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1 引言 ACEX 1K系列器件是Altera公司近期推出的新型CPLD產品。該器件基于SRAM，結合查找表（LUT）和嵌入式陣列塊（EAB）提供了高密度結構，可提供10 000到100 000可用門，每個嵌入式陣列塊增加到16位寬可實現雙端口，RAM位增加到49125個。其多電壓引腳可以驅動2.5V、3.3V、5.0V器件，也可以被這些電壓所驅動；雙向I/O引腳執行速度可達250MHz。該器件還應用Altera專利技術進行了重要的生產改進，進一步降低了器件的成本，提高了產品的性能價格比。因此,ACEX 1K器件可用來實現許多邏輯復雜、信息量大的系統。但是在器件操作過程中，ACEX 1K系列器件的配置數據存儲在SRAM單元中，由于SRAM的易失性，配置數據在每次上電時必須被重新載入SRAM。 2 配置ACEX 1K系列器件三種方法的比較 對于ACEX 1K系列器件，目前實現加載的方法有以下3種：①采用PROM并行加載；②采用單片機控制實現加載；③通過JTAG口直接一次性實現編程數據加載。第一種方式需要占用較多的CPLD管腳資源，雖然這些資源在加載完成后可用作一般的I/O口，但在加載時不允許這些管腳有其他任何外來信號源；另外數據存儲在PROM與CPLD之間的大量固定連線,如8位數據線以及大量訪問PROM的地址線等，使得PCB板設計不便。但是這種方式有一個好處，即PROM的容量較大、容易購置、價格低、技術支持（編程器）較好。第二種方式采用單片機控制，由PROM中讀取并行數據，然后串行送出。由于涉及到單片機編程，對于開發者來說較為不便；另外，如果單片機僅用來實現該任務，較為浪費硬件資源。CPLD的一個最大優點是采用計算機專用開發工具，通過JTAG口直接一次性實現編程數據加載，但是由于ACEX 1K器件SRAM的易失性使數據無法永久保存，為調試帶來很大的不便，特別是從事野外作業者。 目前，Altera公司推出了相應的配置器件。在CPLD器件配置過程中，配置數據存儲在配置器件的EPROM中，通過配置器件內部振蕩器產生的時鐘控制數據輸出。本文以20腳EPC2器件（以下簡稱EPC2）為例闡述配置器件與ACEX 1K系列器件的連接。 3 EPC2器件簡介 EPC2具有Flash配置存儲器,可用來配置5.0V、3.3V、2.5V器件。通過內置的IEEE Std. 1149. 1 JTAG接口EPC2可以在5.0V和3.3V電壓下進行在系統編程（ISP）。 系統編程后，調入JTAG配置指令初始化ACEX 1K器件。EPC2的ISP能力使ACEX 1K器件的初始和更新更容易。當用EPC2配置ACEX 1K器件時，在配置器件的內部發生帶電復位延遲，最大值為200ms。Alterat公司的QuartusⅡ和MAX+PLUSⅡ軟件均支持配置器件的編程，設計中軟件自動為每一個配置器件產生POF。多器件設計中，對于多個ACEX 1K器件，軟件可以將編程文件與一個或多個配置器件聯合。軟件允許用戶選擇適當的配置器件更充分地儲存每一個ACEX 1K器件的配置數據。EPC2器件用于與ACEX 1K器件連接的引腳功能見表1。 4 器件連接及工作原理 當用一片EPC2配置ACEX 1K器件時，EPC2的控制信號nCS、OE、DCLK直接和ACEX 1K系列器件的控制信號連接。圖1給出了ACEX 1K器件和一片EPC2的連接關系。 EPC2的nCS和OE引腳控制DATA輸出引腳的三態緩沖器，使能地址計數器和EPC2的振蕩器。nCS引腳控制配置器件的輸出。當OE引腳接低電平時，不論nCS為何狀態，地址計數器復位，DATA引腳輸出為高阻狀態。當OE引腳接高電平時，如果nCS保持高電平，則計數器停止計數，DATA引腳保持高阻狀態；如果nCS接低電平，則計數器和DATA引腳正常工作。EPC2允許用戶將nINIT_CONF引腳與PLD器件的nCONFIG引腳相連來初始化PLD器件的配置。EPC2的DATA引腳與ACEX 1K系列器件的DATA0或DATA引腳相連。存儲在EPC2器件中的數據在其內部時鐘的控制下順序輸出到DATA腳，然后在控制信號的控制下輸出到CPLD器件的DATA0或DATA引腳。當配置數據的大小超過一片EPC2的容量時，可以采用多片級聯的方法。這時候器件的nCASC和nCS引腳做器件間的握手信號。器件連接如圖1虛線所示。 用級聯EPC2 配置ACEX 1K器件時，EPC2的操作與其在級聯鏈中的位置有關。當級聯鏈中的第一個即主EPC2加電或復位，且nCS腳為低電平時，主EPC2控制配置進行。配置過程中主EPC2向其后的從屬EPC2和CPLD器件提供所有的時鐘脈沖，并向PLD器件提供第一個數據流。當主EPC2中配置數據發送完畢，器件的nCASC腳變為低電平，使第一個從屬EPC2的nCS腳變為低電平，從而使從屬EPC2向外發送配置數據。每一片EPC2中數據全部輸出且nCASC引腳為低電平時，器件的DATA引腳置為高阻狀態以避免和其他配置器件發生競爭。一旦所有的配置數據傳送完畢，且基于查找表的CPLD器件的CONF_DONE腳驅動主EPC2的nCS腳為高電平，主EPC2器件將額外增加16個時鐘周期來初始化CPLD器件。隨后主EPC2器件進入空閑狀態。當需要另外加入EPC2器件時，可以將欲加入的EPC2的nCASC引腳和級聯鏈中的從屬EPC2的nCS相連，DCLK、DATA和OE引腳并聯。 5 結論 從上述的闡述中，我們可以看到：采用Altera公司的專用配置器件加載數據時，配置器件與CPLD之間的接口線非常少，且直接連接不需要外加智能控制器；通過器件內置JTAG口能夠將數據一次性寫入EPROM中加以保存，而且當CONFIG數據量較大時，可以采用多片級聯；器件可多次寫入，當需要下載新數據時不需事先擦除器件中原有數據，只需將新數據直接寫入即可。由此可見采用配置器件加載數據方便、可靠、易學易用。 |
