基于U盘和单片机的FPGA配置

2.3 单片机读取存储在u盘中的配置数据

　　通常USB设备终端必须与计算机连接。如果没有PC，则需要通过USB总线的通用接口芯片(当然也可以利用带USB接口的单片机)控制U盘的读／写。本设计采用单片机AT89S52控制USB总线的通用接口芯片CH375来读取存储在U盘的配置数据。

　　CH375是一个USB总线的通用接口芯片，内部集成了PLL倍频器、主从USB接口SIE、数据缓冲区、被动并行接口、异步串行接口、命令解释器、控制传输的协议处理器和通用的固件程序等；支持USB-HOST主机方式和USB-DEVICE／SLAVE没备方式，可以方便地挂接到单片机／DSP／MCU／MPU等控制器的系统总线上。外部单片机可以直接以扇区为基本单位读／写常用的USB存储设备(包括USB硬盘、USB闪存盘和U盘)。

　　硬件设计：CH375工作于并口方式，与普通的MCS-5l单片机的连接如图1所示。CH375的TXD引脚通过l kΩ左右的下拉电阻接地或者直接接地，从而使CH375工作于并口方式。

　　软件设计：①进入USB主机模式，要读/写U盘，必须先设置CH375使其工作于USB主机方式。②将U盘当作存储器进行读／写，方法与读／写闪存差不多，操作简单且速度快。单片机读／写U盘文件程序分层如图2所示。
2．4 用单片机配置FPGA的过程

　　FPGA器件上电以后，开始配置过程的复位、配置和初始化3个阶段，然后进入用户状态。以配置FLEX10K10为例，图3为PS模式下使用单片机配置FPGA的时序图。
　　配置过程如下：①MCU的P1．7引脚产生一个tCFG≥μs的低电平给FPGA的nCONFIG引脚使FPGA复位，200 ns后nSTATUS和CONF_DONE同时跟随变为低电平；FPGA的I／O端口为高阻状态，RAM被清除。②MCU的P1．7引脚产生上跳变时开始配置，FPGA退出复位状态，4μs后nSTATUS被释放并被上拉电阻拉高，FPGA准备接收数据进入配置阶段。设置MCU的串口工作方式为O，单片机检测到nSTATUS由低跳到高后，读取配置数据(从U盘读取或上电时先将配置数据从U盘读到SRAM62255)由RXD送到FPGA的DATA0(注意低位LSB先送出)；MCU的TXD接收FPGA的DCLK以提供时钟信号，配置数据足在DCLK上升沿被移位入FPGA的，全部配置数据移入FPGA直到CONF_DONE变为高电平，配置阶段结束。若CONF_DONE没有变为高电平，则需要重新配置。③初始化阶段，持续O．6～2μs。不同的FPGA器件，持续时间不等。A1tera公司的Quartus II开发工具生成配置文件时，对于不同的目标器件和配置方式已经添加了相应的空DCLK。软件设计使微处理器提供配置所需的时序和串行传送配置数据，以及对配置进行监测，从而实现配置过程。软件设计流程如图4所示。
3 结论

　　FPGA器件的配置技术犹如集成电路制造中的流片，是非常重要的一个环节。用单片机配置FPGA器件与用专用器件相比，具有成本低、保密性好、可升级、可实现多任务电路结构重构(符合软件无线电思想)等特点，本设计具有创新性，硬件设计简单可靠，且成本低，易于实现，是确保FPGA安全性和保密性的一种方法，在金融等关系到国家利益的场合具有重大实用价值。