基于FPGA的微型數(shù)字存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
1 引言
針對(duì)航天測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用需求,提出一種基于FPGA的微型數(shù)字存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)是在傳統(tǒng)存儲(chǔ)測(cè)試系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,利用可編程邏輯器件FPGA對(duì)傳統(tǒng)存儲(chǔ)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行單元電路的二次集成,使測(cè)試系統(tǒng)體積大幅減小,功耗急劇降低,從而提高系統(tǒng)的抗高過(guò)載性能,增加系統(tǒng)靈活性、通用性和可靠性。FPGA不僅完成控制存儲(chǔ)及大部分的相關(guān)數(shù)字邏輯單元電路,而且使得整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單,布線(xiàn)也更容易。另外,系統(tǒng)FPGA編程就是按照預(yù)定功能連接器件內(nèi)的熔絲,從而使其完成特定邏輯功能的過(guò)程,一旦完成編程,F(xiàn)PGA就相當(dāng)于一片能夠完成特定功能的集成電路,因而無(wú)需擔(dān)心程序運(yùn)行路徑出錯(cuò),這與單片機(jī)有本質(zhì)區(qū)別。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 器件選型
2.1.1 電源
系統(tǒng)中,F(xiàn)PGA工作電壓為3.3 V和2.5 V,USB接口器件CY7C68013 工作電壓為3.3 V,F(xiàn)lash工作電壓為3.3 V,系統(tǒng)需通過(guò)電源器件TPS70358將電壓轉(zhuǎn)換為3.3 V和2.5 V,為系統(tǒng)各器件提供電源。TPS70358是新一代的集成
2.1.2 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)XC2S50
該系統(tǒng)采用XC2S50型FPGA控制各個(gè)接口,該器件是xilinx公司生產(chǎn)的Sparran II系列高性能現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA),具有如下特點(diǎn):內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口,支持3.3 V在系統(tǒng)可編程(ISP);3.3 V電源,集成密度為50 000個(gè)可用門(mén);引腳到引腳的延時(shí)7.5 ns,系統(tǒng)頻率高達(dá)200 MHz。采用單片F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)邏輯控制功能簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì),提高系統(tǒng)可靠性。且XC2S50系統(tǒng)可編程,只需將一根下載電纜連接到目標(biāo)板上,就可多次重復(fù)編程,方便電路調(diào)試。
2.1.3 USB 2.0控制器CY7C68013
CY7C68013是Cypress公司生產(chǎn)的一款USB 2.0控制器,該器件具有運(yùn)算速度快、功耗小和性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)。時(shí)鐘周期高達(dá)40 MHz,每執(zhí)行1條指令需4個(gè)時(shí)鐘周期;其內(nèi)部集成有USB接口,I2C總線(xiàn)接口等,該系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速度高達(dá)10 MHz。
2.2 電路設(shè)計(jì)思路
圖1為系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖,計(jì)算機(jī)通過(guò)USB接口控制可編程邏輯器件FPGA實(shí)現(xiàn)對(duì)Flash存儲(chǔ)器的塊擦除、頁(yè)編程、讀數(shù)據(jù)等操作。
塊擦除操作時(shí),計(jì)算機(jī)通過(guò)USB接口向FPGA發(fā)送指令,F(xiàn)PGA接收到指令后對(duì)Flash存儲(chǔ)器進(jìn)行塊擦除操作,并將狀態(tài)返回計(jì)算機(jī);頁(yè)編程操作時(shí), FPGA接收計(jì)算機(jī)并行接口發(fā)送的指令,立即對(duì)Flash存儲(chǔ)器進(jìn)行頁(yè)編程操作,先寫(xiě)命令,再寫(xiě)要編程的地址,然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到Flash存儲(chǔ)器中;讀取數(shù)據(jù)操作時(shí),F(xiàn)PGA首先接收計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令,然后對(duì)Flash存儲(chǔ)器進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)操作,先寫(xiě)命令,再寫(xiě)要讀取的地址,然后開(kāi)始輸出數(shù)據(jù),并將狀態(tài)返回計(jì)算機(jī)并行接口。
評(píng)論