基于FPGA的微型數字存儲系統設計方案

　　1 引言

　　針對航天測試系統的應用需求，提出一種基于FPGA的微型數字存儲系統設計方案。該系統是在傳統存儲測試系統的基礎上，利用可編程邏輯器件FPGA對傳統存儲測試系統進行單元電路的二次集成，使測試系統體積大幅減小，功耗急劇降低，從而提高系統的抗高過載性能，增加系統靈活性、通用性和可靠性。FPGA不僅完成控制存儲及大部分的相關數字邏輯單元電路，而且使得整個存儲系統更為簡單，布線也更容易。另外，系統FPGA編程就是按照預定功能連接器件內的熔絲，從而使其完成特定邏輯功能的過程，一旦完成編程，FPGA就相當于一片能夠完成特定功能的集成電路，因而無需擔心程序運行路徑出錯，這與單片機有本質區別。

　　2 系統硬件設計

　　2．1 器件選型

　　2．1．1 電源轉換器TPS70358

　　系統中，FPGA工作電壓為3．3 V和2．5 V，USB接口器件CY7C68013 工作電壓為3．3 V，Flash工作電壓為3．3 V，系統需通過電源器件TPS70358將電壓轉換為3．3 V和2．5 V，為系統各器件提供電源。TPS70358是新一代的集成穩壓器，是一個自耗很低的微型片上系統，具有極低的自有噪音和較高的電源紋波抑制性能，因此，該器件適用于一塊電路板或一片重要器件(如FPGA、DSP)供電的電壓轉換。

　　2．1．2 現場可編程門陣列(FPGA)XC2S50

　　該系統采用XC2S50型FPGA控制各個接口，該器件是xilinx公司生產的Sparran II系列高性能現場可編程門陣列(FPGA)，具有如下特點：內置標準JTAG接口，支持3．3 V在系統可編程(ISP)；3．3 V電源，集成密度為50 000個可用門；引腳到引腳的延時7．5 ns，系統頻率高達200 MHz。采用單片FPGA實現邏輯控制功能簡化電路設計，提高系統可靠性。且XC2S50系統可編程，只需將一根下載電纜連接到目標板上，就可多次重復編程，方便電路調試。

　　2．1．3 USB 2．0控制器CY7C68013

　　CY7C68013是Cypress公司生產的一款USB 2．0控制器，該器件具有運算速度快、功耗小和性價比高等特點。時鐘周期高達40 MHz，每執行1條指令需4個時鐘周期；其內部集成有USB接口，I2C總線接口等，該系統設計實際數據傳輸速度高達10 MHz。

　　2．2 電路設計思路

　　圖1為系統硬件結構框圖，計算機通過USB接口控制可編程邏輯器件FPGA實現對Flash存儲器的塊擦除、頁編程、讀數據等操作。

　　塊擦除操作時，計算機通過USB接口向FPGA發送指令，FPGA接收到指令后對Flash存儲器進行塊擦除操作，并將狀態返回計算機；頁編程操作時， FPGA接收計算機并行接口發送的指令，立即對Flash存儲器進行頁編程操作，先寫命令，再寫要編程的地址，然后將數據發送到Flash存儲器中；讀取數據操作時，FPGA首先接收計算機發出的指令，然后對Flash存儲器進行讀取數據操作，先寫命令，再寫要讀取的地址，然后開始輸出數據，并將狀態返回計算機并行接口。