作者：重慶大學(xué) 劉曉明 王 軍 謝明欽 來源：《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》

摘要：介紹基于sram的可重配置pld的原理；通過對(duì)多種串行配置的比較，提出單片機(jī)與存儲(chǔ)器串行配置方式；從系統(tǒng)復(fù)雜度、可靠性和經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行比較和分析。 關(guān)鍵詞：復(fù)雜可編程邏輯器件 靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器 被動(dòng)串行 引言 基于sram（靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）的可得配置pld（可編程邏輯器件）的出現(xiàn)，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)者動(dòng)態(tài)改變運(yùn)行電路中pld的邏輯功能創(chuàng)造了條件。pld使用sram單元來保存配置數(shù)據(jù)決定了pld內(nèi)部的互連和功能。改變這些數(shù)據(jù)，也就改變了器件的邏輯功能。由于sram的數(shù)據(jù)是易失的，因此，這些數(shù)據(jù)必須保存在pld器件以外的eprom、eeprom或flash rom等非易失存儲(chǔ)器內(nèi)，以便使系統(tǒng)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候其下載到pld中，從而實(shí)現(xiàn)在線可重配置icr（in-circuit reconfigurability）。 此pld icr控制電路，不但線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、開發(fā)容易、體積小、成本低，而且在icr控制電路中，存儲(chǔ)pld配置數(shù)據(jù)的flash存儲(chǔ)器采用并行總線，交換速度快。pld配置數(shù)據(jù)比較大，通常都在數(shù)十kb以上，因此，如何提高icr控制電路的配置速度，使系統(tǒng)上電后在最短的時(shí)間內(nèi)完成配置而進(jìn)入正常工作狀態(tài)，將是軟件設(shè)計(jì)上的一個(gè)重點(diǎn)。

1 基于sram的可得配置pld/fpga的結(jié)構(gòu)與原理 早期的可編程邏輯器件只有可編程只讀存儲(chǔ)器（prom）、紫外線可擦除只讀存儲(chǔ)器（eprom）和電可擦除只讀存儲(chǔ)器（eeprom）3種。由于結(jié)構(gòu)的限制，它們只能完成簡(jiǎn)單的數(shù)字邏輯功能。其后，出現(xiàn)了一類結(jié)構(gòu)上稍復(fù)雜可編程芯片，即可編程邏輯器件（pld），能夠完成各種數(shù)字邏輯功能。flex以上的器件都以sram為基礎(chǔ)，使其維持狀態(tài)的功耗很低，并且可進(jìn)行在線配置。 采用這種結(jié)構(gòu)的pld芯片有altera的flex、acex、apex系列，xilinx的spartan、virtex系列。多年來，altera公司一直致力于epld（erasable programmable logic device）的開發(fā)。近幾年，該公司又向市場(chǎng)上推出了很有競(jìng)爭(zhēng)力的cpld器件，即flex（flexible logic element matrix）系列產(chǎn)品。相對(duì)于其他一些廠家的fpga產(chǎn)品來說，altera公司的flex系列產(chǎn)品有其獨(dú)特之處，這主要表現(xiàn)在高密度、在線配置功能、高速度和連續(xù)式布線結(jié)構(gòu)等方面。 查找表lut（look-up-table）是基于sram的可重配置pld的一個(gè)重要組成部分。本質(zhì)上就是一個(gè)ram。目前，fpga中多使用4輸入的lut，所以每一個(gè)lut可以看成一個(gè)有4位地址線的16×1位的ram。當(dāng)用戶通過gdf原理圖或vhdl語言描述了一個(gè)邏輯電路以后，pld/fpga開發(fā)軟件會(huì)自動(dòng)計(jì)算邏輯電路的所有可能的結(jié)果，并把結(jié)果事先寫入ram。這樣，每輸入1個(gè)信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算就等于輸入1個(gè)地址進(jìn)行查表，找出地址對(duì)應(yīng)的內(nèi)容，然后輸出即可。 下面是一個(gè)4輸入與門的例子，實(shí)際邏輯電路lut的實(shí)現(xiàn)方式如圖1所示。

2 可編程邏輯器件的配置原理 當(dāng)電路設(shè)計(jì)者利用max+plusii等軟件工具將電路輸入，并且經(jīng)過編譯、優(yōu)化、仿真，從波形上看已經(jīng)達(dá)到了最初的要求以后，就應(yīng)當(dāng)考慮cpld器件的系統(tǒng)配置與下載方法了。在pld/fpga開發(fā)軟件中完成設(shè)計(jì)以后，軟件會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)最終的編程文件（擴(kuò)展名為pof文件）。如何將編程文件燒到pld芯片中去呢？對(duì)于基于查找表技術(shù)、sram工藝的fpga（如altera的所有flex、acex、apex系列，xilinx的sparten、vertex），由于sram工藝的特點(diǎn)，掉電后數(shù)據(jù)會(huì)消失，因此調(diào)試期間可以用byteblastemv并口下載電纜配置pld器件。調(diào)試完成后，需要將數(shù)據(jù)固化在一個(gè)專用的eeprom中（用通用編程