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PSD813F2在FPGA配置中的應用
摘要：可編程外圍器件PSD應用于單片機系統后，簡(jiǎn)化了單片機外圍電路的設計，增加了系統的可靠性；利用PSD與單片機組成的系統，通過(guò)計算機串口對FPGA進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)編程、仿真和配置。隨著(zhù)單片機的廣泛應用，其性能不斷提高，集成度也日益提高。然而，傳統的單片機系統設計需要眾多分離器件（如地址鎖存器、譯碼器、RAM、EPROM、PLD等），使得系統復雜、可靠性低，并且調試繁瑣、效率較低�？删幊涕T(mén)陣列（FPGA）需要外置存儲器，且配置存儲器多為OTP型，價(jià)格較高；加之，利用FPGA的JTAG口配置FPGA距離有限，調試不甚方便。
本文主要介紹一種基于閃爍存儲器的在線(xiàn)可編程微處理器外圍器件PSD813F2組成的單片機系統，同時(shí)利用該系統配置FPGA。即通過(guò)計算機串口將FPGA（本文以Altera公司10K系列為例）設計在線(xiàn)下載到單片機系統，由PSD813F2配置FPGA，實(shí)現IAP（In Application Programming）的功能。
1 PSD813F2性能特點(diǎn)
PSD813F2是PSD（Programmable System Devices）家庭的新成員，是基于閃爍存儲器的在線(xiàn)可編程外圍器件。它將單片機系統所需的外圍器件集成在一起，并能與單片機進(jìn)行無(wú)縫連接，因而簡(jiǎn)化了調度，提高了可靠性；同時(shí)，它與當前流行的眾多單片機有極簡(jiǎn)單的接口，便于實(shí)現簡(jiǎn)單、靈活的嵌入式設計；它還集成了優(yōu)化的“微控制器宏單元”邏輯結構，使得系統地址/數據總線(xiàn)可以與內部寄存器直接互連，簡(jiǎn)化了控制總線(xiàn)的設計。此外，PSD813F2還具有以下一些特性：
①內部數據總線(xiàn)為8位，可方便地與各類(lèi)8位單片機直接相連。如要與16位單片機相連，需用2片PSD813F2構成16位的多路復用接口，并且地址必須循環(huán)移位，以保證MCU工作時(shí)能同時(shí)正確接收不同PSD813F2 ROM中的信息。
②內部包含1Mbit的大容量Flash ROM，這分為8個(gè)大小相同的塊（如128K×8bit或64K×8bit），由用戶(hù)規定的地址訪(fǎng)問(wèn)；另外還有256K的Flash OPT ROM及16KB的SRAM，其中SRAM可配置為2K×8bit或16K×1bit。
③內存（Flash ROM）或Flash OPT ROM可同時(shí)編程，即在執行來(lái)自一個(gè)存儲器的代碼時(shí)可同時(shí)對另一個(gè)存儲器編程。
④帶有16個(gè)輸出宏單元和24個(gè)輸入宏單元，能方便實(shí)現多種邏輯組合功能，包括內外的狀態(tài)信號產(chǎn)生、地址譯碼等。
⑤帶有27個(gè)可重建的I/O端口，可以用作不同的I/O端口，如單片機的I/O、PLD的I/O；最多可提供19個(gè)外部片選信號，其中16個(gè)I/O可配置為漏極輸出。
⑥具有可編程電源管理功能（PMU），加之低功耗的CMOS技術(shù)，使得其工作時(shí)功耗很低；另外還具有自動(dòng)檢測控制器工作的功能，使之在不工作時(shí)將PSD轉入低功耗狀態(tài)。
由于PSD813F2具有以下特性，因而能方便實(shí)現I/O重建、擴展，并具有通過(guò)編程改變設計的靈活性，方便與各類(lèi)不同單片機實(shí)現無(wú)縫連接。其內部框圖如圖1所示。
2 系統設計
整個(gè)設計是利用計算機將FPGA的相關(guān)設計經(jīng)單片機傳送存儲器，由單片機配置PSD813F2，再由PSD813F2配置FPGA，實(shí)現IAP的功能，特別適于較遠距離在線(xiàn)編程、仿真。另外，利用計算機的串行口可以與單片機進(jìn)行較長(cháng)距離的通信。
此外，由于PSD813F2片內有編程邏輯宏單元（CPLD），所以在MCU與PSD813F2之間不需要地址鎖存器及外部程序存儲器；并且PSD與LCD、FPGA的接口地直接用其PA、PB口連接，只需在軟件設計和MCU程序中相應設計為I/O模式或地址鎖存模式。
另外，FPGA的使用中通常需要時(shí)鐘信號，并可能需用好幾路同的時(shí)鐘信號。在系統中采用ICS公司的ISC501倍頻芯片，可實(shí)現2×～8×共8種倍頻方式，最高可實(shí)現160MHz時(shí)鐘；加之使用內部分頻，可以滿(mǎn)足多數設計需要。
系統設計框圖如2所示。
3 MCU與PSD813F接口設計
PSD813F2具有大容量Flash ROM、16個(gè)輸出宏單元和24個(gè)輸入宏單元，因而在與單片機組成系統時(shí)很少需要外圍分立器件，多數通過(guò)PSD813F2中的宏單元邏輯組合產(chǎn)生與單片機連接的地址總線(xiàn)、數據總線(xiàn)、控制總線(xiàn)；同時(shí)，通過(guò)內部的邏輯譯碼產(chǎn)生對3塊獨立存儲區片選信號。另外，單片機與PSD813F2D內部宏單元的D觸發(fā)器直通，使得設計計數器、外圍邏輯控制極為方便。
PSD813F2內部包含3塊并行、相互獨立的存儲器區，獨立或并行的單片機在任何時(shí)候都可以從一塊存儲器執行擦寫(xiě)另一塊存儲器的操作。這使得單片機能夠在執行程序期間，通過(guò)改變PSD內控制器的內容，而動(dòng)態(tài)改變程序和數據空間的地址范圍；同時(shí)，系統也能對邏輯資源、擴展輸入和輸出端口進(jìn)行編程，使系統具有實(shí)時(shí)ISP的能力。
4 PSD813F2與FPGA接口設計
PSD813F2可以配置Altera或Xilinx的FPGA（本文以Altera的為例）。Altera公司的EPF10K10/20是其萬(wàn)門(mén)級FPGA的代表，原來(lái)需要外置存儲器，且配置存儲器EPC1441是OTP型，
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