利用P89C61X2单片机配置FPGA，提供更优的设计方案
大部分fpga采用基于sram（静态随机存储器）的查找表逻辑形成结构，就是用sram构成逻辑函数发生器。sram工艺的芯片在掉电后信息就会丢失，需要外加一片专用配置芯片。在上电时，由这个专用配置芯片把数据加载到fpga中，然后fpga就可以正常工作。这就是在线可重配置icr（in-circuit reconfigurability）方式。
altera公司生产的具有icr功能的apex、flex10k、acex、flex6000等系列器件可以使用6种模式进行配置，即使用专用epc配置器件、被动串行（ps）方式、被动并行同步（pps）方式、被动并行异步（ppa）方式、被动串行异步（psa）方式及边界扫描（jtag）方式。这些模式由fpga上的两个模式选择引脚msel1和msel0上的电平来决定。
epc配置器件有一次性可编程和可擦写编程型两种。一次性可编程型芯片不适于调试、修改及产品升级，利用率不高；可擦除编程型芯片价格昂贵，容量有限。使用ps、pps、ppa方式配置时，配置文件要以二进制形式保存在系统rom中，然后通过微处理器将配置数据送进fpga中。ps和pps所用的配置时间几乎相同，而ps的接口方式比较简单。ppa方式与pps不一样的地方是在进行串行化处理时不需要配置外部时钟的驱动，但接口更复杂。边界扫描方式在现场采用较少，通常用在计算机通过jtag口实现一次性编程数据加载的调试中。 以上6种模式中被动串行（ps）方式下fpga与配置电路的互连最简单，对配置时钟的最低频率也没有限制，因此常采用ps模式。本文采用单片机p89c61x2以ps模式对altera公司的flex10k系列芯片epf10k20进行配置，软件采用max+plus ii。
1 p89c61x2的功能特点
p89c61x2器件采用高性能的静态80c51设计，使用先进的cmos工艺制造，并包含非易失性flash的程序存储器，可通过并行编程或在系统编程（isp）的方法进行编程。支持6时钟和12时钟模式，相应地有2种速度范围：6时钟模式时，0～20 mhz；12时钟模式时，0～33 mhz。
p89c61x2包含64 kb的flast程序存储器、1 024字节ram、32个i／o口、3个16位定时／计数器、6中断源-4中断优先级-嵌套的中断结构、1个增强型uart、片内振荡器和时钟电路等。此外，器件的静态设计使其具有非常宽的频率范围，甚至可以降低至零。p89c61x2具有两种软件可选的节电模式--空闲模式和掉电模式。空闲模式时冻结cpu的运行，但允许ram、定时器串口和中断系统继续保持其功能；掉电模式时保持ram的内容，但冻结振荡器，使其他片内功能都停止工作。由于是静态设计，时钟停止也不会使用户数据丢失。操作可从时钟停止点恢复运行。
p89c61x2的flash存储器增加了eprom所没有的电可擦除和编程特性，可以进行芯片擦除和块擦除。芯片擦除操作是将整个程序存储区都擦除；而块擦除可实现对任意flash块进行擦除。对p89c61x2进行在系统编程和标准的并行编程都是可行的。片内产生的擦除和写入时序为用户提供了良好的编程接口。p89c61x2的flash存储器甚至在经过10 000次擦除和编程之后仍能可靠地保存存储器内容。使用+5 v的vpp即可实现对其进行擦除和编程。
2 配置原理和配置文件
用单片机通过ps模式配置fpga，可以使用单片机的普通输入／输出（i／o）口（如图1（a）所示）或串行口（如图1（b）所示）来实现。配置中使用了fpga的nconfig（配置控制位输入端）、nstatus（配置错误指示位输出端）、conf_done（配置结束标志位输出端）、dclk（配置时钟输入端）、data0（配置数据输入端）引脚等。nceo引脚用于多个fpga器件采用ps模式配置时，把第一片的nceo连接到下一片的nce引脚上。配置时若使用普通i／o口（如p1口），向fpga发送1位数据至少需要4个指令周期：一个指令给data0赋值，两个指令产生dclk时钟，一个指令移位取数据。如果晶振频率为fosc，一个指令周期为12／fosc，那么它的下载速率为fosc／48。如果采用串行口方式0，其下载速率提高为fosc／12。p89c61x2支持6时钟模式，速度可以提高一倍。
