1、6.1 CPLD/FPGA器件的配置, 把CPLD/FPGA设计代码送入芯片的过程（或做法） 称为对CPLD/FPGA器件的配置，也称为下载。 经过配置的CPLD芯片，就成为具有用户需要功能的专用数字电路或数字系统。 器件编程下载的分类： 对CPLD/FPGA芯片进行编程配置的方式有多种。1、按使用计算机的通讯接口划分，有： （1）串口下载（BitBlaster或MasterBlaster）、 （2）并口下载（ByteBlaster）、 （3）USB接口下载(MasterBlaster或APU)等方式。,2、若按使用的CPLD/FPGA器件划分，有： 1）CPLD编程（适用于片内编程元件为EP
2、ROM、 E2PROM和闪存的器件）； 2）FPGA下载（适用于片内编程元件为SDRAM的器件） 3、按CPLD/FPGA器件在编程下载过程中的状态划分，有 1）主动配置方式。在这种配置方式下,由CPLD器件引导配置操作的过程并控制着外部存贮器和初始化过程； 2）被动配置方式。在这种配置方式下,由外部CPU或控制器（如单片机）控制配置的过程。,FLEXl0K/ EP1K系列器件有五种配置方式：,CPLD/FPGA器件的工作状态,CPLD/FPGA器件按照正常使用和下载的不同过程其工作状态分为三种： 1、用户状态(User mode)即电路中CPLD器件正常工作时的状态； 2、配置状态(Conf
3、iguration mode )指将编程数据装入CPLD/FPGA器件的过程，也可称 之为下载状态； 3、初始化状态(Initialization)此时CPLD/FPGA器件内部的各类寄存器复位，让IO引脚为使器件正常工作作好准备。,ALTERA的编程文件,ALTERA 公司的开发系统MAX+PLUS可以生成多种格式的编程数据文件。对于不同系列器件, 所能生成的编程/配置文件类型有所不同, 但大致可有下面几种类型: SRAM Object格式（.sof）: SOF格式文件用于FLEX器件的Bit Blaster或Byteblaster被动配置方式。 MAX+PLUS II编译综合工具会在编译综
4、合过程中自动为FLEX系列器件生成SOF数据格式文件, 其它数据格式均可由该种格式转化而成。 Programming Object格式（.pof）: POF格式文件用于对MAX系列器件编程配置, 也可以用于对采用EPROM配置方式的FLEX器件进行配置。POF文件也是由MAX+PLUS II软件在编译综合过程中自动产生。, 十六进制格式（.hex）: HEX格式文件是使用第三方编程硬件对并行EPROM编程的数据文件， 从而可以将并行EPROM作为数据源, 用微处理器对FLEX器件进行被动串行同步（PS）配置或被动串行异步（PSA）配置。 ASCII码文本格式（.ttf）: TTF格式文件适用于
5、被动串行同步（PS）配置和被动串行异步（PSA）配置类型, 它在配置数据之间以逗号分隔。,MAX系列非易失性器件的下载配置,对于编程元件为E2PROM或闪存的CPLD器件(如MAX系列器件等)，只需简单的利用专门的编程下载电缆（名为ByteBlaster或BitBlaster，很容易由用户自制）将编程配置数据下载到芯片中去即可。,一、JTAG接口与使用的引脚 ALTERA公司现在生产的CPLD器件一般都有“JTAG”接口。 JTAG(Joint Test Action Group)：联合测试行动组。 该行动组制定了一种VLSI器件的测试标准，称为IEEEll94.11990边界扫描测试标准 (
6、简称为BST，Boundary Scan Testing)，解决了VLSI器件密度增高及I/O引脚数量增加带来的对电路板及器件测试困难的问题。为此使用的接口（和引脚）称为JTAG接口。 ALTERA器件的JTAG都具有第二功能，即除了能作为边界测试功能外还可以利用JTAG接口进行器件编程，编程时序同样遵循1149.1协议,ByteBlaster 10针示意图,ByteBlaster不但可以用来对MAX9000以及MAX7000SMAX 7000A等器件进行编程配置，而且可以用来对FLEX系列器件进行配置重构。 ByteBlaster有两种配置模式： 1)边界扫描模式(JTAG)配置一对具有边界
7、扫描电路的器件进行配置重构或在线编程。可用来对具有JTAG接口的MAX系列器件及FLEX/ACEX系列器件进行编程配置。 2)被动串行模式(PS)配置一用来对支持PS下载配置模式的FLEX /ACEX系列器件进行配置。如FLEX10K/ACEX1K、FLEX 8000和FLEX 6000等系列器件，可采用PS模式进行配置。,JTAG接口,JTAG接口使用TDI、TDO、TCK、TMS四个管脚。其中： TDI：串行数据输入端， TDO：串行数据输出端， TCLK：串行时钟， TMS：JTAG状态机模式控制端。 TDI、TDO、TMS的数据在TCLK时钟的配合下，将数据串行移位到CPLD内部JTA
