高调试进度,通常会采用电缆下载的方式。在单板上兼容这两种配置方式有多种办法,我们采用了比较简单又便于生产的"0欧姆电阻连接方式"。电气连接的示意图如下:
图1 兼容电缆下载 在最初调试FPGA时,R1~R5不焊,直接用电缆下载。同时,MPC860的程序中跳过FPGA配置的代码。等FPGA设计定型后(相当于准备使用EPC1时),焊上R1~R5,利用CPU配置FPGA。
当然,R1~R5也可改用跳线或拨动开关。这两种连接方式在开发调试中比0欧姆电阻方便,但实际使用中可靠性不如0欧姆电阻高,如跳线会出现短路块脱落、拨动开关会出现接触不良等现象。而且,0欧姆电阻连接方式最便于生产,价格也最低。建议开发阶段的单板可以用跳线或拨动开关,转产时采用0欧姆电阻连接方式。
在使用下载电缆时需要注意电源的选择。由于Altera以前的 Byteblaster下载电缆是5V供电的,有不少设计都把下载电缆插座接到5V电源上,这种5V供电的下载电缆可能导致不能忍受5V信号的CPU损坏。因此,使用本模块时,下载电缆应使用低电压版本的ByteblasterMV,下载插座的电源接3.3V。
使用、调试、维护说明
如果使用本模块出现配置出错,有如下可能:

错误原因 解决方法
配置数据有错 重新生成配置数据,并检查生成过程是否正确
CPU输出信号频率太高 控制DCLK频率,具体数据参见“操作过程”相关章节
CPU与FPGA连接有误 检查硬件连线
下载电缆影响 拔去下载电缆
CPU的I/O口故障 用示波器检查PB24~PB28信号波形
FPGA故障 更换FPGA

经验教训
本模块在设计过程中有如下几个要点,请使用者注意:
1. CPU的启动必须不依赖于FPGA,这在单板设计时需要特别考虑的。即CPU子系统应在FPGA被配置前可独立运行并访问所需资源。CPU对FPGA进行配置所需的资源很少,一般来说,仅RAM和BootROM的访问而已。当然,其他挂在CPU总线上的设备必须处于非访问态,FPGA所控制的设备也应处于非工作态或不影响其他设备工作的稳定态。
2. 为了实现FPGA的在线升级,存放FPGA配置数据的区域必须是CPU可重写的
3. 利用CPU配置FPGA,在使用者的主观感觉上会觉得FPGA"起来"得比较慢。这是因为FPGA的配置要等CPU启动完成后才进行。因此,应充分考虑FPGA所控制的设备在FPGA被配置完成前处于非工作态或不影响其他设备工作的稳定态。
4. 关于配置数据占用空间的问题。对于Altera的FPGA来说,每个确定型号的器件,配置数据的长度是一定的(和设计逻辑无关)。因此,一旦确定了FPGA的型号,配置数据占用EPROM的空间也可以在设计中确定。
5. 在使用中请保留下载电缆插座,以加快调试进度。
6. 下载成功后,软件应有指示,便于维护。
7. 要从系统的角度考虑现场升级,保护好FPGA数据。
8. 单板调试时电缆下载的问题。为了兼容两种下载方式,需要电缆下载时,可在CPU程序中跳过配置程序。
9. 如果单板有可能使用电缆下载,必须考虑CPU的I/O能否忍受下载电缆信号电平



关键词: 配置     应用     实例     使用     数据     电缆     下载    

菜鸟
2007-03-29 20:46:00     打赏
2楼


菜鸟
2007-03-29 20:48:00     打赏
3楼


菜鸟
2007-04-21 07:40:00     打赏
4楼
继续啊·~~~~~~~~~~~~~~~·

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