和器件的编程与配置

2．4　CPLD和FPGA器件的编程与配置

可编程逻辑器件在利用开发工具设计好应用电路后，要将该应用电路写入PLD芯片，将应用电路写入PLD芯片的过程称为编程，而对于FPGA器件来讲，由于其内容在断电后即丢失，因此，称为配置，但把应用电路写入FPGA的专用配置ROM仍称为配置。由于编程或配置一般是把数据由计算机写入PLD芯片，因此，也称为下载。要把数据由计算机写入PLD芯片，首先要把计算机的通信接口和PLD的编程或配置引脚连接起来，这些一般是通过下载线和下载接口来实现的，也有专用的编程器。

CPLD编程时主要考虑编程下载接口及其连接，而FPGA配置时除了考虑编程下载接口及其连接外，还要考虑配置器件问题。

2．4．1　CPLD和FPGA器件的下载接口

目前可用的下载接口有专用接口和通用接口、串行接口和并行接口之分。专用接口如Lattice早期的ISP接口（ispLSI1000系列）、Altera公司的PS接口等，通用接口如JTAG接口。串行接口和并行接口不仅针对PC机而言，对于PLD也是这样，显然，JTAG接口是串行接口。但在PLD内部，数据都是串行写入的，使用并行接口在PLD内部数据有一个并行格式转串行格式的过程，故串行接口和并行接口速度基本相同。

ALTERA的ByteBlaster接口是一个10芯的混合接口，有PS和JTAG两种模式，都是串行接口。接口信号排列如图2．4．1所示，名称如表2．4．1所示。

图2．4．1　ByteBlaster接口信号排列图

表2．4．1　ByteBlaster接口信号名称表

PLD芯片，尤其是FPGA芯片，其下载模式都有几种，分别对应于不同格式的数据文件，不同的配置模式又要有不同的接口，如Xilinx公司的FPGA器件有8种配置模式，Altera公司的FPGA器件有6种配置模式。配置模式的选择是通过FPGA器件上的模式选择引脚来实现的，Xilinx公司的FPGA器件有M0、M1、M2三只配置引脚，Altera公司的FPGA器件有MSEL0、MSEL1两只配置引脚。但各系列也有差别，设计时要查阅相关数据手册。

2．4．2　CPLD器件的下载接口及其连接

现在的CPLD器件基本上都采用ISP编程，大都可以利用JTAG接口下载。JTAG接口原是为BST设计的，后用于编程接口，形成了IEEE1532，对JTAG编程进行了标准化。JTAG编程接口减少了系统引出线，便于编程接口的统一。

JTAG编程接口使用JTAG引脚中的TCK、TMS、TDI、TDO来实现。

采用JTAG编程接口还可使用JTAG链接一次对多个CPLD器件进行编程。所谓JTAG链接实际上就是把一个器件的TDO接在后一个器件的TDI上，实现同时编程。

Lattice早期的ISP接口（ispLSI1000系列）也支持多器件下载。

以上具体连接电路可查阅相关公司的数据手册。

2．4．3　使用配置器件配置（重配置）FPGA器件

使用PC机可方便地对PLD实行配置，但每次上电都要重新配置，很费时，且有时是不可能的。这时，需要使用配置器件配置（重配置）FPGA器件。配置器件可以是PROM等存储器件（大多为串行接口），如PROM、EPROM、EEPROM等，如Altera公司的EPC系列器件，也可用单片机等对FPGA器件进行配置。下面对常见的5种配置方法进行比较。

（1）用OTP配置器件配置，只适用于工业化大生产。

（2）使用具备ISP功能的专用芯片配置，编程次数有限，成本较高，只适合科研等场合。

（3）使用AS模式可多次编程的专用芯片配置，可无限次编程，但品种有限。

（4）使用单片机配置，可用配置模式多，配置灵活，同时可解决设计的保密与升级问题，但容量有限，可靠性不高，适用于可靠性要求不高的场合。

（5）使用ASIC芯片配置，是目前较好的一种选择。

以上配置电路可参见有关专著和数据手册。