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基于微处理器的FPGA 配置方案 齐冶 北京邮电大学电信工程学院，北京(100876) E-mail：colaqiye@ 摘 要：本文首先介绍了基于SRAM 技术的FPGA 配置方式；其次以Altera 公司的Cyclone 系列芯片为例，详细的论述了用微处理器来配置 FPGA 芯片的全过程，并辅以电路图和时 序图进行说明；最后在文章的结尾给出了单片机中部分核心程序。实践表明，利用微处理器 来配置FPGA 是一种切实可行方法，该方法可以广泛地应用于不同领域。 关键词：FPGA ，微处理器，单片机，被动串行配置 1. 引 言 现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)是目前市场上应用非常广 泛的可编程逻辑器件。虽然这些器件应用广泛，但由于其内部采用 SRAM 工艺，每次系统上 电时，必须重新配置数据。其数据配置方式主要有三种：由计算机通过下载电缆配置、利用 专用配置芯片配置、采用微控制器控制的方法配置。第一种配置方式适用于设计与调试，可 以频繁的下载配置数据，但由于其必须与一台计算机相连，故不适合应用于实际产品中。第 二种和第三种配置方式在实际产品中应用较多。第二种配置方式的优点在于外围电路非常简 单，体积较小，适用于不需要频繁升级的产品。第三种配置方式的优点在于成本较低，升级 性能好。在笔者参与研发的一个仿真系统中，就采用了第三种配置方式，利用单片机 AT89C2051 来配置 FPGA EP1C3T144C8 。下面笔者就以此为例说明基于微处理器的 FPGA配置 方案。 2. 背景知识 2.1 Cyclone 系列FPGA简介 FPGA 是英文 Field Programmable Gate Array 的缩写，即现场可编程门阵列，它是在 PAL、GAL、EPLD 等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC） 领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门 电路数有限的缺点。FPGA 采用了逻辑单元阵列 LCA（Logic Cell Array）这样一个新概念， 内部包括可配置逻辑模块 CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块 IOB （Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。 Altera Cyclone 系列的 FPGA 基于全铜 1.5V SRAM 工艺，容量从 2910 至 20060 个逻辑 单元，具有多达 294912 比特嵌入 RAM。此系列芯片支持单端 I/O 标准如LVTTL、LVCMOS、PCI 和 SSTL-2/3，通过 LVDS和 RSDS 标准提供多达 129 个通道的差分 I/O 支持。每个 LVDS通道 高达 640Mbps。它们还具有双数据速率(DDR) SDRAM 和 FCRAM 接口的专用电路。此系列芯片 中具有两个锁相环(PLLs)提供六个输出和层次时钟结构，以及复杂设计的时钟管理电路。 Cyclone 系列不同型号 FPGA 芯片的具体资源参见表 1。 - 1 - 表 1 Cyclone 系列各款FPGA 的内部资源 型号 逻辑单元 锁相环 M4K RAM EP1C3 2910 1 13 EP1C6 5980 2 20 EP1C12 12060 2