ALTERA CPLD器件的配置與下載

一、 配置方式

　　ALTERA CPLD器件的配置方式主要分為兩大類：主動配置方式和被動方式。主動配置方式由CPLD器件引導配置操作過程，它控制著外部存儲器和初始化過程；而被動配置方式由外部計算機或控制器控制配置過程。根據(jù)數(shù)據(jù)線的多少又可以將CPLD器件配置方式分為并行配置和串行配置兩類。經(jīng)過不同組合就得到四種配置方式：主動串行配置（AS）、被動串行（PS）、被動并行同步（PPS）、被動并行異步（PPA）。我們沒有必要對每一種配置方式都進行講述，而是詳細地來講講我們實驗室中經(jīng)常使用的方式：被動串行配置方式(PS)。

　　以FLEX10K器件為例，我們首先對PS方式中使用到的引腳有個了解，它的主要配置引腳如下：

MSEL1、MSEL0：輸入；接地。

nSTATUS：雙向漏極開路；命令狀態(tài)下器件的狀態(tài)輸出。加電后，F(xiàn)LEX10K立即驅(qū)動該引腳到低電位，然后在100ms內(nèi)釋放掉它，nSTATUS必須經(jīng)過1.0k電阻上拉到Vcc，如果配置中發(fā)生錯誤，F(xiàn)LEX10K將其拉低。

nCONFIG：輸入；配置控制輸入。低電位使FLEX10K器件復位，在由低到高的跳變過程中啟動配置。

CONF_DONE：雙向漏極開路；狀態(tài)輸出。在配置期間，F(xiàn)LEX10K將其驅(qū)動為低。所有配置數(shù)據(jù)無誤差接收后，F(xiàn)LEX10K將其置為三態(tài)，由于有上拉電阻，所以將變?yōu)楦唠娖?，表示配置成功?/p>

狀態(tài)輸入。輸入高電位引導器件執(zhí)行初始化過程并進入用戶狀態(tài)。 CONF_DONE必須經(jīng)過1.0k電阻上拉到Vcc，而且可以將外電路驅(qū)動為低以延時FLEX10K初始化過程。

DCLK：輸入；為外部數(shù)據(jù)源提供時鐘。

nCE：輸入；FLEX10K器件使能輸入，nCE為低時使能配置過程，而且為單片配置時，nCE必須始終為低。

nCEO：輸出（專用于多片器件）；FLEX10K配置完成后，輸出為低。在多片級聯(lián)配置時，驅(qū)動下一片的nCE端。

DATA0：輸入；數(shù)據(jù)輸入，在DATA0引腳上的一位配置數(shù)據(jù)。

　　在被動串行配置（PS）方式中，由ByteBlaster、FLEX下載電纜或微處理器產(chǎn)生一個由低到高的跳變送到nCONFIG引腳，然后微處理器或編程硬件將配置數(shù)據(jù)送到DATA0引腳，該數(shù)據(jù)鎖存至CONF_DONE變?yōu)楦唠娢?，它是先將每字?jié)的最低位LSB送到FLEX10K器件。CONF_DONE變?yōu)楦唠娢缓螅珼CLK必須多余的10個周期來初始化該器件，器件的初始化是由下載電纜自動執(zhí)行的。在PS方式中沒有握手信號，所以配置時鐘的工作頻率必須低于10MHz。

　　在多器件PS方式下，第一片F(xiàn)LEX10K的nCEO引腳級聯(lián)到下一片F(xiàn)LEX10K的nCE引腳。在一個時鐘周期內(nèi)，第二個FLEX10K器件開始配置，因此，對于微處理器或控制器來說，要轉(zhuǎn)移的數(shù)據(jù)是透明的，電路如圖1。

二、下載電纜ByteBlaster原理(PS方式)

ByteBlaster下載電纜由以下幾部分組成：

與PC機并口相連的25針插頭；與PCB板插座相連的10針插頭；25針到10針的變換電路。

ByteBlaster有兩種配置模式：

被動串行模式（PS）——常用來配置重構ACEX1K,APEX20K,FLEX10K，F(xiàn)LEX6000等系列器件。

邊界掃描模式（JTAG）——具有邊界掃描電路的配置重構或在線編程。

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1. ByteBlaster25針插頭

ByteBlaster與PC機并口相連的是一個25針的插頭，它們的管腳對應關系參見altera網(wǎng)站上的ByteBlaster數(shù)據(jù)手冊。

2. ByteBlaster10針插頭

ByteBlaster10針插頭是與PCB板上的10針插座連接的，各引腳對應關系參見altera網(wǎng)站上的ByteBlaster數(shù)據(jù)手冊。。

3. ByteBlaster的數(shù)據(jù)變換電路

在ByteBlaster下載電纜中，其變換電路實際上就是只有一個74LS244和N個電阻，其原理圖如圖2。

三、基于差分的下載電纜

　　在上面所述的下載電纜中，用于短距離的下載不會有什么問題；但是，當我們進行稍微長一點距離的下載時，電路就不能正常運行了。為了解決這一問題，我們提出了基于差分傳輸?shù)南螺d電纜，并經(jīng)過實踐得以實現(xiàn)了。

　　在前面講述的下載電纜中出現(xiàn)的問題主要是由于線路變長后，驅(qū)動能力下降造成電路的非正常運行；我們的著眼點就在于增強電路的傳輸能力，避免電路驅(qū)動能力的下降。差分傳輸是靠電流方式工作的，其傳輸能力相當強，將其應用于下載電纜中是一種不錯的選擇。 　　基于差分傳輸?shù)南螺d電纜與前面所述下載電纜的不同在于第三部分——25針到10針的變換電路，其它部分一樣。我們只對不同部分進行講述。

差分傳輸?shù)脑韴D如圖3。

首先，在發(fā)送端將信號變換為差分信號，進行傳輸；然后，在接受端將差分信號還原為初始信號。

由此我們得到基于差分傳輸?shù)南螺d電纜框圖如圖4所示。

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在該設計中，下載電纜的工作條件與前面的工作條件相同。我們用5米長的信號線，電路工作得相當穩(wěn)定。根據(jù)實際需要，信號線還可以加長。

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