基于单片机的 复杂可编程逻辑器件快速配置方法

文章摘要：CPLD器件的工作状态分为三种：首先是上电配置状态（Configuration Mode），将编程的数据装入CPLD器件的过程，也可称之为构造；然后是初始化状态（Initialization Mode），在配置完成后，CPLD器件复位内部各类寄存器，让I/O引脚为逻辑器件正常工作做准备；最后是用户状态（User Mode），指电路中CPLD器件正常工作时的状态。ALTERA公司具有ICR功能的PLD器件有FLEX8000、FLEX10K、APEX和ACEX系列，它们的配置方式可分为PS、PPS和JTAG（Joint Test Action Group）等方式。PS方式因PLD与配置电路的互连最

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CPLD器件的工作状态分为三种：首先是上电配置状态（Configuration Mode），将编程的数据装入CPLD器件的过程，也可称之为构造；然后是初始化状态（Initialization Mode），在配置完成后，CPLD器件复位内部各类寄存器，让I/O引脚为逻辑器件正常工作做准备；最后是用户状态（User Mode），指电路中CPLD器件正常工作时的状态。

ALTERA公司具有ICR功能的PLD器件有FLEX8000、FLEX10K、APEX和ACEX系列，它们的配置方式可分为PS、PPS和JTAG（Joint Test Action Group）等方式。PS方式因PLD与配置电路的互连最简单，对配置时钟的最小频率没有限制而应用最广泛，因此在ICR控制电路中通常采用PS配置方式来实现ICR功能。

被动串行（PS）配置方式：在该配置方式下，由ByteblasteMV下载电缆产生一个由低到高的跳变送到nCONFIG引脚脚复位PLD，然后将配置数据送到DATA0引脚，直到CONF_DONE引脚变为高电平。图1是PS配置方式的时序图。CONF_DONE变成高电平后，DCLK必须多余十个周期来初始化该器件。器件的初始化由下载电缆自动执行。在PS方式中没有握手信号，所以配置时钟的工作频率必须低于10MHz。在多器件PS配置方式中，第一片PLD的nCEO引脚级联到下一片PLD的nCE引脚。在配置完第一个器件后，nCEO输出为低，使第二个PLD器件的nCE有效，开始对第二块器件进行配置。

3 用WINBOND78E58单片机配置可编程逻辑器件

用单片机配置可编程逻辑器件与上述PS配置方式原理一致，只需模拟PS配置方式中DATA0、DCLK、nCONFIG、CONF_DONE、nSTATUS引脚的配置时序，将配置数据串行移入PLD。配置引脚的功能如表1所示。

3.1 硬件设计

用单片机配置PLD，可以使用普通输入输出口或单行口。使用普通I/O口（如P1口），向PLD发送1Bit数据至少需要4个指令周期。一个指令给DATA0赋值，两个指令产生DCLK时钟，一个指令移位取数据。如果晶振为fosc，一个指令周期为12/fosc，因此它的下载速率为fosc/48。然而如果采用串行口方式0，其下载速率提高为fosc/12。考虑到PLD配置文件数据比较大，通常都在数十千字节以上（其配置文件大小如表2），为了加快配置速度，并适合各种不同规模的PLD，采用了WINBOND78E58单片机。

表1 配置引脚功能说明

DATA0	输出	配置数据
DCLK	输出	配置时钟
nCONFIG	输出	器件复位脚（该信号线的上升沿使配置开始）
CONF_DONE	输入	状态位（在配置完成后，该信号线为高）
nSTATUS	输入	状态位（如果该信号线为低，表明在配置过程中出现错误，需重新配置）

表2 各种CPLD配置文件大小

器 件	配置数据大小（Bits）	配置文件大小（Kbytes）
APEX 0K1000E APEX 20K600E APEX 20K400E APEX 20K300E APEX 20K200E APEX20K100 EPF10K100E EPF10K70 EPF10K40 EPF10K30 EPF10K20 EPF10K10	8,938,000 5,564,000 3,878,000 2,733,000 1,950,000 985,000 1,336,000 892,000 498,000 376,000 231,000 118,000	1,029 680 474 333 238 121 164 109 61 46 29 15

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