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摘 要：在使用Flash存储数据时，有时需要对其设计读写控制逻辑。本文介绍了用VHDL语言在CPLD内部编程，实现对Flash中数据的读取控制的具体方法，并给出了时序仿真波形。根据需求进行相应的修改，该设计可以支持可多种数据输出宽度，因而具有较好的灵活性。
关键词：CPLD VHDL Flash 多种数据输出宽度

1 概述
  
    本设计已实用于国家863计划“可扩展到T比特的高性能IPv4/v6路由器基础平台及实验系统”项目中。其主要功能是对主控部分的FPGA读取Flash进行控制。
    在本项目中，主控部分的FPGA在重启时需要从Flash中下载初始化程序。当下载完成后，FPGA仍会根据需要从Flash相应地址读取数据。这就要求在FPGA和Flash之间有一块控制逻辑来控制对Flash的读取。本设计就是完成的对这块控制逻辑的具体实现。
    本文用VHDL语言在CPLD内部编程将其实现。本文第2节给出用VHDL语言在CPLD内部编程实现Flash读取的过程，第3节对全文进行概括总结。

2 实现

2．1 器件的选择
    我们选用Xilinx公司XC9500XL 3.3V ISP 系列XC95288XL-7TQ144I芯片。XC95288xl是一个3.3V的低电压、高效的CPLD，在通信和计算机系统中的有广泛的应用。它包含16个54V18个功能块，提供了6400个可用的门电路，这些门电路的传播延时为6ns.
    对于Flash，项目中选择了Intel公司的Intel StrataFlash系列的256-Mbit J3型Flash.其数据宽度可分别支持8位或者16位。

2．2 实现中的问题及解决方法
    项目中选用的Flash的输出为16位，而向FPGA输出的数据为32位，因此产了数据宽度不匹配的问题，解决的方法有两种：
     第一 使用两块相同的Flash，分别将其输出的数据送入FPGA接口的高16位和低16位；其缺点是需要增加一块Flash，从而成本增加。
       第二 采用降低读取速度的方法，把从一块Flash中连续两次读取的16位数据拼接起来，组成一组32位的数据后送入FPGA接口。
    出于对成本和复杂度的考虑，在此设计中我们采取了第二种方法加以实现。

2．3 基本设计模块图
   
图1 程序模块图

     （注：框中部分为本设计所实现模块,setfpga模块完成对FPGA设置）

2．4 用VHDL进行实现（注：实体部分定义可分别参见模块图中的划分）

Flash control 1
process(reset,gclk)
begin
        if reset ="0" then
              count_reset <="0";
          elsif gclk"event and gclk ="1" then
             count_reset <= not(count(4) and count(3) and count(2));
          end if;
end process;
process(count_reset,gclk)
begin
    if count_reset ="0" then
       count <=(others =>"0");
    elsif gclk"event and gclk ="1" then
          count <=count +1;
    end if;
end process;
process(count_reset,reset,enable)
begin
if reset ="0" then
    F_CS <="1";
        F_OE <="1";
        F_WE <="1";
    elsif count_reset ="0" then
        F_CS <= "1";
         F_OE <= "1";
             F_WE <= "1";
    elsif enable"event and enable ="1" then
         F_Abus <= C_Abus;
             F_CS <= "0";
     F_OE <= "0";
     F_WE <= "1";
     C_Dbus <= F_Dbus;
end if;
end process;
Flash control 2
d_count_rst <= not(d_count(1) and (not d_count(0)) and empty);
sig_WD <= not(d_count(1) and (not d_count(0)));
WR_DATA <= sig_WD;
process(gclk,d_count)
begin
if reset ="0" then
       d_count <= "1";
elsif F_CS = "1" then
       d_count1 <= not d_count1 ;
   if gclk"event and gclk ="1" then
          d_count2 <= d_count1;
          d_count <= d_count2;
   end if;
end if;
end process;
process(reset,d_count,C_Dbus)
begin
if reset = "0" then
       data_adder <= (others =>"0");
elsif d_count"event and d_count = "0" then
   data_adder(31 downto 16) <= C_Dbus;
elsif d_count"event and d_count = "1" then
       data_adder(15 downto 0) <= C_Dbus;
end if;
end process;
enable <= enable1 and enable2;
process(reset,d_count,F_CS)
begin
if reset = "0" or F_CS = "0" then
    enable1 <= "1";
    enable2 <= "1";
elsif d_count"event then
    if gclk"event and gclk ="1" then
       enable1 <= "0";
   enable2 <= not enable1;
        end if;
end if;
end process;
process(reset,F_CS)
begin
if reset = "0" then
    address<= X"400000";
elsif F_CS = "1" then
     C_Abus <= address;
    address <= adderss +1;
end if;
end process;
process(reset,F_CS)
begin
if reset = "0" then
    address<= X"400000";
    data_adder <=(others =>"0");
elsif F_CS = "1";
    address <= adderss +1;
end if;
end process;
process(d_count2,F_CS)
begin
if F_CS = "0" then
     enable1 <= "1";
     enable <= "1";
     elsif d_count2 = "00" or d_count2 = "01" then
     enable <= "0";
     end if;
end process;
process(gclk,sig_WD)
begin
   if sig_WD = "1" then
    Pulse_RW <="1";
elsif gclk"event and gclk ="1" then
        W_D1 <= sig_WD;
        W_D2 <= W_D1;
      if empty ="0" then
     data_adder1 <= data_adder;
Pulse_RW <= (W_D1 or (not W_D2));
          end if;
end if;
end process;

(注：此程序在Xilinx公司的ISE6.2i环境下用VHDL编程实现，其仿真波形见下图)
图2 Flash control 1仿真图


图3 Flash control 2仿真图

3 结束语
     在实际应用中，以此CPLD对Flash的读取进行控制。仿真结果及最后的实际调试都表明该设计符合项目的要求。在程序中通过对读取的记数控制，本设计可以在不增加Flash片数的情况下支持16/32/64位的数据输出宽度。可以节约一定的成本,具有相当的灵活性和实用性。