关于fpga编程flash芯片和配置数据技巧.doc
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1、关于fpga编程flash芯片和配置数据技巧在FPGA中实现在应用编程(In Application Programming,IAP)有两种方法:一种是,在电路板上加外电路。例如用MCU或CPLD来接收配置数据,在被动串行(PS)模式下由外电路编程FPGA或是编程Flash器件(包括EPCS和Flash),然后控制FPGA的配置复位引脚来复位整个FPGA,最后FPGA采用主串方式进行自我配置。另一种是,通过FPGA中的Nios CPU或是专用IP来接收编程数据,并编程Flash芯片,然后通过外部简单电路将FPGA复位启动,以主动串行(AS)模式进行配置。为了减小电路板面积,节约成本,提高可靠性
2、,本设计采用第二种方法。本设计的要求是:硬件电路须配置为主动串行模式,即选择MSEL1:O为l:O;具备EPCS,或同时具备EPCS和Flash;具有与PC机通信的功能。FPGA接收更新数据,并将其存入Flash器件,然后复位Nios或FPGA对软硬件进行更新。1 系统的硬件设计系统主要由Cyclone FPGA、EPCS、Flash和串行通信等组成,硬件结构如图1所示。点击看原图EPCS采用Altera公司的EPCS4,容量达到4 Mb,引脚较少,成本低,支持33 V低电压操作。Flash芯片采用AMD公司的Am29LV640MHL,支持3O V低电压操作,具有低功耗特性,芯片容量为64 M
3、b,满足大容量数据的存储;并口操作,与Cyclone FPGA完全兼容,而且在SOPC中有与之对应的CFI_FLASH核,便于硬件电路的设计。2 工作原理21 几个概念FPGA配置数据:是sof文件,将sof文件编程到Flash中,上电后FPGA可以从Flash中配置。sof文件是其他配置文件的基础,其他文件均可由sof文件转换得到。软件数据:通过NiosII IDE创建elf文件,将用户程序编程到Flash中,允许复位后从F1ash中加载软件程序,从而启动NiosII CPU。22 编程文件编程文件为Flash格式的文件,即Sreeorld(简称“SREC”)格式。SREC格式是Motoro
4、la公司制定的一种烧写格式标准。SREC格式文件是由一组ASCII码组成,所有的十六进制数据均为大写形式,结构说明如下:起始代码。以S作为一个数据行的开始。记录类型。1个十进制数字(O9),定义数据域的类型。字节数。1个字节,定义字节数之后除地址字节、校验字节之外其他字节的个数。地址。由4(或6、8)个字节组成,定义了第一个数据字节存储的位置。数据字节。由n个字节组成,数据字节为实际有效的编程信息。校验字节。1个字节,作校验使用,所有十六进制字节相加后取8位,为0xFF。23 AS配置模式FPGA的配置数据存储在内部SRAM单元中。由于SRAM掉电后数据会丢失,因此每次上电时必须重新将配置数据
5、写入SRAM中。这个过程称为“FPGA的配置”。由此可见,FPGA的配置信息是存储在FPGA内部RAM当中的。可知在主动串行模式下,FPGA将配置数据从EPGS中读取,然后存入内部RAM中。AS配置模式支持StratixII和Cyclone系列的FPGA,通过配置MSEL1:O为1:0,选择主动配置模式(除JTAG模式不受MSEL控制外,其他配置方式均由MSEL决定)。AS配置模式使用串行配置器件(EPCS1EPCS4EPCSl6EPCS64)。在AS配置过程中,StratixlI和Cyclone系列的FPGA是主设备,串行配置器件为从设备。如图2所示,在AS配置模式下,FPGA通过DATA0
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