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PSD813F2在FPGA配置中的应用

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:可编程外围器件PSD应用于单片机系统后,简化了单片机外围电路的设计,增加了系统的可靠性;利用PSD与单片机组成的系统,通过计算机串口对FPGA进行实时在线编程、仿真和配置。

    关键词:可编程外围器件(PSD) 在应用可编程(IAP) 可编程门阵列(FPGA)

随着单片机的广泛应用,其性能不断提高,集成度也日益提高。然而,传统的单片机系统设计需要众多分离器件(如地址锁存器、译码器、RAM、EPROM、PLD等),使得系统复杂、可靠性低,并且调试繁琐、效率较低。可编程门阵列(FPGA)需要外置存储器,且配置存储器多为OTP型,价格较高;加之,利用FPGA的JTAG口配置FPGA距离有限,调试不甚方便。

本文主要介绍一种基于闪烁存储器的在线可编程微处理器外围器件PSD813F2组成的单片机系统,同时利用该系统配置FPGA。即通过计算机串口将FPGA(本文以Altera公司10K系列为例)设计在线下载到单片机系统,由PSD813F2配置FPGA,实现IAP(In Application Programming)的功能。
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1 PSD813F2性能特点

PSD813F2是PSD(Programmable System Devices)家庭的新成员,是基于闪烁存储器的在线可编程外围器件。它将单片机系统所需的外围器件集成在一起,并能与单片机进行无缝连接,因而简化了调度,提高了可靠性;同时,它与当前流行的众多单片机有极简单的接口,便于实现简单、灵活的嵌入式设计;它还集成了优化的“微控制器宏单元”逻辑结构,使得系统地址/数据总线可以与内部寄存器直接互连,简化了控制总线的设计。此外,PSD813F2还具有以下一些特性:

①内部数据总线为8位,可方便地与各类8位单片机直接相连。如要与16位单片机相连,需用2片PSD813F2构成16位的多路复用接口,并且地址必须循环移位,以保证MCU工作时能同时正确接收不同PSD813F2 ROM中的信息。

②内部包含1Mbit的大容量Flash ROM,这分为8个大小相同的块(如128K×8bit或64K×8bit),由用户规定的地址访问;另外还有256K的Flash OPT ROM及16KB的SRAM,其中SRAM可配置为2K×8bit或16K×1bit。

③内存(Flash ROM)或Flash OPT ROM可同时编程,即在执行来自一个存储器的代码时可同时对另一个存储器编程。

④带有16个输出宏单元和24个输入宏单元,能方便实现多种逻辑组合功能,包括内外的状态信号产生、地址译码等。PSD813F2在FPGA配置中的应用

⑤带有27个可重建的I/O端口,可以用作不同的I/O端口,如单片机的I/O、PLD的I/O;最多可提供19个外部片选信号,其中16个I/O可配置为漏极输出。

⑥具有可编程电源管理功能(PMU),加之低功耗的CMOS技术,使得其工作时功耗很低;另外还具有自动检测控制器工作的功能,使之在不工作时将PSD转入低功耗状态。

由于PSD813F2具有以下特性,因而能方便实现I/O重建、扩展,并具有通过编程改变设计的灵活性,方便与各类不同单片机实现无缝连接。其内部框图如图1所示。

2 系统设计

整个设计是利用计算机将FPGA的相关设计经单片机传送存储器,由单片机配置PSD813F2,再由PSD813F2配置FPGA,实现IAP的功能,特别适于较远距离在线编程、仿真。另外,利用计算机的串行口可以与单片机进行较长距离的通信。

此外,由于PSD813F2片内有编程逻辑宏单元(CPLD),所以在MCU与PSD813F2之间不需要地址锁存器及外部程序存储器;并且PSD与LCD、FPGA的接口地直接用其PA、PB口连接,只需在软件设计和MCU程序中相应设计为I/O模式或地址锁存模式。

另外,FPGA的使用中通常需要时钟信号,并可能需用好几路同的时钟信号。在系统中采用ICS公司的ISC501倍频芯片,可实现2×~8×共8种倍频方式,最高可实现160MHz时钟;加之使用内部分频,可以满足多数设计需要。

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