使用AVR單片機配置FPGA

配置文件

Altera公司的開發工具Quartus II和MAXPlus II可生成多種配置文件，包括sof、pof、hex、rbf、ttf等。該配置方案中采用的是rbf文件，rbf文件為二進制文件，包含了全部配置數據，1字節的rbf數據包含8bit的配置數據，配置時最低位先由低位到高位依次裝入。

軟件設計

使用單片機對FPGA的設計關鍵是軟件設計。在雙任務配置中，兩個任務的配置數據分別存放于不同起始地址的連續存儲器區域中。單片機上電復位后，進入按鍵查詢狀態，檢測到按鍵按下后，單片機從相應起始地址中讀出數據并對FPGA進行配置。配置過程按照PS方式的時序要求進行，配置完成后重新進入按鍵查詢狀態。控制程序流程圖如圖3所示。

圖3 控制程序流程圖

在雙任務配置中，兩個任務的配置數據分別存放于指定的地址中，由引導程序從指定地址中讀出數據并對FPGA進行配置。引導程序和rbf文件(配置數據)的合并是軟件設計的關鍵，以下詳述其處理過程。

(1) 將引導程序在ICCAVR下編譯并生成mcu.hex，hex文件格式是由Intel公司定義的，是按地址排列的數據信息，數據寬度為字節，所有數據使用16進制數字表示. 以下是一個例子。

:10008000AF5 F67F0602703E0322CFA92007780C361
:1000900089001C6B7EA7CA9200 FE10D2AA00477D81
:0B00A00080FA92006F3600 C3A00076CB
:00000001FF

第一行，“:”符號表明記錄的開始。后面的兩個字符表明記錄的長度，這里是10h。后面的四個字符給出調入的地址，這里是0080h。后面的兩個字符表明記錄的類型后面則是真正的數據記錄, 最后兩位是校驗和檢查，最后一行是結束串，總寫成這樣；

(2)將fpga1.rbf改為fpga1.bin，使用“超級單片機工具”將fpga1.bin轉換成起始地址為0x0273(mcu.hex的數據長度)的FPGA1.hex；
(3)將fpga2.rbf改為fpga1.bin，使用“超級單片機工具”將fpga2.bin轉換成起始地址為0x3bd7(mcu.hex和fpga1.hex的數據長度和)的FPGA2.hex；
(4)將刪除結束串后的mcu.hex和fpga1.hex與FPGA2.hex依次合并成config.hex；
(5)將config.hex用下載線下載到ATmega32單片機中。

結論

以上方案可適用于3.3V和5V系統的FPGA配置，無須擴展EEPROM，還能實現多任務配置。