FPGA器件的在线配置方法

机端的控制程序，通过PC机的串行通信口，经U1存储在U2中。U1再根据系统的要求，通过P1.2、P1.3、P1.4、P3.0和P3.1等5个I/O口，将其存储在U2中的配置数据下载到电路中的FPGA器件中去。

　　因作者设计电路中的FPGA是Altera公司的FLEX系列的EPF10K10，其配置文件的容量为15KB，故电路中采用1片AT24C128就可存储EPF10K10的配置数据。我们选用AT24C256器件可以存储两个配置文件，是为了实现多任务电路重构，此时整个ICR控制电路只有2片IC。可以说，它是目前结构最简单、成本最低的ICR控制电路。如果配置的FPGA是EPF10K30或更大门数的器件，则需要大容量的存储器件或多片AT24C256。（在两线串行总线上最多可接4片AT24C256。）

3 软件设计

　　在该配置方案中，软件包括在PC机端的控制软件和在AT89C2051端的控制软件两部分。PC机端的软件采用Visual Basic语言编程，而AT89C2051采用汇编语言进行编程。

    3.1 PC机端的软件

　　PC机端的软件采用Visual Basic语言编程。VB支持面向对象的程序设计，具有结构化的事件驱动编程模式，而且可以十分简便地作出良好的人机界面。PC机端的控制程序主要实现读取.rbf文件并将其通过串口送出的功能。读取文件时，主要使用读取二进制文件命令。在串口通信方面，使用VB提供的具有强大功能的串口通信控件MSCOMM。该控件可设置串口状态及串口通信的信息格式和协议。

    在实际工作中，要实现AT89C2051和PC机之间的有效通信，必须使其具有相同的波特率和相同的通信协议。作者采用了9600bps的波特率和N.8.1帧结构。N.8.1帧结构表示1帧串行数据有10位：起始位占用1位（低电平），用来表示字符开始；后8位为数据编码，无奇偶校验位；最后为停止位（高电平），用来表示字符传送结束。单片机的串行口工作在方式1。方式1是标准的10位异步通信方式，10位数据和PC机的标准串口相对应，传送的波特率由单片机工作时钟和T1的溢出率共同决定。
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    3.2 ICR控制电路软件

　　在图3介绍的ICR控制电路中，其存储FPGA配置数据的存储器 AT24C256采用I2C串行总线进行数据交换。其数据交换速度较慢，而FPGA配置数据又比较大，因此如何提高图3介绍的ICR控制电路的配置速度将是软件设计上的一个重点。限制速度的瓶颈主要是从AT24C256读取数据和将数据写入FPGA器件中。从AT24C256读取数据，有读当前地址、随机读和顺序读三种方式。这三种方式中，顺序读最简单、速度最快。因为在同一片AT24C256中，仅需要写入一次读命令就可以按顺序从0地址开始直至读完整片AT24C256中的全部数据。向FPGA器件写数据时，可以使用串行口的移位寄存器工作方式，即方式0。方式0数据的传送以8位为1帧，无论是发送或是接收都是最低有效位居先。这和FPGA对数据的要求一致，传送的波特率固定为振荡频率的1/12。本系统只需用到输出方式，串行数据通过RXD端输出，而用TXD端输出移位脉冲。当1字节数据写入串行数据缓冲器SBUF时，就开始发送。在此期间，发送控制器送出移位信号，使发送移位寄存器的内容右移1位，直至最高位(D7位)移出后，停止发送数据和移位时钟脉冲。发送完1字节数据后，硬件置发送标志位TI为1，通过判断TI的状态决定是否向SBUF写入数据。采用这种方式比采用普通（I/O）口要快很多。

4 结 论

　　我们设计的基于微控制器的FPGA器件的 ICR控制系统，具有线路结构简单、开发容易、体积小、成本低的优点；可以支持3.3V和5V系统的配置；适用于需要ICR功能的电子装置中。该ICR控制电路是为配置Altera公司FLEX系列的FPGA器件而设计的，稍加修改也适用于其它系列的FPGA器件。这个配置电路的主要弱点在于配置速率较慢，只能适用于配置速率要求不高的应用。

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