使用用CPLD和Flash实现FPGA的配置
时间：11-09
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- 2 具体设计
国家数字交换系统工程技术研究中心承担的国家863项目高性能IPv6核心路由器采用一片Intel E28F128J3A150 16位Flash作为BootFlash对PowerPC2860(MPC860)处理机进行加电配置下载更新的方案，其多余的存储空间完全可以存放下FPGA所需的配置文件。加电复位、系统启动后，由处理机与一片XilinxXC95288XL CPLD配合，控制FPGA配置文件从Flash下载到FPGA中，完成对FPGA的配置。860处理机支持网络功能，当配置文件需要更新时，可通过网络将新的配置文件发送到处理机，然后再由处理机更新系统中的Flash。采用XC95288CPLD配置FPGA的具体电路设计结构如图2所示。
图2中，CPLD主要功能是把从Flash中读出的数据转换成串行输出，然后再将地址递增。CCLK(信号由CPU时钟产生。PROG信号则由CPU输出的地址数据经译码模块产生。XC95288C PLD逻辑结构如图3所示。
下面分别介绍各功能模块的具体实现：
(1)数据转换成串行输出功能模块：使用了一个右移寄存器。从16位Flash来的并行数据DIN[0：15]加载到移位寄存器后，依次从DOUT串行输出到FPGA中。
(2)地址递增功能模块：此功能由两个计数器完成。由于Flash是16位并行数据端口，因此第一个计数器功能是逢16进1，第二个计数器功能是Flash地址递增。当移位寄存器的16位数据都输出到FPGA中后，第一个计数器输出端口CNT[0：3]都为“1”，经过“与门”逻辑使得第二个计数器加l。Intel E28F128J3A150 Flash为16MB，共需要25根地址线。由于Flash是16位的，因此ADD[3l]不连接。所以第二个计数器和地址线ADD[7：30]相连．以完成Flash地址的递增。
(3)CCLK信号产生模块：CPU来的时钟信号将数据信号DOUT输出，经一个“非门”逻辑延迟半个周期后产生CCLK，CCLK再将DOUT上的数据送到FPGA中。这样将读写。DOUT数据的时刻叉开，避免了冲突。
(4)PROG信号产生模块：当需要下载FPGA程序时，由CPU产生一个地址信号ADD[O：30]，经译码器译码产牛PROG控制信号。此地址由用户自行设定。
以上模块均采用VHDL语言描述。数据转换成串行输出功能模块是核心部分，它可实现并行数据串行输出。
本文介绍了通过处理机用CPLD和Flash实现FPGA配置文件下载更新的方法。与传统的JTAG或PROM串行下载配置方法相比，此方法具有更新配置文件灵活方便、易于操作、适用于大容量FPGA下载的特点。采用此方法可以不用打开机箱即可随时更新FPGA配置程序，特别适用于需要不断更新的系统设计中，具有较为广阔的应用前景。
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