在配置过程中，nconfig低电位使epf10k20复位，在由低到高的跳变过程中启动配置；加电后，epf10k20驱动nstatus引脚到低电位，然后释放它（nstatus必须经过1 kω电阻上拉到vcc，若配置期间出错，epf10k20将其拉低），每个数据由最低位（lsb）先送出给data0，数据时钟dclk同时送到器件，直到conf_done变高。在所有数据传输完后，对于flex10k和flex6000器件，dclk必须多送10个dclk脉冲；apex20k器件必须多送40个dclk脉冲。epf10k20的conf_done变高显示配置成功，开始初始化，最后进入用户模式，开始正常工作。由于ps模式中没有握手信号，因此配置时钟的工作频率必须低于10 mhz，如果想在配置中中止，可以挂断dclk。硬件描述语言生成的程序经max+plus ii编译后会产生一个后缀为.sof的sram目标文件。该文件除配置数据外还含有控制字符，不能直接写人到pld中去，需要利用max+plus ii的编程文件转换功能。例如有些编程器支持.rbf文件。.rbf文件为原始二进制文件，该文件包括所有的配置数据，配置文件的大小一般由它决定。1字节的.rbf文件有8位配置数据，每一字节在配置时最低位最先被装载。不同系列的目标器件配置数据的大小也不同，如.rbf文件在flek系列中，epf10k10为15 kb，epf10k20为29 kb，epf10k30为46 kb，epf10k40为61 kb，epf10k70为109 kb等。由于p89c61x2包含64 kb flash程序存储器，可以对除epf10k70外的其他器件实现配置，而大干61 kb的fpga器件可采用扩展存储器的方法来实现。
max+plus ii不自动生成.rbf文件，须按照下面的步骤生成：①在max十plus ii编译状态下，选择文件菜单的变换sram目标文件命令；②在变换sram目标文件对话框中指定要转换的文件并且选择输出文件格式为.rbf，然后确定。
针对单片机p89c61x2，可以通过在系统编程（isp）的方法实现。这里采用广州致远电子有限公司开发的在线编程下载软件zlgicd。该软件支持.hex文件。.hex文件为十六进制文件，max+plus ii编译时会自动生成该文件，如果没有也可采用类似产生．rbf文件的方法生成。
用p89c61x2来配置fpga，需将引导配置代码（.hex文件）和fpga的配置数据（.hex文件）一起通过编程器写入p89c61x2。配置数据需要改变现有地址来让引导程序调用，否则会造成冲突。可以自己编写一个小程序来实现此功能。注意.hex文件的格式。由于引导配置代码不长，通常小于1 kb，因此有足够的空间来存放配置数据。
3 软件设计
软件编程时，本系统只用到了串行口移位寄存器的输出方式，串行数据通过rxd引脚输出，移位时钟由txd引脚输出。当有一个字节数据写入串行数据缓冲器sbuf时，开始发送。而串行口输出方式本身就满足配置时最低位（lsb）先送出的要求。下面给出用c语言编写的子程序：
uchar fpga_config（uint address）{
uchar reconfig=0;
uchar j;
init;
nconfig=0;
delay-ms（1）;
nconfig= 1;
reconfig++;
while（1）{
sbuf = cbyte［address++］;
while（ti==0）;
ti=0;
if（！nstatus）{
delay_ms（10）;
goto init;
if （reconfig 》0x05） return 0;
if （confdone）{
for（j=0;j《5;j++）{
sbuf = cbyte［address++］;
while（ti==0）;
ti=0;
}
return 1;
}
}
}
结 语
用p89c61x2单片机来配置fpga，从价格上来看，要优于epc配置器件；从时间上来看，采用串行口方式0配置epf10k20不到1秒钟，而用单片机的普通输入／输出口方式要慢许多；从使用上来看，不扩展存储器使电路连线更加简单。另外，单片机与fpga优势相结合也给产品开发提供了更多更优的选择方案。
锡焊抽烟机diy制作
虎博搜索创始人：人工智能长期被低估了
蒸汽冷凝水回收装置的工作原理
Qorvo®荣获Samsung移动领域最佳质量奖
电池片利润收缩的可能原因 PE和LP路线各有优势
利用P89C61X2单片机配置FPGA，提供更优的设计方案
美国五大科技巨头边缘计算布局策略
Medfx和MedVirginia也为该项目贡献了技术
华为Mate Xs折叠屏手机将有可能在MWC 2020上发布
万能式断路器的选型安利，需注意这几个方面的难题
沃尔沃召回540000辆汽车 其安全气囊存在缺陷
布丁机器人评测 999元性价比高优于市场同档次机器人
小米平板3曝光售价良心, 和小米6同时发布
继电保护中出现问题的详细分析以及解决措施
MSA300D 三轴微加速度计产品参数
