PS配置方式分析
配置方式分為主動(dòng)、被動(dòng)以及邊界掃描配置方式。我們主要討論被動(dòng)配置方式，被動(dòng)配置方式又可分為被動(dòng)串行(PS)、被動(dòng)異步串行(PSA)、被動(dòng)同步并行(PPS)和被動(dòng)異步并行(PPA)。無(wú)論哪種方式均是由配置器件控制配置時(shí)序，并在控制信號(hào)的作用下向目標(biāo)器件傳送串行/并行數(shù)據(jù)流。不同的配置方式有不同的配置時(shí)序，可針對(duì)不同系列的CPLD器件。
對(duì)于FLEX10系列芯片，比較常用的是采用PS方式進(jìn)行配置，PS方式配置時(shí)的管腳及控制信號(hào)的功能如下：
MSEL1, MSEL0： 選擇配置方式。均接地，為PS方式。
CONF_DONE： 此信號(hào)需經(jīng)1K電阻上拉。配置過(guò)程中，10K電阻將此信號(hào)拉低,成功配置完畢后,芯片釋放端口，由上拉電阻將其電平抬高。
nSTATUS： 配置狀態(tài)的監(jiān)測(cè)信號(hào)。此信號(hào)需經(jīng)1K電阻上拉。配置過(guò)程中，出現(xiàn)低電平表明配置過(guò)程出現(xiàn)錯(cuò)誤，需重新配置。
DATA0：串行配置數(shù)據(jù)流的輸入。
DCLK：串行配置的時(shí)鐘輸入,用于鎖存外部數(shù)據(jù)。
NCONFIG：?jiǎn)?dòng)配置的信號(hào)。
被動(dòng)串行工作過(guò)程：當(dāng)NCONFIG產(chǎn)生下降沿脈沖時(shí)啟動(dòng)配置過(guò)程。在DCLK出現(xiàn)上升沿時(shí)，芯片將一位數(shù)據(jù)傳入內(nèi)部,直至所有數(shù)據(jù)都被移入。在配置過(guò)程中,系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤，NSTATUS被拉低,系統(tǒng)必須能識(shí)別這個(gè)信號(hào),并重新啟動(dòng)配置過(guò)程。配置數(shù)據(jù)全部正確的移入芯片內(nèi)部后，CONF_DONE信號(hào)跳變?yōu)楦?此后，DCLK必須再提供10個(gè)周期的時(shí)鐘，確保芯片被正確初始化，進(jìn)入用戶(hù)工作模式。時(shí)序圖如圖1。

配置文件的異同
用ALTERA的MAX+PLUS II或Qnaitus開(kāi)發(fā)工具對(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目進(jìn)行編譯后，會(huì)產(chǎn)生幾種配置或編譯文件，用于不同配置方式的配置系統(tǒng)。而對(duì)于不同系列的目標(biāo)器件，配置數(shù)據(jù)的大小也不同。每種文件都可以從另外一種文件生成，搞清楚各種文件的異同對(duì)于上電配置是非常關(guān)鍵的。
* SRAM目標(biāo)文件(.Sof)：用于PS方式，直接配置目標(biāo)器件，文件中前81字節(jié)為頭信息，為ASIIC代碼記錄用戶(hù)的使用信息。其它文件都是從SOF文件中生成的，在數(shù)據(jù)流的格式和用途上有所區(qū)別。
*編程目標(biāo)文件(.pof)：用作配置文件裝入配置器件(如EPC2、EPC1、EP1441)中。
*二進(jìn)制文件(.rbf)：包含全部配置數(shù)據(jù)，用于微處理器做配置時(shí)的數(shù)據(jù)流，rbf 文件決定了配置該器件所需數(shù)據(jù)量的大小。
*文本文件(.Ttf)：包含全部配置數(shù)據(jù)，用于微處理器做配置時(shí)的數(shù)據(jù)流。Ttf文件存放了最原始的配置數(shù)據(jù),即數(shù)據(jù)不含有任何附加的文件格式(頭尾標(biāo)識(shí)字節(jié)),可以直接復(fù)制到單片機(jī)程序最后,用偽指令DB做成數(shù)據(jù)表TAB，配合指令MOV DPTR,#TAB和MOVC A,@A+DPTR 進(jìn)行查表取數(shù)據(jù)。
* HEX文件(.hex)： Intel 16進(jìn)制格式下為ASCII文件。包含全部配置數(shù)據(jù)，用于微處理器做配置時(shí)的數(shù)據(jù)流。第一行為７個(gè)字節(jié)的頭信息，每一行開(kāi)頭４個(gè)字節(jié)，結(jié)尾1個(gè)字節(jié)，為標(biāo)識(shí)字節(jié)，中間部分與*.ttf的數(shù)據(jù)相同，為有用的配置數(shù)據(jù)。最后一行是４個(gè)字節(jié)的尾信息。

