TMS320C61416控制FPGA數據加載設計（一）

目前實現加載的方法通常有兩種：一種是用專用Cable通過JTAG口進行數據加載，另一種是外掛與該FPGA廠商配套的PROM芯片。前者需要在PC機上運行專用的加載軟件，直接下載到FPGA片內，所以掉電數據仍然會丟失，只適用于FPGA調試階段而不能應用于工業現場的數據加載。后者雖然可以解決數據丟失問題，但這種專用芯片成本較高，供貨周期也較長(一般大于2個月)，使FPGA產品的開發時間受到很大約束。根據FPGA芯片加載時序分析，本文提出了采用通過市面上常見的Flash ROM芯片替代專用PROM的方式，通過DSP的外部高速總線進行FPGA加載;既節約了系統成本，也能達到FPGA上電迅速加載的目的;特別適用于在FPGA調試后期，待固化程序的階段。下面以兩片Xilinx公司Virtex-4系列XC4VLX60芯片為例，詳細介紹采用TI公司的TMS320C61416 DSP控制FPGA芯片數據加載的軟硬件設計。

　　1 Xilinx FPGA配置原理

　　Virtex-4系列的FPGA芯片外部配置引腳MODE PIN(M0、M1、M2)，有5種配置模式，如表1所列。

　　FPGA在Slave SelectMAP方式下，共用了表2所列的15個配置引腳。

　　1.1 配置流程

　　FPGA加載時序如圖1所示。各配置信號必須滿足其時序關系，否則配置工作無法正常完成。

　　圖1中，Slave SelelctMAP加載主要包括以下3個步驟：

　　①啟動和初始化。FPGA上電正常后，通過PROG_B引腳低脈沖進行FPGA異步復位，使得FPGA內部邏輯清零。其次PROG_B上拉高，停止外部復位，INIT_B引腳會在TPOR時間段內自動產生一個由低到高的跳變，指示FPGA內部初始化完成，可以進行數據下載;同時FPGA在INIT_B的上升沿采樣其模式引腳MODE PIN，決定其模式配置。

　　②比特流加載。INIT_B信號變高后，不需要額外的等待時間，Virtex器件就可以立即開始數據的配置。比特流數據在外部CCLK信號上升沿按字節方式置入。該過程包括同步初始化字、器件ID號校驗、加載配置數據幀、CRC校驗4個部分。

　　③STARTUP啟動。在成功校驗CRC碼位后，比特流命令使得FPGA進入STARTUP狀態。它是由8相狀態機實現的。中間包括等待DCM鎖相、DCI匹配等幾個狀態，最后FPGA釋放外部DONE引腳，對外輸出高阻態，由外部上拉高，指示FPGA加載成功。

　　1.2 文件生成

　　ISE生成數據文件主要有3種：BIT文件，由二進制格式進行表征邏輯設計，包括文件頭和配置數據，主要用于JTAG下載電纜模式;MCS文件，為外部PROM燒寫生成的下載文件，ASCII碼，與前者不同的是它含有在PROM中的數據地址和校驗值;BIN文件格式，由二進制表示，完全由配置數據組成，不需要作其他的提取和進制轉換，只是配置前的Byte-Swapped是在CPLD中實現的。本設計采用的是BIN文件格式。