基于单片机12C5A60S2的FPGA的加载

杨婉

摘 要：目前绝大部分FPGA都是用SRAM构成逻辑函数发生器，因此需要外加专用配置芯片。上电时，由这个专用配置芯片把数据加载到FPGA中，然后FPGA就可以正常工作。本文采用STC深圳宏晶公司单片机12C5A60S2以PS模式对Altera公司的FLEX6000系列芯片EPF6016进行配置，软件采用MAX+PLUS II。

关键词：FPGA 单片机 SRAM

中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）06（a）-0011-01

1 12C5A60S2的功能特点

12C5A60S2器件采用高性能的静态80C51设计，可编程。芯片为1时钟模式，其最大工作频率为35 MHz。此芯片包含60 KB的Flash程序存储器、1024字节RAM、32个I/O口、3个16位定时/计数器、6中断源-4中断优先级-嵌套的中断结构、2个增强型UART。它频率范围宽，具有空闲模式和掉电模式两种节电模式。12C5A60S2的Flash存储器可在板编程ISP，EPF6016芯片的配置信息可存储于12C5A60S2的Flash存储器中，也可采用外配串行EEPROM 24C512使用更加方便。

2 配置原理和配置文件

FPGA的加载主要通过被动串行加载模式，主动串行加载模式，被动并行加载模式和边界扫描加载模式。所有的FPGA芯片都有三个或四个加载模式配置管脚，通过配置来选取不同的加载模式。FPGA的配置文件在MAX+PLUS II编译时自动生成。用12C5A60S2来配置FPGA，需将引导配置代码（.hex文件）和FPGA的配置数据（.hex文件）一起通过编程器写入12C5A60S2或通过编程器将数据写入24C512经由单片机对FPGA进行编程。

本硬件设计不适用单片机的RXD，TXD管脚，转而使用任意I/O，可留出RXD，TXD做串口通讯之用，FPGA配置信息存储在外配24C512中，如此可通过更换24C512芯片，变化FPGA的芯片功能。

3 软件设计

下面给出用汇编语言编写的程序（核心内容）：

NSTATUS BIT P1.0 CONFIG-DONE BIT P1.1 ADATA BIT P3.2

DCLK BIT P3.3 NCONFIG BIT P3. SDA BIT P1.6

SCL BIT P1.7 INDI BIT P1.3 LED-LAMP BIT P3.1

ORG 0000H； MEMORY RESET SETB SDA；

MEMORY RESET SETB SCL MOV R0，#10H

XLK： CLR SCL NOP NOP SETB SCL NOP DJNZ R0，XLK

ALK： CLR SCL NOP NOP SETB SCL； GIVE A RISING TO EEPROM NOP NOP JB SDA，SLK； IT IS SATISFIED FOR SDA=1

WHEN SCL=1 LJMP ALK

；INITIAL TO READ EEPROM， PREPARE TO RANDOM READ ONE WORDS

CNTER：LCALL START

MOV A，#10100010B； SHIFT OUT DEVICE ADDRESS WRITE

LCALL SHOUT

LOKED：JZ LOKED； IF IT IS ZERO THE PROGRAMME WILL STOP HERE

DEC A

MOV 30H，A； SAVE THE COUNTER VALUE TO RAM 30H

；WRITE BACK THE DECREASED VALUE

MOV DPTR，#0FFF0H

MOV B，A

LCALL WRITE

INI： CLR P1.2

CLR DCLK

CLR ADATA

CLR P3.5

SETB SCL

MOV R0，#10H

XAA： CLR SCL

NOP

NOP

SETB SCL

NOP

DJNZ R0，XAA

AGA： CLR SCL

NOP

NOP

SETB SCL； GIVE A RISING TO EEPROM

NOP

NOP

JB SDA，SAT； IT IS SATISFIED FOR SDA=1 WHEN SCL=1

LJMP AGA

SAT： LCALL START； NOW RESET FINISHED

；WHEN SCL=1 GIVE SDA A FALLING EDGE

；START CONDITION HAS FINISHED

；EXIT WITH SDA=0 SCL=0

； INITIAL TO READ EEPROM， PREPARE TO SEQUENCIAL READ

MOV A，#10100010B； SHIFT OUT DEVICE ADDRESS WRITE

LCALL SHOUT

MOV A，#00H； HIGH BYTE ADDRESS

LCALL SHOUT

MOV A，#00H； LOW BYTE ADDRESS

LCALL SHOUT； THIS IS DUMMY WRITE

………………………………………………………………………….

SERSD：RRC A

MOV ADATA，C； LSB PRESENT FIRST BIT 0

SETB DCLK

CLR DCLK

RRC A

SETB DCLK

………………………………………………………………………….

CLR DCLK

RET END

4 结语

用12C5A60S2单片机外配24C512串行EEROM来配置FPGA，较之于EPC1441PC8配置芯片，具有经济，可重复编程的优点。同时由于单片机可加入按键，通讯接口等功能，可在不断电的情况下实现在线的重配及参数修改，增强了系统功能。FPGA的高速性和单片机的智能性达到完美结合。

参考文献

[1] 杨晓慧，杨旭.FPGA系统设计与实例[M].人民邮电出版社，2010（1）.

[2] 华清远见嵌入式培训中心.FPGA应用开发入门与典型实例[M].人民邮电出版社，2008（7）.endprint