用單片機(jī)配置的設(shè)計(jì)思路
和實(shí)現(xiàn)
把配置管腳與單片機(jī)的I/O口(如P1口)相連，對(duì)單片機(jī)編程仿真PS方式配置時(shí)序，由于配置數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量較大，可將其存入外部ROM，在這里選用ATMEL的AT24C256串行EEPROM，體積小(8PIN)存儲(chǔ)量大(256K bit)，可重復(fù)擦寫(xiě)1000K次以上。
在實(shí)際使用中，把配置板插在PS方式下載線(xiàn)的十針插頭上，所以配置板的電源由目標(biāo)板提供，由于不同的系統(tǒng)采用的電壓不同，所以要求配置板必須可以適應(yīng)多電壓。所以要求我們選取的單片機(jī)和串行EEPROM必須支持多電壓工作。
在配置過(guò)程中，單片機(jī)必須嚴(yán)格控制信號(hào)的時(shí)序。nCONFIG的啟動(dòng)低脈沖寬度至少為2ms。
DCLK的第一個(gè)上升沿在nCONFIG的上升沿后延遲5ms。DCLK的周期至少為60ms。
以同樣原理還可以同時(shí)配置多個(gè)目標(biāo)器件,原理圖如圖3。
第一個(gè)器件的信號(hào)nCEo,在配置完畢后跳變?yōu)榈?從而激活第二個(gè)器件。所有待配置器件的CONF_DONE需連接在一起,使所有器件同時(shí)初始化完畢,同時(shí)進(jìn)入用戶(hù)模式。

設(shè)計(jì)優(yōu)化
實(shí)驗(yàn)過(guò)程中我們用80C51系列的單片機(jī)，但它體積大,不適合代替專(zhuān)用芯片用于設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品中，而且80C51單片機(jī)不支持多電壓運(yùn)行。綜合考慮后，我們選用MSP430系列的F1121型單片機(jī)，它是一種FLASH型超低功耗16位單片機(jī)，20個(gè)管腳，表貼封裝，體積非常小，內(nèi)部具有數(shù)控晶振,看門(mén)狗定時(shí)器, 不用附加任何外圍電路即可工作，有效的節(jié)省了配置電路板的面積，且在體積減小的同時(shí)資源卻比80C51單片機(jī)豐富，帶有3個(gè)捕捉/比較寄存器的16位定時(shí)器，2個(gè)具有中斷功能的8位并行端口,4KB ROM, 256B RAM。F1121單片機(jī)支持多電壓工作，可以使配置板適應(yīng)不同的電壓。F1121的FLASH型主存儲(chǔ)器，通過(guò)JTAG控制器可以實(shí)現(xiàn)程序代碼的下載，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行控制和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行觀察與修改，方便、直觀。

結(jié)語(yǔ)
我們最終設(shè)計(jì)的配置板PCB尺寸為2cm×3cm，根據(jù)要配置的CPLD的型號(hào)(即容量)來(lái)選取容量適中的EEPROM，由于MSP430單片機(jī)和EEPROM工作電壓范圍很寬，配置板可以支持5V和3.3V系統(tǒng)的配置。通過(guò)我們對(duì)Altera不同型號(hào)芯片和不同電壓系統(tǒng)的試驗(yàn)，我們開(kāi)發(fā)的配置板完全可以在不改動(dòng)原有電路的基礎(chǔ)上對(duì)Altera的配置器件進(jìn)行無(wú)縫替代。目前，已有很多人使用過(guò)我們的配置板，對(duì)于不同型號(hào)的芯片和不同電壓的系統(tǒng)都達(dá)到了成功配置?！?/P>

參考文獻(xiàn)：
1. ALTERA Digital Library 2000 Version 6.
2. MSP430系列FLASH型超低功耗16位單片機(jī) 北京航天航空大學(xué)出版社 胡大可.

圖1 PS方式配置時(shí)序圖

圖2 配置單個(gè)器件

圖3 配置多個(gè)器件