基于ARM的FPGA加载配置实现

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引言

　　根据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柯林斯对编程器件进行配置的的设计实现状语从句：。

　　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器（配置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；

·JT

AG方式；
" ]4 }! f; M* _

　　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（被动串行），快速被动并行FPP（快速被动并行）。 ，被动并行同步PPS（被动并行串行），被动并行异步PPA（被动并行异步），以及异步串行PSA（被动串行异步）。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，也可以采用模仿来JTAG顺序进行配置。

　　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。

　　图1 ARM配置FPGA电路原理图

　　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：

静态AT91PS_PIO pioc;

内联void pioc_out_0（int掩码）

{

　　pioc-> PIO_CODR =掩码;

}

内联void pioc_out_1（int掩码）

{

　　pioc-> PIO_SODR =掩码;

}

内联int pioc_in（int掩码）

{

　　返回pioc-> PIO_PDSR＆mask;

}

内联void xmit_byte（char c）

{

　　我

　　对于（i = 0; i <8; i ++）

　　{

　　如果（c＆1）

　　　　　　　　　　　pioc_out_1（DATA0）;

　　　　　　其他

　　　　　　　　　　　pioc_out_0（DATA0）;

　　　　　　　　　　　pioc_out_0（DCLK）;

　　　　　　　　　　　pioc_out_1（DCLK）;

　　　　　　c >> = 1;

　　　}

}

无效pioc_setup（）

{

　　　pioc-> PIO_PER = DATA0 | nCONFIG | DCLK | 状态| 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 | 状态| CONF_DONE;

　　　pioc-> PIO_MDDR = DATA0 | nCONFIG | DCLK;

　　　pioc-> PIO_PPUDR = DATA0 | nCONFIG | DCLK | 状态| CONF_DONE;

　　　pioc-> PIO_OWDR = DATA0 | nCONFIG | DCLK | 状态| CONF_DONE;

}

int pioc_map（）

{

　　　　int fd;

　　　　off_t addr = 0xFFFFF800; // PIO控制器C

　　　　静态void * base;

　　　　如果（（fd =打开（“ / dev / mem”，O_RDWR | O_SYNC））== -1）

　　　　　{

　　　　　　　printf（“无法打开/dev/mem。\n”）；

　　　　　　　

' l3 \' a8 w9 t0 H

返回0;

　　　　　}

　　　　printf（“ / dev / mem已打开。\ n”）；

　　　　base = mmap（0，MAP_SIZE，PROT_READ | PROT_WRITE，MAP_SHARED，fd，addr＆〜MAP_MASK）;

　　　　如果（base ==（void *）-1）

　　　　{

　　　　printf（“无法映射。\ n”）；

　　　　　　返回0;

　　　　}

　　　　printf（“内存映射到地址％p。\ n”，基数）；

　　　　pioc = base +（addr和MAP_MASK）;

　　　　返回1;

}

int main（int argc，char ** argv）

{

　　　　FILE *文件;

　　　　字符数据[16];

　　　　int nbytes，我；？

　　　　如果（argc！= 2）

　　　{

　　　　　　printf（“％s \ n”，argv [0]）;

　　　　　　返回-1;

　　　}

　　　　file = fopen（argv [1]，“ r”）;

　　　　如果（！文件）

　　　{

　　　　　　　printf（“找不到文件％s。\ n”，argv [1]）；

　　　　　　　返回-1;

　　　}

　　　如果（！pioc_map（））

　　　　　　　　返回-1;

　　　pioc_setup（）;

　　　pioc_out_0（nCONFIG）;

　　　对于（i = 0; i <10000 && pioc_in（nSTATUS）; i ++）{}

　　　如果（i == 10000）

　　　{

　　　　　　　printf（“ nSTATUS = 1，然后再尝试配置。\ n”）；

　　　　　　　返回-1;

　　　　}

　　　　pioc_out_1（nCONFIG）;

　　　　for（i = 0; i <10000 &&！pioc_in（nSTATUS）; i ++）{}

　　　　如果（i == 10000）

　　　　{

　　　　printf（“等待nSTATUS的超时= 1. \ n”）；

　　　　　　　返回-1;

　　　　}

　　　　而（（nbytes = fread（数据，sizeof（字符），sizeof（数据），文件））> 0）

　　　　{

　　　　　　　如果（pioc_in（CONF_DONE））

　　　　　　　{

　　　　　　　　　　　　　printf（“传输数据时，CONF_DONE =1。\ n”）；

　　　　　　　　　　　　　返回-1;

　　　　　　　　}

　　　　　　　　如果（！pioc_in（nSTATUS））

　　　　　　　　{

　　　　　　　　　　　printf（“ nSTATUS = 0，同时传输数据。\ n”）；

　　　　　　　　　　　返回-1;

　　　　　　　　}

　　　　　　　　对于（i = 0; i <nbytes; i ++）

　　　　　　　　　　　　　xmit_byte（data ）;

　　　}

　　　对于（i = 0; i <10000 &&！pioc_in（CONF_DONE）; i ++）

　　　{

　　　　　　　如果（！pioc_in（nSTATUS））

　　　　　　　{

　　　　　　　　　　printf（“ nSTATUS = 0，同时传输数据。\ n”）；

　　　　　　　　　　返回-1;

　　　　　　　}

　　　　　　　pioc_out_0（DATA0）;

　　　　　　　pioc_out_0（DCLK）;

　　　　　　　pioc_out_1（DCLK）;

　　　}

　　　如果（i == 10000）

　　　{

　　　　　　　　　　printf（“超时等待CONF_DONE = 1. \ n”）；

　　　　　　　　　　返回-1;

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　　　}

　　　返回0;

}

　　4结论

　　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。本方法也适用于其他的初步

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winushej

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。