基于单片机的复杂可编程逻辑器件快速配置方法

摘要：介绍基于SRAM的可重配置CPLD的原理，通过对多种串行配置的比较，提出了由单片机和FLASH存储器组成的串行配置方式，并从系统复杂度、可靠性和经济性等方面进行了比较和分析。
关键词：复杂可编程逻辑器件 静态随机存储器 被动串行
基于SRAM（静态随机存储器）的可重配置PLD（可编程逻辑器件）的出现，为系统设计者动态改变运行电路中PLD的逻辑功能创造了条件。PLD使用SRAM单元来保存配置数据。这些配置数据决定了PLD内部的互连关系和逻辑功能，改变这些数据，也就改变了器件的逻辑功能。由于SRAM的数据是易失的，因此这些数据必须保存在PLD器件以外的EPROM、EEPROM或FLASH ROM等非易失存储器内，以便使系统在适当的时候将其下载到PLD的SRAM单元中，从而实现在电路可重配置ICR（In-Circuit Reconfigurability）。
本文介绍笔者设计的PLD ICR控制电路，它不但线路结构简洁、开发容易、体积小、成本低，并且在图2介绍的ICR控制电路中，其存储PLD配置数据的FLASH存储器采用并行总线，交换速度较快。然而PLD配置数据较大，通常都在数十千字节以上。如何提高图2介绍的ICR控制电路的配置速度，使系统上电后的最短的时间内完成配置而进入正常工作状态，软件设计上的一个重点。


1 基于SRAM的可重配置CPLD的结构与原理
早期的可编程逻辑器件大多采用紫外线可擦除只读存储器（EPROM）和电可擦除只读存储器（EEPROM）方式。如GAL系列、EPF7064、EPF7128等。由于其结构简单、规模小，只能完成简单数字逻辑功能。此后，出现了一类结构上稍复杂的基于SRAM存储器的可编程芯片，即复杂可编程逻辑器件（CPLD），它能完成各种数字逻辑功能。
采用这些结构的可编程逻辑器件有ALTERA公司的FLEX、ACEX、APEX系列，XILINX公司的Spartan、Virtex系列。多年来，ALTERA公司一直致力于CPLD的开发。近几年，该公司又推出了很有竞争力的CPLD器件，即灵活的逻辑单元阵列的FLEX（Flexible Logic Element Matrix）系列产品。相对于其它一些厂家的FPGA产品来说，ALTERA公司的FLEX系列产品有其独特之处。这主要表现在高密度、在线配置功能、高速度和连续式布线结构等方面。
查找表LUT（Look-Up-Table）是基于SRAM的可重配置PLD的一个重要组成部分，LUT本质上就是一个RAM。目前CPLD中多使用4输入的LUT，所以每一个LUT可以看成个有4位地址线的16