實(shí)例講解:FPGA芯片在編程器燒錄器中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間:2015-09-17 責(zé)任編輯:susan
【導(dǎo)讀】FPGA的IO可編程給邏輯以及PCB設(shè)計(jì)帶來(lái)了一定的靈活性和獨(dú)立性。FPGA在編程器的硬件操作當(dāng)中,扮演著“千手觀音”的角色,為邏輯設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)鋪路架橋,靈活實(shí)現(xiàn)各種功能。
FPGA是一種“半定制”的芯片,其中一個(gè)特性就是IO口可編程,這個(gè)特性對(duì)編程器能與各類(lèi)封裝芯片互連有很大幫助作用。
MCU的管腳功能都是固定的,與外部接口通常使用IO口或者總線連接。普通IO口其實(shí)本質(zhì)就是寄存器,這些寄存器都有一個(gè)相應(yīng)的地址,操作IO口就是操作寄存器;片內(nèi)外設(shè)相對(duì)來(lái)說(shuō),是一個(gè)具有特定功能模塊,其內(nèi)部包含多個(gè)寄存器控制不同的功能執(zhí)行,但是這些寄存器也有固定的地址。通過(guò)存儲(chǔ)器映射的方式,把片內(nèi)外設(shè)和CPU連接起來(lái),組成一個(gè)系統(tǒng)。
值得注意的是,這些片內(nèi)外設(shè)對(duì)外接口都是連接固定的管腳,如果要對(duì)這些外設(shè)控制完成特定的功能設(shè)計(jì),實(shí)質(zhì)上已經(jīng)隱含了對(duì)這些管腳控制了。比如說(shuō),MUC的IIC接口的SCK和SDA分配在99和100腳,那么所有IIC接口的存儲(chǔ)芯片都必須與這兩個(gè)腳連接,如圖1所示。
圖1 請(qǐng)排好隊(duì)列
各類(lèi)需要編程的芯片如果要與MCU連接,就必須與之對(duì)應(yīng)的接口連接,對(duì)于復(fù)雜腳多的芯片,這對(duì)PCB的布局布線有很大的局限性和挑戰(zhàn)性。
FPGA就以靈活性見(jiàn)長(zhǎng),可編程IO就是其中的一個(gè)重要功能??删幊蘄O給PCB的設(shè)計(jì)帶來(lái)靈活性,可以簡(jiǎn)化PCB的布局布線,并且在設(shè)計(jì)的過(guò)程中,還可以根據(jù)走線的走向更改管腳的連接。另外,在FPGA內(nèi)部邏輯設(shè)計(jì)過(guò)程中,可以先把功能模塊設(shè)計(jì)與管腳分配兩步獨(dú)立開(kāi)來(lái),先完成內(nèi)部邏輯功能之后,再根據(jù)實(shí)際情況分配管腳。因此,可編程IO給FPGA邏輯設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的靈活性和獨(dú)立性,其在這個(gè)環(huán)節(jié)中充當(dāng)一個(gè)“千手觀音”的角色,為邏輯設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)鋪路架橋,如圖2所示。
圖2 可編程IO示意圖
實(shí)際FPGA內(nèi)部并不像圖2那么簡(jiǎn)單,這里只是為了形象說(shuō)明可編程IO可以使內(nèi)部邏輯和PCB可以相對(duì)獨(dú)立設(shè)計(jì)。對(duì)于同類(lèi)接口,不必因?yàn)镻CB改變而更改時(shí)序邏輯,只需要更改引腳分配,大大簡(jiǎn)化了PCB的布線難度。
FPGA被稱(chēng)為“千手觀音”僅僅是數(shù)量多、動(dòng)作靈活嗎?他還有更強(qiáng)大的功能,就是內(nèi)部邏輯可編程。
在最初的電路設(shè)計(jì)當(dāng)中,F(xiàn)PGA并沒(méi)有實(shí)際的電路,只有完成了設(shè)計(jì)之后才有某種特定的功能電路。這種結(jié)構(gòu)含有以下特性:
1、在理想情況下,可以實(shí)現(xiàn)多種接口;
2、可以實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)序,兼容更多芯片;
3、資源可重復(fù)利用,在某時(shí)間段,只需要一個(gè)接口邏輯,節(jié)省FPGA資源和配置器件的存儲(chǔ)空間。
相對(duì)地,如果用MCU來(lái)實(shí)現(xiàn),則有以下缺點(diǎn):
1、 如果MCU沒(méi)有相應(yīng)的接口,將難以實(shí)現(xiàn)與含有該接口的存儲(chǔ)芯片通信(可能會(huì)用IO模擬);
2、 即使接口相同,由于功能基本固定,面對(duì)一些特殊的芯片,將力不從心;
3、 由于輸出口線的固定,導(dǎo)致與外部接口的PCB布線無(wú)法實(shí)現(xiàn)。
被編程的芯片接口種類(lèi)較多,比如IIC和SPI,如果要MCU同時(shí)具備這些接口,口線必定復(fù)雜而且速度有限。FPGA無(wú)需考慮這個(gè)問(wèn)題,由于其內(nèi)部邏輯可由設(shè)計(jì)者來(lái)設(shè)計(jì),那么編程器可根據(jù)接口需要來(lái)定制對(duì)應(yīng)的邏輯,省時(shí)省力,效率非常高。
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