Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ПЛИС_20_01_15 / Конфигурирование микросхем Cyclone II

.doc
Скачиваний:
43
Добавлен:
12.02.2015
Размер:
208.9 Кб
Скачать

Конфигурирование микросхем ПЛИС семейства Cyclone II

Введение

Микросхемы семейства Cyclone II используют ячейки статической памяти (SRAM) для хранения конфигурационной информации. Т.к. статическая память не является энергонезависимой, то конфигурационную информацию необходимо загружать в микросхему каждый раз после подачи питания.

Существует несколько режимов загрузки микросхем семейства Cyclone II:

  • AS, Active Serial  активный последовательный,

  • PS, Passive Serial – пассивный последовательный,

  • Fast AS – быстрый активный последовательный,

  • JTAG – конфигурация.

Необходимый режим загрузки можно выбрать с помощью выводов MSEL согласно таблице

Выводы MSEL имеют внутренние 9 кОм резисторы pull-down (притянутые к земле), поэтому их следует соединять с питанием VCCIO банка или землей напрямую без резисторов.

В следующей таблице показаны размеры конфигурационных файлов.

Микросхемы Cyclone II поддерживают декомпрессию сжатых конфигурационных данных в режимах загрузки AS и PS, это позволяет сэкономить память для хранения данных и уменьшает время загрузки. Декомпрессия при JTAG-загрузке не поддерживается. Во время загрузки ПЛИС производит декомпрессию сжатых данных в реальном времени и программирует свои SRAM ячейки. Уменьшение конфигурационной информации может составлять 35…55%.

При включении опции сжатия (компрессии), среда Quartus II генерирует конфигурационный файл с сжатой конфигурационной информацией. Это уменьшает объем требуемой памяти в конфигурирующем устройстве или микросхеме флеш-памяти и уменьшает время, требуемое для передачи данных в ПЛИС.

Когда несколько ПЛИС каскадированы, функцию сжатия можно включать выборочно для каждого устройства. Например, согласно рисунку, первое устройство принимает сжатые конфигурационные данные, а второе несжатые.

Active Serial режим

Схема подключения для AS-конфигурации одной ПЛИС приведена на рисунке.

Конфигурационный интерфейс состоит из четырех линий:

  • DCLK – тактовый вход,

  • DATA – serial data output – последовательный выход,

  • ASDI – AS data input – вход данных,

  • nCS – chip select – выбор кристалла.

После подачи питания (power-up), ПЛИС переходит в состояние POR (power on reset), в течение которого она находится в сбросе, удерживая на выводах nSTATUS и CONF_DONE низкий уровень (логический ноль). Все пользовательские выводы общего назначения (I/O) находятся в третьем состоянии. После состояния POR, которое длится 100 мс, ПЛИС выставляет высокий уровень на nSTATUS (точнее, высокий уровень формируется внешним подтягивающим резистором 10 кОм, а ПЛИС просто перестает удерживать вывод в нуле) и переходит состояние конфигурирования (configuration mode). Для генерации тактовых импульсов на выводе DCLK ПЛИС использует внутренний генератор. С помощью выводов MSEL можно выбрать частоту 20 МГц или 40 МГц. Вследствие вариаций техпроцесса производства ПЛИС на фабрике, температуры и напряжения питания, существует разброс реальной частоты тактовых импульсов, однако она никогда не превосходит номинальных указанных значений (см. таблицу).

В обоих режимах AS и Fast AS конфигурирующее устройство (serial configuration device, как правило микросхема флеш-памяти) защелкивает входной и контрольный сигналы (ASDI и nCS) на восходящем фронте DCLK, а выдает конфигурационные данные (линия DATA) на нисходящем фронте DCLK. ПЛИС жевыдает контрольные сигналы на нисходящем фронте DCLK, а защелкивает конфигурационные данные на восходящем фронте.

В состоянии конфигурирования ПЛИС включает конфигурирующее устройство (serial configuration device) подачей нуля на вывод nCS, выводы ASDO и DCLK используются для подачи команд и/или сигналов чтения по указанным адресам в этом устройстве (флеш-памяти).

После приема всех конфигурационных бит, ПЛИС выставляет единичное состояние на выводе CONF_DONE с помощью внешнего 10 кОм резистора и перестает выдавать импульсы тактовой частоты на выводе DCLK. После этого ПЛИС переходит в состояние инициализации.

В состоянии инициализации Cyclone II использует специальный тактовый сигнал, который может генерится либо внутренним генератором (отличным от того, который используется для AS-конфигурирования), либо подаваться на специальный вывод ПЛИС – CLKUSR. По умолчанию используется внутренний генератор. В этом случае Cyclone II обеспечивает генерацию достаточного количества тактовых импульсов, таким образом, вам не приходится подавать дополнительные тактовые импульсы на вывод CLKUSR, а сам вывод можно использовать как обычный пользовательский I/O вывод.

Если вы хотите создать задержку в инициализации ПЛИС, вы можете использовать вывод CLKUSR для подачи тактовых импульсов. Таким образом можно контролировать переход ПЛИС в состояние user mode. После завершения конфигурации и выставления сигнала CONF_DONE в высокое состояние, ПЛИС требуется 299 тактовых импульса для проведения процесса инициализации, при этом частота на CLKUSR не должна превышать 100 МГц.

Опционально возможно использование вывода INIT_DONE для сигнализации окончания процесса инициализации и старта состояния user mode. Это происходит путем перехода INIT_DONE из низкого состояния в высокое. Если вы используете этот вывод, необходимо осуществить его подтяжку к питанию через резистор 10 кОм. Если вы не используете вывод INIT_DONE, конец процесса инициализации можно отследить по окончанию 299 импульсов CLKUSR или по прошествию времени tCF2UM, если используется внутренний генератор.

Таким образом, по окончанию инициализации, ПЛИС переходит в состояние user mode (пользовательский режим), в котором ПЛИС начинает выполнять функции, предусмотренные запрограммированной конфигурацией. Вы можете провести реконфигурацию, если подадите на вывод nCONFIG сигнал низкого уровня не менее чем на 2 микросекунды. В этом случае ПЛИС перейдет в состояние сброса и начнется процесс конфигурации.

Если в процессе конфигурации произошла ошибка, ПЛИС выдаст на вывод nSTATUS сигнал низкого уровня, сигнал CONF_DONE также останется в нуле. Если включена опция Auto-restart configuration after error в среде Quartus II, ПЛИС произведет сброс конфигурирующего устройства (флеш) подачей на сигнал nCSO высокого уровня и повторит процесс конфигурации. Если опция Auto-restart configuration after error не включена, необходимо предусмотреть внешний контроль за выводом nSTATUS и подачей нулевого уровня на вывод nCONFIG на время не менее 2 микросекунд для рестарта конфигурации.

Программирование конфигурирующего устройства

Таким устройством является энергонезависимая флеш-память. Его можно запрограммировать используя программатор USB-Blaster™ or ByteBlaster™ II. Для этого вы можете использовать AS-интерфейс, во время процесса программирования программатор отключает доступ ПЛИС к интерфейсу AS путем удерживания вывода nCE в высоком состоянии. Также можно удерживать ПЛИС в сбросе путем подачи на вывод nCONFIG сигнала низкого уровня. Схему подключения программатора см. на рисунке.