用PowerPC860实现FPGA配置

摘要：介绍如何用PowerPC860（MPC860）进行FPGA（Xilinx的Virtex-II系列）的配置；给出进行FPGA配置所需的详细时序图和原理图。本配置基本原理对其它FPGA的配置也适用。
　　关键词：PowerPC860FPGAXilinx
　　
　　1概述
　　
　　MPC860是基于PowerPC结构的通信控制器。它不仅是集成的微处理器，而且将很多外设的功能也集成在一起。MPC860具有存储控制器，其存储控制器的功能很强，可以支持各种存储器，包括各种新型的DRAM和Flash，并可以实现与存储器的无缝接口；而且使用嵌入式操作系统VxWorks和开发环境Tornado开发非常方便。
　　
　　本设计中用1片IntelW28F1283A150Flash作为BootFlash对MPC860进行加电配置，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MPC860处理机与EPLD配合，控制FPGA配置文件的下载过程，完成对FPGA的配置。使用MPC860可以对FPGA十分方便地进行配置，甚至可以通过MPC860的网络功能对FPGA进行远程配置，节省了因采用专用配置芯片所耗费的电路板及其成本。本文主要介绍如何用MPC860对Xilinx公司的VirtexII系列的FPGA进行配置，其原理同样适用于别的FPGA芯片（包括Altera公司）。
　　
　　2XilinxFPGA的配置方式
　　
　　本设计中FPGA采用Xilinx公司Virtex-II系列蝗XC2V4000，其配置文件的下载模式有5种：主串模式（masterserial）、从串模式（slaveserial）、主并模式（masterselectMAP）、从并模式（slaveselectMAP）、JTAG械。其中，JTAG模式在开发调试阶段使用。本设计将JTAG口直接做在信号处理板上，便于开发设计阶段的调试。
　　
　　参考Xilinx公司的有关文档，比较其余4种下载模式，可将其分为串行下载方式和并行下载方式。串行下载方式和并行下载方式都有主、从2种模式。主、从模式的最大区别在于：主模式的下载同步时钟（CCLK）由FPGA提供；从模式的下载同步时钟（CCLK）由外部时钟源或者外部控制信号提供。主模式对下载时序的要求比从模式严格得多。因此从处理机易于控制下载过程的角度，选择使用从串模式或从并模式。本设计采用从串模式进行FPGA配置，以减少占用MPC860的资源。
　　
　　用MPC860对FPGA进行配置，实质上就是用MPC860和EPLD来仿真JTAG接口的下载时序，完成对FPGA的下载。JTAG的有效引脚只有5个，分别是nConfig（PROG_B）、nStatus（INIT_B）、Conf_Done（DONE）、DClk(CCLK)、Data0(DIN)。其中nConfig用于使FPGA进行到下载状态，nStatus时不否出现CRC校验错误，Conf_Done用于表示下载完成，而DC1k的Data则是用于在下载时产生时钟和数据位的。每一个CD1k时钟周期写入1个bit数据（括号中标注为Xilinx的FPGA对该功能的称呼）。
　　
　　表1所列为下载信号定义。
　　
　　表1下载信号定义
　　
　　引脚方向（对FPGA）说明Data0输入数据引脚DClk输入同步时钟，由外部时钟源或控制信号提供NConfig输入异步复位引脚，用于异步复位配置逻辑Conf_Done输出配置状态nStatus输出下载状态
　　3从串模式的配置信号和下载时序
　　
　　（1）启动下载时序
　　
　　在nConfig引脚上产生1个超过2μs的低脉冲，等待nStatus回应1个低脉冲以及Conf_Done。变低。这时候表明FPGA已经进入到了下载状态，等待至少5μs以后就可以开始下载了。
　　
　　（2）下载时序
　　
　　从串下载模式的下载时序如图1的所示。
　　
　　在Data0上逐位地产生要下载的数据，同时在DC1k上产生时钟。数据必须在时钟的上升沿之间50ns有效，时钟高电平和低电平的时钟都不能小于80ns。这一过程一直持续到全部数据下载完成。在下载过程中可以出现相对较少时间的等待状态，而不会中断下载进程。如果发生错误，nStatus将被拉低，FPGA退出操作，必须重算1～3步骤。
　　
　　（3）结束下载
　　
　　在数据都下载完成以后，需要继续给FPGA提供若干的时钟，时钟要至少等到Conf_Done变高为止。
　　
　　（4）启动器件
　　
　　Conf_Done被释放，被外部拉高。
　　
　　MPC860处理机控制从串下载模式的信号连接示意如图2所示。
　　
　　4MPC86

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