英特尔与ARM的移动芯片之争
晶体管设计已达到基本尺寸限制
MAX1864应用电路图(输入24V 输出3.3V/5V)
回顾世界互联网大会的内容分析
ME8329-N AC/DC电源控制芯片概述
altera公司生产的具有icr功能的apex、flex10k、acex、flex6000等系列器件可以使用6种模式进行配置，即使用专用epc配置器件、被动串行（ps）方式、被动并行同步（pps）方式、被动并行异步（ppa）方式、被动串行异步（psa）方式及边界扫描（jtag）方式。这些模式由fpga上的两个模式选择引脚msel1和msel0上的电平来决定。
epc配置器件有一次性可编程和可擦写编程型两种。一次性可编程型芯片不适于调试、修改及产品升级，利用率不高；可擦除编程型芯片价格昂贵，容量有限。使用ps、pps、ppa方式配置时，配置文件要以二进制形式保存在系统rom中，然后通过微处理器将配置数据送进fpga中。ps和pps所用的配置时间几乎相同，而ps的接口方式比较简单。ppa方式与pps不一样的地方是在进行串行化处理时不需要配置外部时钟的驱动，但接口更复杂。边界扫描方式在现场采用较少，通常用在计算机通过jtag口实现一次性编程数据加载的调试中。 以上6种模式中被动串行（ps）方式下fpga与配置电路的互连最简单，对配置时钟的最低频率也没有限制，因此常采用ps模式。本文采用单片机p89c61x2以ps模式对altera公司的flex10k系列芯片epf10k20进行配置，软件采用max+plus ii。
1 p89c61x2的功能特点
p89c61x2器件采用高性能的静态80c51设计，使用先进的cmos工艺制造，并包含非易失性flash的程序存储器，可通过并行编程或在系统编程（isp）的方法进行编程。支持6时钟和12时钟模式，相应地有2种速度范围：6时钟模式时，0～20 mhz；12时钟模式时，0～33 mhz。
p89c61x2包含64 kb的flast程序存储器、1 024字节ram、32个i／o口、3个16位定时／计数器、6中断源-4中断优先级-嵌套的中断结构、1个增强型uart、片内振荡器和时钟电路等。此外，器件的静态设计使其具有非常宽的频率范围，甚至可以降低至零。p89c61x2具有两种软件可选的节电模式--空闲模式和掉电模式。空闲模式时冻结cpu的运行，但允许ram、定时器串口和中断系统继续保持其功能；掉电模式时保持ram的内容，但冻结振荡器，使其他片内功能都停止工作。由于是静态设计，时钟停止也不会使用户数据丢失。操作可从时钟停止点恢复运行。
p89c61x2的flash存储器增加了eprom所没有的电可擦除和编程特性，可以进行芯片擦除和块擦除。芯片擦除操作是将整个程序存储区都擦除；而块擦除可实现对任意flash块进行擦除。对p89c61x2进行在系统编程和标准的并行编程都是可行的。片内产生的擦除和写入时序为用户提供了良好的编程接口。p89c61x2的flash存储器甚至在经过10 000次擦除和编程之后仍能可靠地保存存储器内容。使用+5 v的vpp即可实现对其进行擦除和编程。
2 配置原理和配置文件
用单片机通过ps模式配置fpga，可以使用单片机的普通输入／输出（i／o）口（如图1（a）所示）或串行口（如图1（b）所示）来实现。配置中使用了fpga的nconfig（配置控制位输入端）、nstatus（配置错误指示位输出端）、conf_done（配置结束标志位输出端）、dclk（配置时钟输入端）、data0（配置数据输入端）引脚等。nceo引脚用于多个fpga器件采用ps模式配置时，把第一片的nceo连接到下一片的nce引脚上。配置时若使用普通i／o口（如p1口），向fpga发送1位数据至少需要4个指令周期：一个指令给data0赋值，两个指令产生dclk时钟，一个指令移位取数据。如果晶振频率为fosc，一个指令周期为12／fosc，那么它的下载速率为fosc／48。如果采用串行口方式0，其下载速率提高为fosc／12。p89c61x2支持6时钟模式，速度可以提高一倍。
