CN201374062Y - Fpga在线配置电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种FPGA在线配置电路，要解决的技术问题是让FPGA通过FPGA本身，完成对程序的远程升级。本实用新型FPGA在线配置电路中的FPGA芯片连接有数据选择器，数据选择器在上电和上电后将不同的控制信号输出至FLASH芯片，FPGA芯片还分别与远程通讯模块和插座相连。本实用新型与现有技术相比，在无需额外添加微处理器的情况下，既可通过主动方式完成FPGA上电时的配置，又可通过FPGA本身完成对程序的远程升级，还可在FLASH芯片中存储用户数据，增加了应用的灵活性，降低了设计成本，实用新型同时提出了一种程序冗余备份办法，提高了远程升级的可靠性和***的稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种FPGA应用技术，尤其是一种具有远程升级能力的FPGA在线配置电路。
背景技术
现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。FPGA的使用非常灵活，内部可利用资源丰富，同一片FPGA通过不同的设计可以产生不同的电路功能。FPGA在通信、数据处理、网络、仪器、工业控制、LED、军事和航空航天等众多领域得到了广泛应用，例如在现代LED显示屏的核心技术应用中，就大量采用了FPGA芯片。
FPGA是基于SRAM的应用技术，程序不能保存，需在上电时对FPGA进行配置。FPGA的配置方式一般有两类：一是通过专用下载电缆由计算机直接对其进行配置，并将程序保存在可读写的专用EEPROM中，以便FPGA在脱机上电时通过内嵌的配置模块，以主动方式完成配置后开始工作；二是通过被动模式采用外部微处理器对其进行配置，该方式可将专用EEPROM改为具有SPI串行总线的FLASH，除在上电时完成对FPGA的配置外，还可利用串口实现在线程序升级，将新程序代码写入指定的FLASH区域，同时还可在FLASH的非程序代码区存储访问用户的数据、参数，该方式给FPGA的应用带来了灵活性，不足之处是增加了电路***开销。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种FPGA在线配置电路，要解决的技术问题是让FPGA除了可以通过主动方式完成上电时的程序配置外，又可通过FPGA本身，完成对程序的远程升级，同时为提高远程升级的可靠性，进一步提出了一种程序冗余备份办法。
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：一种FPGA在线配置电路，包括FPGA芯片，所述FPGA芯片连接数据选择器，所述数据选择器在上电和上电后将不同的控制信号输出至FLASH芯片，以完成FLASH与FPGA芯片间在不同状态的数据传送，所述FPGA芯片还分别连接远程通讯模块和插座。
本实用新型FPGA芯片的主动编程管脚nCSO、ASDO、DCLK分别接入数据选择器的三个选通器A0、B0、C0的输入端，所述FPGA芯片的三个I/O管脚IO_nCS、IO_SO、IO_SCK分别接入数据选择器A1、B1、C1的输入端，CONF_DONE管脚接入数据选择器的选通信号输入端，所述FPGA芯片的MSEL0、MSEL1管脚接地，nSTATE管脚通过上拉电阻R2接电源VCC、nCONFIG管脚通过上拉电阻R1接电源VCC，所述FPGA芯片的电缆下载管脚连接插座，I/O脚连接远程通讯模块。
本实用新型数据选择器的信号输出端Y0连接FLASH芯片的选通输入端/CS，信号输出端Y1连接串行输入数据端SI，信号输出端Y2连接时钟输入端口SCK，所述FLASH芯片的串行数据输出端SO分别连接FPGA芯片的主动编程数据输入管脚DATA0和I/O输入管脚IO_SI。
本实用新型的数据选择器为四二选一数据选择器。
本实用新型的数据选择器采用74HC157的数据选择器。
本实用新型的FLASH芯片采用具有ISP串行总线的非易失闪存芯片。
本实用新型的FLASH芯片采用W25X系列芯片。
本实用新型与现有技术相比，在无需额外添加微处理器的情况下，既可通过主动方式完成FPGA上电时的配置，又可通过FPGA本身完成对程序的远程升级，还可在FLASH的非程序代码区存储访问用户的数据、参数，增加了应用的灵活性，降低了设计成本，实用新型同时提出了一种程序冗余备份办法，提高了远程升级的可靠性和***的稳定性。
附图说明
图1为本实用新型的电路图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。
如图1所示，本实用新型FPGA在线配置电路包括FPGA芯片，所述FPGA芯片的主动编程管脚的nCSO、ASDO、DCLK的输出端分别与数据选择器的三个二选一选通器的A0、B0、C0的输入端相连，FPGA芯片的数据输入管脚DATA0与FLASH芯片的数据输出管脚SO相连，FPGA芯片的CONF_DONE管脚与数据选择器的选通信号输入端相连，FPGA芯片的nSTATE脚通过上拉电阻R2接电源VCC、FPGA芯片的nCONFIG管脚通过上拉电阻R1接电源VCC，编程模式选择信号MSEL0、MSEL1接地，所述FPGA芯片的三个I/O管脚IO_nCS、IO_SO、IO_SCK分别与数据选择器的三个二选一选通器的A1、B1、C1输入端相连，一个I/O管脚IO_SI输入端与FLASH芯片的数据输出管脚SO相连，FPGA芯片的电缆下载的相关管脚还和插座相连，部分I/O管脚和远程通迅接口相连，所述FLASH芯片选通输入端口/CS、串行输入数据端口SI和时钟输入端口SCK分别接数据选择器的三个二选一选通器的输出信号端Y0、Y1和Y2。
