精簡控制結(jié)構(gòu)的FPGA多重配置硬件電路設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間:2015-02-19 責(zé)任編輯:sherryyu
【導(dǎo)讀】當(dāng)把多個(gè)功能復(fù)雜的程序集成到一個(gè)FPGA 上實(shí)現(xiàn)時(shí),由于各個(gè)程序的數(shù)據(jù)通路及所占用的資源可能沖突,使得FPGA 控制模塊的結(jié)構(gòu)臃腫,影響了整個(gè)系統(tǒng)工作效率。通過FPGA 的多重配置可以有效地精簡控制結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),同時(shí)可以用邏輯資源較少的FPGA 器件實(shí)現(xiàn)需要很大資源才能實(shí)現(xiàn)的程序。
現(xiàn)代硬件設(shè)計(jì)規(guī)模逐漸增大,單個(gè)程序功能越來越復(fù)雜,當(dāng)把多個(gè)功能復(fù)雜的程序集成到一個(gè)FPGA 上實(shí)現(xiàn)時(shí),由于各個(gè)程序的數(shù)據(jù)通路及所占用的資源可能沖突,使得FPGA 控制模塊的結(jié)構(gòu)臃腫,影響了整個(gè)系統(tǒng)工作效率。通過FPGA 的多重配置可以有效地精簡控制結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),同時(shí)可以用邏輯資源較少的FPGA 器件實(shí)現(xiàn)需要很大資源才能實(shí)現(xiàn)的程序。以Virtex5系列開發(fā)板和配置存儲器SPIFLASH為基礎(chǔ),從硬件電路和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面對多重配置進(jìn)行分 析,給出了多重配置實(shí)現(xiàn)的具體步驟,對實(shí)現(xiàn)復(fù)雜硬件設(shè)計(jì)工程有一定的參考價(jià)值。
當(dāng)FPGA 完成上電自動加載初始化的比特流后,可以通過觸發(fā)FPGA 內(nèi)部的多重啟動事件使得FPGA 從外部配置存儲器(SPI FLASH)指定的地址自動下載一個(gè)新的比特流來重新配置。FPGA 的多重配置可以通過多種方式來實(shí)現(xiàn)。
電路原理:多 重配置的硬件主要包括FPGA 板卡和貯存配置文件的FLASH芯片。FPGA 選用XILINX公司Virtex-5系列中的ML507,該產(chǎn)品針對FPGA 多重配置增加了專用的內(nèi)部加載邏輯。FLASH芯片選用XILINX公司的SPI FLASH芯片M25P32,該芯片存貯空間為32 Mb,存貯文件的數(shù)量與文件大小以及所使用的FPGA 芯片有關(guān)。實(shí)現(xiàn)多重配置首先要將FPGA 和外部配置存儲器連接為從SPI FLASH加載配置文件的模式。
配置電路硬件連接框圖如圖1所示。在FPGA 配置模式中,M2,M1,M0為0,0,1,這種配置模式對應(yīng)邊界掃描加上拉,F(xiàn)PGA 在這種模式下所有的I/O 只在配置期間有效。在配置完成后,不用的I/O 將被浮空M2,M1,M0 三個(gè)選擇開關(guān)對應(yīng)于ML507 開發(fā)板上的SW3開關(guān)中的4,5,6位,在FPGA 上電之前將上述開關(guān)撥為0,0,1狀態(tài)。
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