基于CPLD 的FPGA 加載方案 - 基于CPLD的FPGA從并快速加載方案

　　3 基于CPLD 的FPGA 加載方案

　　3.1 方案介紹

　　在設(shè)備端通信產(chǎn)品中，基于CPLD 的FPGA 從并加載框如圖2 所示，配置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在FLASH 中，且在加載數(shù)據(jù)之前，CPU 通過(guò)局部總線和雙倍速內(nèi)存（DDR）接口，將配置數(shù)據(jù)從FLASH 中搬移到DDR 顆粒；真正需要加載時(shí)，再通過(guò)DDR2 接口將配置數(shù)據(jù)搬移到CPU 的緩存中，DDR2接口速度很快，其時(shí)鐘頻率可以達(dá)到266 MHz，因此①、②兩步加載時(shí)間可以忽略不計(jì)。

　　圖2 基于CPLD 的FPGA 從并加載框

　　之后CPU 通過(guò)和CPLD 的接口③--8 位的局部總線接口，將配置數(shù)據(jù)逐字節(jié)的寫(xiě)入CPLD 的寄存器中。以MIPS 系列CPU XLS408 為例，XLS408 工作時(shí)鐘頻率為66.7 MHz，寫(xiě)總線周期最快需要10 個(gè)工作時(shí)鐘周期，即6.67 MHz，這一步受局部總線速度限制。

　　數(shù)據(jù)寫(xiě)入到CPLD 后，再通過(guò)接口④ --CPLD 與FPGA 之間的從并接口，將數(shù)據(jù)加載到FPGA，從并接口是同步總線，加載時(shí)間受限于總線時(shí)鐘CCLK 頻率。

　　本方案的優(yōu)點(diǎn)為：① 、② 兩條路徑可以在加載之前處理，且運(yùn)行速度快，不占用加載時(shí)間。加載時(shí)間只受③ 、④ 的限制，而③ 受限于寫(xiě)總線周期間隔，④受限于從并接口的時(shí)鐘。

　　3.2 程序?qū)崿F(xiàn)

　　CPLD 從并程序采用verilog 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，該加載模塊接口定義如下：

　　程序?qū)崿F(xiàn)流如圖3 所示。

　　圖3 基于CPLD 從并加載FPGA的程序流程

　　FPGA 加載片選和寫(xiě)信號(hào)產(chǎn)生部分代碼如下：

　　4 仿真及加載結(jié)果分析

　　基于modelsim 6.5SE 仿真波形可以看出CPU 每加載1 字節(jié)數(shù)據(jù)需要向CPLD 寫(xiě)1 次加載數(shù)據(jù)，這共需花費(fèi)一個(gè)局部總線周期，局部總線頻率最快為6.67 MHz.因此CPU 加載4.125 MB 數(shù)據(jù)到CPLD 共需時(shí)間為：

　　CPLD 需要1 個(gè)CCLK 周期寫(xiě)1 字節(jié)數(shù)據(jù)到 FPGA，CCLK 則是利用CPU局部總線的寫(xiě)信號(hào)產(chǎn)生，可以實(shí)現(xiàn)CCLK 和數(shù)據(jù)的同步，因此CCLK 時(shí)鐘速率為6.67 MHz，因此加載4.125 MB數(shù)據(jù)到FPGA，共需時(shí)間為：

　　FPGA 上電需要1 ms，因此當(dāng)FPGA 使用SPARTAN-6 系列最高端的6SLX150T 時(shí)，采用基于CPLD 的從并加載方式，共需要的加載時(shí)間為1.221 s，滿足通信產(chǎn)品FPGA 加載時(shí)間小于2 s 的要求。而如果采用從串等加載方式，使用ARM7 處理器作為控制器，對(duì)于CycloneII 系列中的EP2C35，配置文件大小1.16 MB，加載時(shí)間需要1.30 min；采用基于CPLD的從串加載方式，加載同樣4.125 MB的FPGA 數(shù)據(jù)，CPLD 加載時(shí)鐘33MHz，則加載時(shí)間需要3.8 s，F(xiàn)PGA加載時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)影響系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間。

　　表2 是常用加載方式加載6SLX150T 型號(hào)FPGA 芯片數(shù)據(jù)所需時(shí)間比較。

　　表2 FPGA 加載時(shí)間對(duì)比

　　從上述分析可以得出結(jié)論，如果提高CPU 的局部總線寫(xiě)速度，加載FPGA 的時(shí)間就會(huì)更快。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　使用基于CPLD 的FPGA 從并加載方案，相對(duì)于其它幾種加載方式，雖然加載管腳增多，但加載時(shí)間大大縮短，并且如果提高CPU 局部總線的寫(xiě)速度，加載速度有進(jìn)一步提高空間，滿足通信系統(tǒng)快速啟動(dòng)的要求，具有很高的實(shí)用價(jià)值。