基于單片機12C5A60S2的FPGA的加載

楊婉

摘 要：目前絕大部分FPGA都是用SRAM構成邏輯函數發生器，因此需要外加專用配置芯片。上電時，由這個專用配置芯片把數據加載到FPGA中，然后FPGA就可以正常工作。本文采用STC深圳宏晶公司單片機12C5A60S2以PS模式對Altera公司的FLEX6000系列芯片EPF6016進行配置，軟件采用MAX+PLUS II。

關鍵詞：FPGA 單片機 SRAM

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）06（a）-0011-01

1 12C5A60S2的功能特點

12C5A60S2器件采用高性能的靜態80C51設計，可編程。芯片為1時鐘模式，其最大工作頻率為35 MHz。此芯片包含60 KB的Flash程序存儲器、1024字節RAM、32個I/O口、3個16位定時/計數器、6中斷源-4中斷優先級-嵌套的中斷結構、2個增強型UART。它頻率范圍寬，具有空閑模式和掉電模式兩種節電模式。12C5A60S2的Flash存儲器可在板編程ISP，EPF6016芯片的配置信息可存儲于12C5A60S2的Flash存儲器中，也可采用外配串行EEPROM 24C512使用更加方便。

2 配置原理和配置文件

FPGA的加載主要通過被動串行加載模式，主動串行加載模式，被動并行加載模式和邊界掃描加載模式。所有的FPGA芯片都有三個或四個加載模式配置管腳，通過配置來選取不同的加載模式。FPGA的配置文件在MAX+PLUS II編譯時自動生成。用12C5A60S2來配置FPGA，需將引導配置代碼（.hex文件）和FPGA的配置數據（.hex文件）一起通過編程器寫入12C5A60S2或通過編程器將數據寫入24C512經由單片機對FPGA進行編程。

本硬件設計不適用單片機的RXD，TXD管腳，轉而使用任意I/O，可留出RXD，TXD做串口通訊之用，FPGA配置信息存儲在外配24C512中，如此可通過更換24C512芯片，變化FPGA的芯片功能。

3 軟件設計

下面給出用匯編語言編寫的程序（核心內容）：

NSTATUS BIT P1.0 CONFIG-DONE BIT P1.1 ADATA BIT P3.2

DCLK BIT P3.3 NCONFIG BIT P3. SDA BIT P1.6

SCL BIT P1.7 INDI BIT P1.3 LED-LAMP BIT P3.1

ORG 0000H； MEMORY RESET SETB SDA；

MEMORY RESET SETB SCL MOV R0，#10H

XLK： CLR SCL NOP NOP SETB SCL NOP DJNZ R0，XLK

ALK： CLR SCL NOP NOP SETB SCL； GIVE A RISING TO EEPROM NOP NOP JB SDA，SLK； IT IS SATISFIED FOR SDA=1

WHEN SCL=1 LJMP ALK

；INITIAL TO READ EEPROM， PREPARE TO RANDOM READ ONE WORDS

CNTER：LCALL START

MOV A，#10100010B； SHIFT OUT DEVICE ADDRESS WRITE

LCALL SHOUT

LOKED：JZ LOKED； IF IT IS ZERO THE PROGRAMME WILL STOP HERE

DEC A

MOV 30H，A； SAVE THE COUNTER VALUE TO RAM 30H

；WRITE BACK THE DECREASED VALUE

MOV DPTR，#0FFF0H

MOV B，A

LCALL WRITE

INI： CLR P1.2

CLR DCLK

CLR ADATA

CLR P3.5

SETB SCL

MOV R0，#10H

XAA： CLR SCL

NOP

NOP

SETB SCL

NOP

DJNZ R0，XAA

AGA： CLR SCL

NOP

NOP

SETB SCL； GIVE A RISING TO EEPROM

NOP

NOP

JB SDA，SAT； IT IS SATISFIED FOR SDA=1 WHEN SCL=1

LJMP AGA

SAT： LCALL START； NOW RESET FINISHED

；WHEN SCL=1 GIVE SDA A FALLING EDGE

；START CONDITION HAS FINISHED

；EXIT WITH SDA=0 SCL=0

； INITIAL TO READ EEPROM， PREPARE TO SEQUENCIAL READ

MOV A，#10100010B； SHIFT OUT DEVICE ADDRESS WRITE

LCALL SHOUT

MOV A，#00H； HIGH BYTE ADDRESS

LCALL SHOUT

MOV A，#00H； LOW BYTE ADDRESS

LCALL SHOUT； THIS IS DUMMY WRITE

………………………………………………………………………….

SERSD：RRC A

MOV ADATA，C； LSB PRESENT FIRST BIT 0

SETB DCLK

CLR DCLK

RRC A

SETB DCLK

………………………………………………………………………….

CLR DCLK

RET END

4 結語

用12C5A60S2單片機外配24C512串行EEROM來配置FPGA，較之于EPC1441PC8配置芯片，具有經濟，可重復編程的優點。同時由于單片機可加入按鍵，通訊接口等功能，可在不斷電的情況下實現在線的重配及參數修改，增強了系統功能。FPGA的高速性和單片機的智能性達到完美結合。

參考文獻

[1] 楊曉慧，楊旭.FPGA系統設計與實例[M].人民郵電出版社，2010（1）.

[2] 華清遠見嵌入式培訓中心.FPGA應用開發入門與典型實例[M].人民郵電出版社，2008（7）.endprint