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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(tǒng)后，簡化了單片機外圍電路的設計，增加了系統(tǒng)的可靠性；利用PSD與單片機組成的系統(tǒng)，通過計算機串口對FPGA進行實時在線編程、仿真和配置。隨著單片機的廣泛應用，其性能不斷提高，集成度也日益提高。然而，傳統(tǒng)的單片機系統(tǒng)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(tǒng)復雜、可靠性低，并且調試繁瑣、效率較低。可編程門陣列（FPGA）需要外置存儲器，且配置存儲器多為OTP型，價格較高；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可編程微處理器外圍器件PSD813F2組成的單片機系統(tǒng)，同時利用該系統(tǒng)配置FPGA。即通過計算機串口將FPGA（本文以Altera公司10K系列為例）設計在線下載到單片機系統(tǒng)，由PSD813F2配置FPGA，實現(xiàn)IAP（In Application Programming）的功能。
1 PSD813F2性能特點
PSD813F2是PSD（Programmable System Devices）家庭的新成員，是基于閃爍存儲器的在線可編程外圍器件。它將單片機系統(tǒng)所需的外圍器件集成在一起，并能與單片機進行無縫連接，因而簡化了調度，提高了可靠性；同時，它與當前流行的眾多單片機有極簡單的接口，便于實現(xiàn)簡單、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(tǒng)地址/數(shù)據(jù)總線可以與內部寄存器直接互連，簡化了控制總線的設計。此外，PSD813F2還具有以下一些特性：
①內部數(shù)據(jù)總線為8位，可方便地與各類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工作時能同時正確接收不同PSD813F2 ROM中的信息。
②內部包含1Mbit的大容量Flash ROM，這分為8個大小相同的塊（如128K×8bit或64K×8bit），由用戶規(guī)定的地址訪問；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可同時編程，即在執(zhí)行來自一個存儲器的代碼時可同時對另一個存儲器編程。
④帶有16個輸出宏單元和24個輸入宏單元，能方便實現(xiàn)多種邏輯組合功能，包括內外的狀態(tài)信號產生、地址譯碼等。
⑤帶有27個可重建的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個外部片選信號，其中16個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，使得其工作時功耗很低；另外還具有自動檢測控制器工作的功能，使之在不工作時將PSD轉入低功耗狀態(tài)。
由于PSD813F2具有以下特性，因而能方便實現(xiàn)I/O重建、擴展，并具有通過編程改變設計的靈活性，方便與各類不同單片機實現(xiàn)無縫連接。其內部框圖如圖1所示。
2 系統(tǒng)設計
整個設計是利用計算機將FPGA的相關設計經單片機傳送存儲器，由單片機配置PSD813F2，再由PSD813F2配置FPGA，實現(xiàn)IAP的功能，特別適于較遠距離在線編程、仿真。另外，利用計算機的串行口可以與單片機進行較長距離的通信。
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，F(xiàn)PGA的使用中通常需要時鐘信號，并可能需用好幾路同的時鐘信號。在系統(tǒng)中采用ICS公司的ISC501倍頻芯片，可實現(xiàn)2×～8×共8種倍頻方式，最高可實現(xiàn)160MHz時鐘；加之使用內部分頻，可以滿足多數(shù)設計需要。
系統(tǒng)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個輸出宏單元和24個輸入宏單元，因而在與單片機組成系統(tǒng)時很少需要外圍分立器件，多數(shù)通過PSD813F2中的宏單元邏輯組合產生與單片機連接的地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線；同時，通過內部的邏輯譯碼產生對3塊獨立存儲區(qū)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(shù)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(qū)，獨立或并行的單片機在任何時候都可以從一塊存儲器執(zhí)行擦寫另一塊存儲器的操作。這使得單片機能夠在執(zhí)行程序期間，通過改變PSD內控制器的內容，而動態(tài)改變程序和數(shù)據(jù)空間的地址范圍；同時，系統(tǒng)也能對邏輯資源、擴展輸入和輸出端口進行編程，使系統(tǒng)具有實時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是其萬門級FPGA的代表，原來需要外置存儲器，且配置存儲器EPC1441是OTP型，
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