FPGA的配置及接口电路

与CPLD不同，FPGA是基于门阵列方式为用户提供可编程资源的，其内部逻辑结构的形成是由配置数据决定的。这些配置数据通过外部控制电路或微处理器加载到FPGA内部的SRAM中，由于SRAM的易失性，每次上电时，都必须对FPGA进行重新配置，在不掉电的情况下，这些逻辑结构将会始终被保持，从而完成用户编程所要实现的功能。

FPGA的配置方式分为主动式和被动式，数据宽度有8位并行方式和串行方式两种。在主动模式下，FPGA在上电后，自动将配置数据从相应的外存储器读入到SRAM中，实现内部结构映射；而在被动模式下，FPGA则作为从属器件，由相应的控制电路或微处理器提供配置所需的时序，实现配置数据的下载。 1配置引脚

FPGA的配置引脚可分为两类：专用配置引脚和非专用配置引脚。专用配置引脚只有在配置时起作用，而非专用配置引脚在配置完成后则可以作为普通的I／O口使用。

专用的配置引脚有：配置模式脚M2、M1、M0；配置时钟CCLK；配置逻辑异步复位PROG，启动控制DONE及边界扫描TDI，TDO，TMS，TCK。非专用配置引脚有Din，D0：D7，CS，WRITE，BUSY，INIT。

在不同的配置模式下，配置时钟CCLK可由FPGA内部产生，也可以由外部控制电路提供。

2 FPGA的配置模式

FPGA共有四种配置模式：从串模式(Slave Serial)，主串模式(MasterSerial)，从并模式(Slave Farallel／S e 1 e c tMap)以及边界扫描模式(Boundary-Scan)。具体的配置模式由模式选择引脚M2、M1、M0决定。表1为不同的配置模式所对应的M2、M1、M0，配置时钟的方向以及相应的数据位宽。

3配置过程

（1）初始化

系统上电后，如果FPGA满足以下条件：Bank2 的I／O输出驱动电压Vcc0_2大于lv；器件内部的供电电压Vccint为2．5v，器件便会自动进行初始化。在系统上电的情况下，通过对PROG引脚置低电子，便可以对FPGA进行重新配置。初始化过程完成后，DONE信号将会变低。

（2）清空配置存储器

在完成初始化过程后，器件会将INIT信号置低电平，同时开始清空配置存储器。在清空完配置存储器后，INIT信号将会重新被置为高电平。用户可以通过将PROG或INIT信号(1NIT为双向信号)置为低电平，从而达到延长清空配置存储器的时间，以确保存储器被清空的目的。

（3）加载配置数据

配置存储器的清空完成后，器件对配置模式脚M2、N1、M0进行采样，以确定用何种方式来加载配置数据。

（4）CRC错误检查

器件在加载配置数据的同时，会根据一定的算法产生一个CRC值，这个值将会和配置文件中内置的CRC值进行比较，如果两者不一致，则说明加载发生错误，INIT引脚将会被置低电平，加载过程被中断。此时若要进行重新配置，只需将PROG置为低电平即可。

（5）START-UP

START-UP阶段是FPGA由配置状态过渡到用户状态的过程。在START-UP完成后，FPGA便可实现用户编程的功能。在START-UP阶段中，FPGA会进行一下操作：

①将DONE信号置高电平，若DONE信号没有置高，则说明数据加载过程失败；

②在配置过程中，器件的所有I／O引脚均为三态，此时，全局三态信号GTS置低电平，这些I／O脚将会从三态切换到用户设置的状态；

③全局复位信号GSR置低电平，所有触发器进入工作状态；

④全局写允许信号GWE置低电平，所有内部RAM有效；

整个过程共有8个时钟周期C0-C7。在默认的情况下，这些操作都和配置时钟CCLK同步，在DONE信号置高电子之前，GTS，GSR，GWE都保持高电平。

4 SelectMap并行配置模式

Virtex系列FPGA是Xilinx公司的一款高密度，大容量的现场可编程门阵列，其最大容量可达100万门，最高工作频率可达200M，支持多达16种I／O标准，内置了4个BLOCKRAM。这些特性使它在数字图像处理，通信等领域得到了广泛的应用。

SelectMap模式是一种8位并行配置模式，它是Virtex系列FPGA最快的一种配置模式，其配置时钟最高可达66MHZ，每个配置时钟周期内有8位配置数据下载到FPGA内。在对配置速度要求较高的一些应用场合，一般使用SelectMap模式。

SelectMap端口是一个8位双向数据端口，通过它实现对Virtex的配置。利用SelectMap对Virtex进行配置时，共有8个数据信号D0-D7和7个控制／状态信号，分别为：CCLK，PROG，DONE，INIT，CS，WRITE，BUSY。

对Virtex进行并行配置，应用最为广泛的接口电路便是CPLD+并行EPROM。

由于FPGA管脚内部有上拉电阻，因此，当管脚悬空时，便是高电平。

CPLD所要实现的功能模块包括：地 址发生器，写控制寄存器，三态缓冲。 其中，PROG为全局复位，DONE为全局 三态控制，INIT和BUSY用来控制地址 发生器；地址发生器的总线位宽由存储器