作者：清华大学电机工程与应用电子技术系 唐晓泉 黄益庄 来源：《电子产品世界》

基于sram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单元来保存字的配置数据决定了pld内部互连和功能，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，以便系统在适当的时候将其下载到pld中，从而实现在电路可重配置icr（in-circuit reconfigurability，在电路可重配置）。 如何实现icr？alter公司的应用方案an88中详细介绍一种基于ds87c520微控制器的isp&icr设计方法，并钭其源代码放在altera的网上，供用户免费下载。作者在设计一要求具有icr功能的电子装置时，在详细分析了an88介绍的方法之后，发现该应用方案中介绍的电路结构复杂，对微控制器性能及微控制器的开发装置的要求和成本都较高，且只适用于工作电压为5v的pld电路。本文介绍的是作者设计的pld icr控制电路，它和altera介绍的方法相比，不但线路结构简洁、开发容易、体积小、成本低，而且只需改变icr控制电路的电源电压，就能实现工作电压为3.3v或5v的pld器件的电路内重配置。 icr控制电路硬件原理 icr控制电路原理图如图1所示。图中的u1是icr控制电路的核心器件，它是philips公司在1999年底推出的20引脚低成本的微控制器p87lpc762，该微控制器具有2k字节的程序存储器、128字节的ram、18/15个i/o、watchdog、通用串行接口uart和一个硬件i2c总线控制器。p87lpc762采用的是80c51加速处理器结构，其指令和80c51兼容，但指令的执行速度在相同时钟下，是标准80c51微控制器的两倍。因它采用的是硬件i2c总线控制器节省大量的软硬件资源。u2、u3是atmel公司的串行eeprom at24c256，其串行通信协议为i2c，容量为32k字节。在电路中，u2和u3有来存储pld的配置数据。 icr控制电路的工作过程为：经maxplus ⅱ编译生产的pld配置文件经过预处理后，通过pc机的串行通讯口下载到u1中，并在u1的控制下存储在eeprom u2和u3中，u1再根据系统的要求通过p0.2、p0.3、p0.4、p0.6和p0.7等5个i/o口，将其存储在u2和u3中的pld配置数据下载到电路中的pld。 因作者设计电路中的pld是altera公司的acex系列的ep1k30，其配置文件的容量为52k字节，故电路中采用了两片at24c256存储pld的配置数据。如果配置的pld是epf10k10或epf10k20，则只需要一片at24c256，此时整个icr控制电路仅仅只有两片ic，这可以说它是目前结构最简单、成本最低的icr控制电路了。读者在应用该电路时，可根据其pld文件的大小（pld的配置文件的大小可参考alterr公司的应用方案an116）采用1～4片at24c256。 icr控制电路软件设计要点 在图1介绍的icr控制电路中，其存储pld配置数据的eeprom at24c256采用i2c串行总线进行数据交换，其数据交换速度较慢（当工作电压为5v时，其最大i2c总线时钟为1mhz），而pld配置数据又比较大，通常都在数十k字节以上。因此如何提高图1介绍的icr控制电路的配置速度，这将是软件设计上的一个重点。 altera公司生产且具有icr功能的pld器件有flex6000、flex10k、apex和acex系列，它们的配置方式可分为ps（无源串行）、pps（无源并行同步）、psa（无源并行异步）、psa（无源串行异步）和jtag（joint test action）等四种方式，在这四种方式，ps方式因pld与配置电路的互连最简单，对配置时钟的最小频率没有限制而应用最广泛，因此在图1介绍的icr控制电路中也采用ps配置方式来实现icr功能。图2是ps配置方式的时序图。 数据从at24c256读出时，可采用读当前地址、随机读和顺序读三种方式。这三种方式中，顺序读的最简单，速度最快，因为在同一片at24c256中，仅需要写入一次读命令就可以按顺序从0地址开始直至读完整片at24c256中的全部数据。at24c256顺序读的时序图如图3所示。 比较图2和图3，可以看出pld的ps配置时序图和at24c256顺序读时序图有很多相似之处，其唯一的差别在于：在ps配置方式中，其数据配置顺序是序列的最低位最先输入，而i2c总线读过程则是其序列的最高位最先输出，它们之间的输入和输出顺序刚好相反。如果将pld的配置文件通过一定的预处理，使其配置数据的最低位存储在eeprom的最高位上，则在配置过程中，从eeprom i2c总线上读出的