揭秘FPGA多重配置硬件電路設計方案

　　現代硬件設計規模逐漸增大，單個程序功能越來越復雜，當把多個功能復雜的程序集成到一個FPGA 上實現時，由于各個程序的數據通路及所占用的資源可能沖突，使得FPGA 控制模塊的結構臃腫，影響了整個系統工作效率。通過FPGA 的多重配置可以有效地精簡控制結構的設計，同時可以用邏輯資源較少的FPGA 器件實現需要很大資源才能實現的程序。以Virtex5系列開發板和配置存儲器SPI FLASH 為基礎，從硬件電路和軟件設計兩個方面對多重配置進行分析，給出了多重配置實現的具體步驟，對實現復雜硬件設計工程有一定的參考價值。

　　當FPGA 完成上電自動加載初始化的比特流后，可以通過觸發FPGA 內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現。

　　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，該產品針對FPGA 多重配置增加了專用的內部加載邏輯。FLASH 芯片選用XILINX 公司的SPI FLASH芯片M25P32，該芯片存貯空間為32 Mb，存貯文件的數量與文件大小以及所使用的FPGA 芯片有關。實現多重配置首先要將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，這種配置模式對應邊界掃描加上拉，FPGA 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 三個選擇開關對應于ML507 開發板上的SW3開關中的4，5，6位，在FPGA 上電之前將上述開關撥為0，0，1狀態。