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探索PSD813F2在FPGA配置中的应用毕业论文

2014-01-28 01:06

摘要：可编程外围器件PSD应用于单片机系统后，简化了单片机外围电路的设计，增加了系统的可靠性；利用PSD与单片机组成的系统，通过计算机串口对FPGA进行实时在线编程、仿真和配置。

关键词：可编程外围器件（PSD） 在应用可编程（IAP） 可编程门阵列（FPGA)


　　随着单片机的广泛应用，其性能不断提高，集成度也日益提高。然而，传统的单片机系统设计需要众多分离器件（如地址锁存器、译码器、RAM、EPROM、PLD等），使得系统复杂、可靠性低，并且调试繁琐、效率较低。可编程门阵列（FPGA）需要外置存储器，且配置存储器多为OTP型，价格较高；加之，利用FPGA的JTAG口配置FPGA距离有限，调试不甚方便。
　　本文主要介绍一种基于闪烁存储器的在线可编程微处理器外围器件PSD813F2组成的单片机系统，同时利用该系统配置FPGA。即通过计算机串口将FPGA（本文以Altera公司10K系列为例）设计在线下载到单片机系统，由PSD813F2配置FPGA，实现IAP（In Application Programming）的功能。
　　1 PSD813F2性能特点
　　PSD813F2是PSD（Programmable System Devices）家庭的新成员，是基于闪烁存储器的在线可编程外围器件。它将单片机系统所需的外围器件集成在一起，并能与单片机进行无缝连接，因而简化了调度，提高了可靠性；同时，它与当前流行的众多单片机有极简单的接口，便于实现简单、灵活的嵌入式设计；它还集成了优化的“微控制器宏单元”逻辑结构，使得系统地址/数据总线可以与内部寄存器直接互连，简化了控制总线的设计。此外，PSD813F2还具有以下一些特性：
　　①内部数据总线为8位，可方便地与各类8位单片机直接相连。如要与16位单片机相连，需用2片PSD813F2构成16位的多路复用接口，并且地址必须循环移位，以保证MCU工作时能同时正确接收不同PSD813F2 ROM中的信息。 中国大学排名
　　②内部包含1Mbit的大容量Flash ROM，这分为8个大小相同的块（如128K×8bit或64K×8bit），由用户规定的地址访问；另外还有256K的Flash OPT ROM及16KB的SRAM，其中SRAM可配置为2K×8bit或16K×1bit。
　　③内存（Flash ROM）或Flash OPT ROM可同时编程，即在执行来自一个存储器的代码时可同时对另一个存储器编程。
　　④带有16个输出宏单元和24个输入宏单元，能方便实现多种逻辑组合功能，包括内外的状态信号产生、地址译码等。
　　⑤带有27个可重建的I/O端口，可以用作不同的I/O端口，如单片机的I/O、PLD的I/O；最多可提供19个外部片选信号，其中16个I/O可配置为漏极输出。
　　⑥具有可编程电源管理功能（PMU），加之低功耗的CMOS技术，使得其工作时功耗很低；另外还具有自动检测控制器工作的功能，使之在不工作时将PSD转入低功耗状态。
　　由于PSD813F2具有以下特性，因而能方便实现I/O重建、扩展，并具有通过编程改变设计的灵活性，方便与各类不同单片机实现无缝连接。其内部框图如图1所示。
　　2 系统设计
　　整个设计是利用计算机将FPGA的相关设计经单片机传送存储器，由单片机配置PSD813F2，再由PSD813F2配置FPGA，实现IAP的功能，特别适于较远距离在线编程、仿真。另外，利用计算机的串行口可以与单片机进行较长距离的通信。
　　此外，由于PSD813F2片内有编程逻辑宏单元（CPLD），所以在MCU与PSD813F2之间不需要地址锁存器及外部程序存储器；并且PSD与LCD、FPGA的接口地直接用其PA、PB口连接，只需在软件设计和MCU程序中相应设计为I/O模式或地址锁存模式。
　　另外，FPGA的使用中通常需要时钟信号，并可能需用好几路同的时钟信号。在系统中采用ICS公司的ISC501倍频芯片，可实现2×～8×共8种倍频方式，最高可实现160MHz时钟；加之使用内部分频，可以满足多数设计需要。

　　3 MCU与PSD813F接口设计
　　PSD813F2具有大容量Flash ROM、16个输出宏单元和24个输入宏单元，因而在与单片机组成系统时很少需要外围分立器件，多数通过PSD813F2中的宏单元逻辑组合产生与单片机连接的地址总线、数据总线、控制总线；同时，通过内部的逻辑译码产生对3块独立存储区片选信号。另外，单片机与PSD813F2D内部宏单元的D触发器直通，使得设计计数器、外围逻辑控制极为方便。