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基于ARM的FPGA加载配置实现光发射机

2022-09-20
基于ARM的FPGA加载配置实现 引言   

基于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对可编程器件进行配置的的设计和实现。
  
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(Configuration 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重新载入到片内的配置RAM中。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;
  
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(Passive Serial )、快速被动并行FPP(Fast Passive Parallel)、被动并行同步PPS(Passive Parallel Serial)、被动并行异步PPA(Passive Parallel Asynchronous)、以及被动串行异步PSA(Passive Serial Asynchronous)。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,也可以采用微处理器来模拟JTAG时序进行配置。
  
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的时钟上升沿一位一位地将配置数据写进FPGA中。当最后一个比特数据写入以后,C石油机械ONFIG_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电缆导体系统,软件编写和调试是在ADS 下。主要程序如下:
static AT91PS_PIO pioc;
inline void pioc_out_0 (int mask)
{
  pioc->;PIO_CODR = mask;
}
inline void pioc_out_1 (int mask)
{
  pioc->;PIO_SODR = mask;
}
inline int pioc_in (int mask)
{
  return pioc->;PIO_PDSR & mask;
}
inline void xmit_byte (char c)
{
  int i;
  for (i = 0; i < 8; i++)
  {
  if (c & 1)
           pioc_out_1 (DATA0);
      else
           pioc_out_0 (DATA0);
           pioc_out_0 (DCLK);
           pioc_out_1 (DCLK);
      c >>= 1;
   }
}

void pioc_setup ()
{
   pioc->;PIO_PER   =DATA0 | nCONFIG | DCLK | nSTATUS | CONF_DONE;
   pioc->;PIO_OER暖风机   =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 | nSTATUS | CONF_DONE;
   pioc->;PIO_MDDR =DATA0 | nCONFIG | DCLK;
   pioc->;PIO_PPUDR =DATA0 | nCONFIG | DCLK | nSTATUS | CONF_DONE;
   pioc->;PIO_OWDR =DATA0 | nCONFIG | DCLK | nSTATUS | CONF_DONE;
}
int pioc_map ()
{
    int fd;
    off_t addr = 0xFFFFF800;   // PIO controller C
    static void *base;
    if ((fd = open ("/dev/mem", O_RDWR | O_SYNC)) == -1)
     {
       printf ("Cannot open /dev/mem.\n");
       
return 0;
     }
    printf ("/dev/mem opened.\n");
    base = mmap (0, MAP_SIZE, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, addr & ~MAP_MASK);
    if (base == (void *) -1)
    {
    printf ("Cannot mmap.\n");
      return 0;
    }
    printf ("Memory mapped at address %p.\n", base);
    pioc = base + (addr & MAP_MASK);
    return 1;
}
int main (int argc, char **argv)
{
    FILE *file;
    char data[16];
    int nbytes, i;?
    if (argc != 2)
   {
      printf ("%s \n", argv[0]);
      return -1;
   }
    file = fopen (argv[1], "r");
    if (!file)
   {
       printf ("File %s not found.\n", argv[1]);
       return -1;
   }
   if (!pioc_map ())
        return -1;
   pioc_setup ();
   pioc_out_0 (nCONFIG);
   for (i = 0; i < 10000 && pioc_in (nSTATUS); i++) { }
   if (i == 10000)
   {
       printf ("nSTATUS = 1 before attempting configuration.\n");
       return -1;
    }
    pioc_out_1 (nCONFIG);
    for (i = 0; i < 10000 && !pioc_in (nSTATUS); i++) { }
    if (i == 10000)
    {
    printf ("Timeout waiting for nSTATUS = 1.\n");
       return -1;
    }
    while ((nbytes = fread (data, sizeof (char), sizeof (data), file)) > 0)
    {
       if (pioc_in (CONF_DONE))
       {
             printf ("CONF_DONE = 1 while transmitting data.\n");
             return -1;
        }
        if (!pioc_in (nSTATUS))
        {
           printf ("nSTATUS = 0 while transmitting data.\n");
           return -1 ;

        }
        for (i = 0; i < nbytes; i++)
             xmit_byte (data);
   }
   for (i = 0; i < 10000 && !pioc_in (CONF_DONE); i++)
   {
       if (!pioc_in (nSTATUS))
       {
          printf ("nSTATUS = 0 while transmitting data.\n");
          return -1;
       }
       pioc_out_0 (DATA0);
       pioc_out_0 (DCLK);
       pioc_out_1 (DCLK);
   }
   if (i == 10000)
   {
          printf ("Timeout waiting for CONF_DONE = 1.\n");
          return -1;


   }
   return 0;
}
  
4 结论
  
本文给出了基于ARM的FPGA加载配置软件实现。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,又满足潜水服了一些特殊的系统设计要求。本方法也适用于其它的微处理器。孕妇怎么治疗癫痫不影响胎儿
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