来源：单片机及嵌入式系统应用 作者：空军第六研究所 于开生 华讯集团 李东兵

摘要：介绍实现单片机与xilinx公司xc9500系列可编程逻辑器件的读写逻辑功能模块的接口设计，以及xilinx公司的xc9500系列可编程逻辑器件的开发流程。

关键词：复杂可编程逻辑电路 微处理器 在系统编程 现场可编程门阵列

1 概述

cpld（复杂可编程逻辑电路）是一种具有丰富的可编程i/o引脚的可编程逻辑器件，具有在系统可编程、使用方便灵活的特点；不但可实现常规的逻辑器件功能，还可实现复杂的时序逻辑功能。把cpld应用于嵌入式应用系统，同单片机结合起来，更能体现其在系统可编程、使用方便灵活的特点。cpld同单片机接口，可以作为单片机的一个外设，实现单片机所要求的功能。例如，实现常用的地址译码、锁存器、8255等功能；也可实现加密、解密及扩展串行口等单片机所要求的特殊功能。实现嵌入式应用系统的灵活性，也提高了嵌入式应用系统的性能。cpld（复杂可编程逻辑电路）是一种具有丰富的可编程i/o引脚的可编程逻辑器件，具有在系统可编程、使用方便灵活的特点；不但可实现常规的逻辑器件功能，还可实现复杂的时序逻辑功能。把cpld应用于嵌入式应用系统，同单片机结合起来，更能体现其在系统可编程、使用方便灵活的特点。cpld同单片机接口，可以作为单片机的一个外设，实现单片机所要求的功能。例如，实现常用的地址译码、锁存器、8255等功能；也可实现加密、解密及扩展串行口等单片机所要求的特殊功能。实现了嵌入式应用系统的灵活性，也提高了嵌入式应用系统的性能。

2 xilinx公司的可编程逻辑器件

xilinx公司的xc9500系列可编程逻辑器件是一款高性能、有特点的可编程逻辑器件。它的系统结构如图1所示。从结构上看，它包含三种单元：宏单元、可编程i/o单元和可编程的内部连线。它的主要特点是：

①高性能。在所有可编程引脚之间pin-pin延时5ns；系统的时钟速度可达到100mhz。

②容量范围大。xilinx公司的xc9500系列可编程逻辑器件的容量范围为36～288个宏单元；可用系统门为800～6400个。

③5v在系统可编程。可以编程10000次。

④具有强大的强脚锁定能力。

⑤每个宏单元都有可编程低功耗模式。

⑥没有用的引脚有编程接地能力。

xilinx的xc9500系列可编程逻辑器件的主要性能如表1所列。

3 cpld同单片机接口设计cpld同单片机接口原理如图2所示。

cpld同单片机接口设计中，单片机采用atmel公司的at89c52，cpld采用xilinx公司的xc95216。该cpld芯片结构及性能见图1和表1。at89c52通过ale、cs、rd、we、p0口（数据地址复用）同xc95216芯片相连接。

表1 xilinx xc9500t系列器件

项 目

xc9536

xc9572

xc95108

xc95144

xc95216

xc95288

寄存器/个

36

72

108

144

216

288

可用门数/个

800

1600

2400

3200

4800

6400

宏单元数/个

36

72

108

144

216

288

fpd/ns

5

7.5

7.5

7.5

10

10

tsu/ns

3.5

4.5

4.5

4.5

6.0

6.0

tco/ns

4.0

4.5

4.5

4.5

6.0

6.0

fcnt/mhz

100

125

125

125

111.1

111.1

fsystem/mhz

100

83.3

83.3

83.3

66.7

66.7注：fcnt=16位计数器最高工作频率；fsystem=整个系统的最高工作效率。

ale：地址锁存信号。

cs：片选信号。

rd：读信号。

wr：写信号。

ad0～ad7：数据地址复用信号。

本例的设计思想是，在xc95216设置两个控制寄存器，通过单片机对两个控制寄存器的读写来完成对其它过程的控制。

xc95216设置的两个控制寄存器，可以作内部寄存器，也可以直接是映射为i/o口。

4 cpld同单片机接口设置结果

本例中，使用xilinx公司提供的fundation ise 4.2i+modelsim 5.5f软件实现设计。实现设计的源文件模块如下