8、G移位寄存器中。,Byteblaster下载线的接口电路,用Byteblaster下载线进行下载配置,FLEX/ACEX系列FPGA的下载配置,用Byteblaster下载线进行被动串行（PS）配置的方法： 进行被动串行（PS）配置时使用的芯片引脚是： DCLK： 配置时钟。适用于AS，PS和PPS模式，输入引脚，为外部数据源提供时钟。 CONFIG_DONE：配置完成 nSTATUS： 配置状态 DATA0：配置数据。适用于AS和PS模式，数据输入 Byteblaster下载线一端接在PC机的并口，另一端接在FPGA芯片的上述配置引脚上，在MAXPLUS开发系统的支持下，就把配置数据写入到F
9、PGA芯片中。,FLEX/ACEX系列FPGA的下载配置,但是对于编程元件为SRAM的FPGA器件(如FLEX6000、 FLEX8000 、FLEX10K、 ACEX1K、 APEX20K系列等)，虽然也能像MAX系列器件那样利用简单的专门下载电缆来对FPGA器件进行编程配置，但由于这类器件具有编程数据易失性的特性，所以存在一个对于芯片进行外部配置的问题。 一般是将编程配置数据永久性的存储在外部的闪存或E2PROM中，供FPGA器件每次在系统通电时调入这些编程配置数据。否则用户就需要在每次系统通电时都需要利用PC机进行对FPGA器件进行的编程写入的操作。,主动串行配置（AS)或EPC1配置方
10、式,主动串行配置方式（AS,Active-Serial Configuration）一直由FLEX10K控制着配置过程，由Altera提供的串行PROM存储芯片EPC1向FLEX10K器件输入串行位流的配置数据。此时nCONFIG引脚为Vcc。在加电过程中，FLEX10K检测到nCONFIG由低到高的跳变时，就开始准备配置FLEX10K将CONF_DONE拉低，驱动EPC1的nCS为低，而nSTATUS引脚释放并由上拉电阻拉至高电平以使能EPC1。因此，EPC1就用其内部振荡器的时钟将数据串行地从输送到FLEX10K(DATA0).一般使用通用编程器先将配置数据写入到EPC1中。如下图所示：,
11、被动串行配置（PS）方式,在被动串行配置（PS）方式中，从PC机的串口发出编程数据，由BitBlaster下载电缆或接口微处理器产生一个由低到高的跳变送到nCONFIG引脚，然后微处理器或编程硬件将配置数据送到DATA0引脚，该数据被琐存，直至CONF_DONE变为高电平。它先将每字节的最低位LSB送到FPGA器件。 CONE_DONE变为高电平后，DCLK必须有多余的10个周期来初始化该器件，器件的初始化是由下载电缆自动执行的，如下图所示。 在PS方式中没有握手信号，所以，配置时钟的工作频率必须要低于10MHz。,用微处理器来进行PS 方式配置 的示例,利用微处理器进行多器件配制电路,在多器
12、件PS方式中，第一片FLEX10K的nCEO引脚级联到下一片FLEX10K的nCE引脚。在一个时钟周期之内，第二个FLEX10K器件开始配置，因此，对于微处理器来说，要转移的数据是透明的，如下图所示。,用微处理器对FPGA进行PPS方式配置。,在PPS方式配置(被动并行同步配置)方式中，从PC机的并口发出编程数据， nCONFIG引脚被智能主机（如单片机）所控制。 下图给出了利用MCU+SEEPROM来进行FPGA的PPS方式配置。 使用的芯片引脚： MSEL1MSEL0，配置方式选择。00： AS或PS10： PPS11： PPA nSTATUS： 配置状态， CONFIG_DONE：配置完
13、成 nCONFIG ： 配置控制信号输入；低电平使器件复位，在由低到高的跳变过程中启动配置过程。 nCE: 器件的使能输入。配置过程中，nCE必须始终为低。 DCLK：配置时钟。适用于AS，PS和PPS模式，输入引脚，为外部数据源提供时钟。 DATA0： 配置数据。适用于AS和PS模式，数据输入。,被动并行异步（PPA）配置方式,在PPA方式下，从PC机的串口发出编程数据，nCONFIG一般由单片机控制。 为了启动配置过程，单片机将nCONFIG置为高电平，然后再把控制信号nCS和CS送到FLEX 10K器件的nCS和CS端。 之后单片机将8bit的配置数据放在FLEX10K器件的数据端，并且
14、给nWS一个负脉冲。 在nWS的上升沿，FLEX10K器件将该字节配置数据锁存，然后，FLEX10K器件输出RDYnBSY为低，表明它正在处理该字节信息，此时单片机可以完成其他的系统操作。配置过程可以通过nCS或CS引脚予以暂停。 下图示意了PPA配置方式，其中有一个地址解码器控制着nCS和CS引脚。该电路允许单片机通过处理特殊地址来选择地址FLEX10K器件，以求简化配置过程。,被动并行异步（PPA）配置方式,FLEX10K器件可以在其内部将每一个字节的配置数据串行化。当FLEX10K器件准备接收下一个配置数据时，就使RDYnBSY变高，而单片机检测该高电平信号后，再决定是否送出下一个字节的配置数据。 同样，nRS信号决定了RDYnBSY信号出现在DATA7上。当nRS为低时，不允许数据输出到数据总线上，因为那样可能会在DATA7上引起竞争。如果nRS信号不用，它就必须为高电平。 PPA方式同样可以用来配置多个FLEX10K器件。 同样，在用单片机来进行PPA配置时，需要对单片机进行恰当的编程，使之不仅能从PC机串口接收串行数据，也能将收到的串行数据实时的写入到FLASH存储器中去。,