本实施例中，所述FPGA是现场可编程门阵列芯片，优选例是ALTERA公司的FPGA；所述FLASH芯片是具有ISP串行总线的非易失闪存芯片，优选例是W25X系列芯片；所述数据选择器为四二选一数据选择器，优选例是74HC157；所述远程通讯接口类型无限制，分别与上位机和FPGA相连，承担FPGA芯片与上位机的通讯。
本实用新型FPGA在线配置电路的主要功能是，上电时由FPGA芯片的专用管脚发出控制信号，将FLASH芯片中固化的程序写入FPGA芯片中，上电工作后，可由FPGA芯片接收上位机传过来的升级程序，利用FPGA芯片的I/O管脚将其写入FLASH芯片中。
本实用新型的插座是FPGA芯片的电缆下载插座，连接方式采用通用模式，主要作用是由计算机完成对FPGA芯片的配置、调试或将程序写入FLASH芯片中。
本实用新型的FPGA芯片模式选择信号MSEL0、MSEL1接地，设定FPGA芯片上电配置方式为主动方式，即上电时由FPGA芯片的专用管脚nCSO、ASDO、DCLK发出控制信号，通过DATA0脚将FLASH芯片中的程序写入FPGA芯片中。
为了实现上电时由FPGA芯片的专用管脚配置程序和上电后由FPGA芯片的I/O管脚升级新程序及访问用户数据参数，本实用新型利用FPGA芯片的CONF_DONE信号作为数据选择器的选通信号，以此实现专用管脚和I/O管脚控制信号的交换，FPGA芯片的CONF_DONE信号是FPGA芯片编程是否完毕的指示信号，在上电编程期间为低，此时数据选择器开通0端输入，FPGA芯片的专用片选输出信号nCSO通过数据选择器的Y0输出到FLASH芯片的/CS片选端，专用时钟输出信号DCLK通过数据选择器的Y2输出到FLASH芯片的时钟信号SCK输入端，专用数据输出信号ASDO通过数据选择器的Y1脚输出到FLASH芯片的数据SI输入端，控制FLASH芯片的数据输出口SO输出代码到FPGA芯片的专用数据输入口DATA0，完成FPGA芯片的配置，FPGA芯片在上电编程期间，所有I/O为三态，定义为I/O数据输入口的IO_SI对输入配置管脚DATA0无影响；上电编程完毕，FPGA芯片工作延迟一段时间后CONF_DONE信号变高，此时数据选择器开通1端输入，FPGA芯片的I/O片选输出信号IO_nCS通过数据选择器的Y0输出到FLASH芯片的/CS片选端，I/O时钟输出信号IO_SCK通过数据选择器的Y2输出到FLASH芯片的时钟信号SCK输入端，I/O数据输出信号IO_SO通过数据选择器的Y2输出到FLASH芯片的数据SI输入端，FLASH芯片的数据输出口SO连到FPGA芯片的I/O数据输入口IO_SI，从而完成对FLASH芯片的在线读写控制；FPGA芯片可以通过远程通迅模块接收上位机传过来的升级程序或数据参数，将其写入FLASH芯片指定的BOOT程序区或数据区。FLASH芯片容量足够大，除可写入FPGA芯片的配置程序外，还可利用其余空间读写设计所需的数据，例如LED显示技术中所需的像素校正数据、伽玛曲线表、控制参数等。
同时，为提高远程程序升级的可靠性，避免通讯误码造成升级失败，本实用新型进一步提出了一种程序冗余备份办法，在FLASH芯片中另外开辟一个存储区，专门用于FPGA芯片向FLASH芯片写入升级程序，仅当通讯无误，升级程序传送验证完毕，再将新程序代码倒向FLASH芯片中的BOOT程序区。
Claims (7)
1.一种FPGA在线配置电路，包括FPGA芯片，其特征在于：所述FPGA芯片连接数据选择器，所述数据选择器在上电和上电后将不同的控制信号输出至FLASH芯片，所述FPGA芯片还分别连接远程通讯模块和插座。
2.根据权利要求1所述的FPGA在线配置电路，其特征在于：所述FPGA芯片的主动编程管脚nCSO、ASDO、DCLK分别接入数据选择器的三个选通器A0、B0、C0的输入端，所述FPGA芯片的三个I/O管脚IO_nCS、IO_SO、IO_SCK分别接入数据选择器A1、B1、C1的输入端，CONF_DONE管脚接入数据选择器的选通信号输入端，所述FPGA芯片的MSEL0、MSEL1接地，电源VCC通过电阻R1接FPGA芯片的nCONFIG脚、电阻R2接FPGA芯片的nSTATE脚，所述FPGA芯片的电缆下载管脚连接插座，I/O脚连接远程通讯模块。
3.根据权利要求2所述的FPGA在线配置电路，其特征在于：所述数据选择器的信号输出端Y0连接FLASH芯片的选通输入端/CS，信号输出端Y1连接串行输入数据端SI，信号输出端Y2连接时钟输入端口SCK，所述FLASH芯片的串行数据输出端SO分别连接FPGA芯片的主动编程数据输入管脚DATA0和I/O输入管脚IO_SI。
4.根据权利要求3所述的FPGA在线配置电路，其特征在于：所述数据选择器为四二选一数据选择器。
5.根据权利要求4所述的FPGA在线配置电路，其特征在于：所述数据选择器采用74HC157的数据选择器。
6.根据权利要求5所述的FPGA在线配置电路，其特征在于：所述FLASH芯片采用具有ISP串行总线的非易失闪存芯片。
7.根据权利要求6所述的FPGA在线配置电路，其特征在于：所述FLASH芯片采用W25X系列芯片。
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