在配置过程中，nconfig低电位使epf10k20复位，在由低到高的跳变过程中启动配置；加电后，epf10k20驱动nstatus引脚到低电位，然后释放它（nstatus必须经过1 kω电阻上拉到vcc，若配置期间出错，epf10k20将其拉低），每个数据由最低位（lsb）先送出给data0，数据时钟dclk同时送到器件，直到conf_done变高。在所有数据传输完后，对于flex10k和flex6000器件，dclk必须多送10个dclk脉冲；apex20k器件必须多送40个dclk脉冲。epf10k20的conf_done变高显示配置成功，开始初始化，最后进入用户模式，开始正常工作。由于ps模式中没有握手信号，因此配置时钟的工作频率必须低于10 mhz，如果想在配置中中止，可以挂断dclk。硬件描述语言生成的程序经max+plus ii编译后会产生一个后缀为.sof的sram目标文件。该文件除配置数据外还含有控制字符，不能直接写人到pld中去，需要利用max+plus ii的编程文件转换功能。例如有些编程器支持.rbf文件。.rbf文件为原始二进制文件，该文件包括所有的配置数据，配置文件的大小一般由它决定。1字节的.rbf文件有8位配置数据，每一字节在配置时最低位最先被装载。不同系列的目标器件配置数据的大小也不同，如.rbf文件在flek系列中，epf10k10为15 kb，epf10k20为29 kb，epf10k30为46 kb，epf10k40为61 kb，epf10k70为109 kb等。由于p89c61x2包含64 kb flash程序存储器，可以对除epf10k70外的其他器件实现配置，而大干61 kb的fpga器件可采用扩展存储器的方法来实现。
max+plus ii不自动生成.rbf文件，须按照下面的步骤生成：①在max十plus ii编译状态下，选择文件菜单的变换sram目标文件命令；②在变换sram目标文件对话框中指定要转换的文件并且选择输出文件格式为.rbf，然后确定。
针对单片机p89c61x2，可以通过在系统编程（isp）的方法实现。这里采用广州致远电子有限公司开发的在线编程下载软件zlgicd。该软件支持.hex文件。.hex文件为十六进制文件，max+plus ii编译时会自动生成该文件，如果没有也可采用类似产生．rbf文件的方法生成。
用p89c61x2来配置fpga，需将引导配置代码（.hex文件）和fpga的配置数据（.hex文件）一起通过编程器写入p89c61x2。配置数据需要改变现有地址来让引导程序调用，否则会造成冲突。可以自己编写一个小程序来实现此功能。注意.hex文件的格式。由于引导配置代码不长，通常小于1 kb，因此有足够的空间来存放配置数据。
3 软件设计
软件编程时，本系统只用到了串行口移位寄存器的输出方式，串行数据通过rxd引脚输出，移位时钟由txd引脚输出。当有一个字节数据写入串行数据缓冲器sbuf时，开始发送。而串行口输出方式本身就满足配置时最低位（lsb）先送出的要求。下面给出用c语言编写的子程序：
uchar fpga_config（uint address）{
uchar reconfig=0;
uchar j;
init;
nconfig=0;
delay-ms（1）;
nconfig= 1;
reconfig++;
while（1）{
sbuf = cbyte［address++］;
while（ti==0）;
ti=0;
if（！nstatus）{
delay_ms（10）;
goto init;
if （reconfig 》0x05） return 0;
if （confdone）{
for（j=0;j《5;j++）{
sbuf = cbyte［address++］;
while（ti==0）;
ti=0;
}
return 1;
}
}
}
结 语
用p89c61x2单片机来配置fpga，从价格上来看，要优于epc配置器件；从时间上来看，采用串行口方式0配置epf10k20不到1秒钟，而用单片机的普通输入／输出口方式要慢许多；从使用上来看，不扩展存储器使电路连线更加简单。另外，单片机与fpga优势相结合也给产品开发提供了更多更优的选择方案。
锡焊抽烟机diy制作
虎博搜索创始人：人工智能长期被低估了
蒸汽冷凝水回收装置的工作原理
Qorvo®荣获Samsung移动领域最佳质量奖
电池片利润收缩的可能原因 PE和LP路线各有优势
利用P89C61X2单片机配置FPGA，提供更优的设计方案
美国五大科技巨头边缘计算布局策略
Medfx和MedVirginia也为该项目贡献了技术
华为Mate Xs折叠屏手机将有可能在MWC 2020上发布
万能式断路器的选型安利，需注意这几个方面的难题
沃尔沃召回540000辆汽车 其安全气囊存在缺陷
布丁机器人评测 999元性价比高优于市场同档次机器人
小米平板3曝光售价良心, 和小米6同时发布
继电保护中出现问题的详细分析以及解决措施
MSA300D 三轴微加速度计产品参数
英特尔与ARM的移动芯片之争
晶体管设计已达到基本尺寸限制
MAX1864应用电路图(输入24V 输出3.3V/5V)
回顾世界互联网大会的内容分析
ME8329-N AC/DC电源控制芯片概述