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厂家:altera

描述:IC,SERIAL EEPROM,NOR FLASH,CMOS,LDCC,20PIN,PLASTIC

产品培训模块:Three Reasons to Use FPGA's in Industrial Designs

标准包装:588

类别:集成电路 (IC)

家庭:存储器 - 用于 FPGA 的配置 Proms

系列:EPC

可编程类型:系统内可编程

存储容量:1.6Mb

电源电压:3 V ~ 3.6 V,4.75 V ~ 5.25 V

工作温度:0°C ~ 70°C

封装/外壳:20-LCC(J 形引线)

供应商设备封装:20-PLCC(9x9)

包装:管件

配用:PLMJ1213-ND - PROGRAMMER ADAPTER 20 PIN J-LEAD

其它名称:544-1233-5

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  • 怎么不能EPC2LC20不能把程序读出来· 2017-9-19 21:14:37
  • 作者:POGOPLANE

    今天我搞一块FPGA的板子,想把他自带的存储器EPC2LC20里的程序读出来,于是把EPC2LC20取下来后在小蜜蜂程序编译器上读··结果显示没有找到器件,最开始的时候提示了次器件需要专门的配置接口··平时我读存储器的时候都可以直接就读出来的嘛,这个EPC2LC20是一个EEPROM,哪位有没有这方面的经验喃~~?:lol :handshake

  • 基于CPLD的水轮发电机组转速监控系统的设计 2017-9-19 21:14:36
  • 作者:RadarEver

    摘 要:给出了采用CPLD的水轮发电机组转速监控系统的设计原理和VHDL的语言描述,该设计具有结构简单、成本低和抗干扰性能强等特点。1 概 述转速数据是水轮发电机组运行状况的重要标志之一。准确地测量机组的转速并根据转速的变化及时地进行各种必要的控制操作,以保证水轮发电机组正常、安全运行,是该监控装置应完成的功能。目前,国内水电站使用的大多是永磁发电机加电压继电器式、机械式等旧式转速信号器,存在结构复杂、测量精度低、工作可靠性差等缺点。本文所述的水轮发电机组转速监控系统是采用CPLD(ComplexProgrammable Logic Device)及少量的接口器件构成的,系统的功能结构描述采用VHDL(Very HighSpeed Integrated Circuit Hardware DescriptionLanguage)。由于采用的CPLD芯片能够高密度、高速度、高性能地实现复杂数字系统的设计,使硬件设计大大简化。具有设计硬件结构简单、测量精度高、抗干扰能力强等特点。2 设计原理硬件结构如图1所示。CPLD芯片是整个系统设计的核心器件。2.1 转速传感器本设计中的转速传感器采用光电式脉冲编码器,与待测发电机主轴同轴相连。传感器上均匀分布有60个感光孔,使转速为n的水轮发电机,每分钟有60n个脉冲输出,即每秒有n个脉冲,故可以通过对传感器的输出脉冲频率fp的测量得到水轮发电机的转速值n(脉冲频率fp与转速n在数值上相等)。2.2 输入电路输入电路由施密特触发器和光电耦合器件构成,对光电传感器的输出脉冲信号进行整形放大,并实现光电传感器与CPLD的输入隔离,提高系统的工作可靠性。2.3 CPLD芯片由于所有的Altera系列器件都使用CMOS处理工艺,与双极型工艺相比,具有功耗更低、可靠性更FLEX10K系列CPLD芯片。FLEX(Flexible Logic ElementMatrix,可更改逻辑单元阵列)10K系列器件是嵌入式PLD产品,每个FLEX10K器件包含一个嵌入式阵列和一个逻辑阵列。嵌入式阵列由一些嵌入式阵列块(EAB)组成,用于实现各种复杂的逻辑功能。逻辑阵列由逻辑阵列块组成,用于实现通用逻辑。FLEX10K器件采用可重构的CNOSSRAM单元,其结构集成了实现通用多功能门阵列所需的全部特征,器件容量可达1万~25万门。具有功耗低(多数器件在静态模式下电流小于0.5 mA)、互连方式灵活、支持多电压I/O接口等特点,能够高密度、高速度、高性能地将整个系统集成于单个器件中。表1提供了FLEX10K系列典型器件的特性。考虑本系统的性能、经济性等因素,选用EPF10K10器件完全能满足设计要求。

    作者:RadarEver

    2.4 转速显示部分由于水轮发电机组的转速一般在3 000 rpm左右,所以用4个共阴极七段LED数码管构成水轮发电机组的4 b转速数字显示电路。2.5 控制继电器组由于水轮发电机组的转速过低或过高都会影响发电系统正常、安全地工作,因此需相应的驱动报警电路和控制电路来保障其工作速度在允许的范围内。转速的上、下限值设定可根据实际机组的需要从CPLD的I/O功能引脚预置输入,应用VHDL语言描述,将CPLD测得的转速值与预置值比较,超限即送出信号到控制继电器组,使相应的继电器动作,驱动相应的报警电路和控制电路工作。3 CPLD的配置本设计中选用的CPLD芯片内部采用SRAM存储配置数据。由于SRAM的数据是易失的,每次系统上电时,必须用配置芯片对其进行配置,只有在配置正确的情况下,系统才能正常工作。因此常采用CPLD器件以外的EPROM,E2PROM或FLASHROM等非易失存储器作为配置芯片,保存配置数据。常用的配置芯片分为一次编程型和可擦除型2种。目前,在可编程逻辑器件的开发阶段多采用可擦写的配置芯片,例如EPC2LC20,最终产品采用不可擦写的配置芯片,例如EPC1441PC8。但可擦除型芯片价格昂贵且擦写次数有限(100次左右),因此势必增加产品的开发成本。本次设计中采用单片机与外部串行E2PROM进行被动串行(PS)方式配置,组成配置板来替代一次编程型和可擦除型配置芯片。把配置板插在PS方式下载线的10针插头上,将把配置管脚与单片机的I/O端口相连,对单片机编程仿真PS方式配置时序,将配置数据存入外部E2PROM。由于不同的系统采用的电压不同,所以要求所选取的单片机和串行E2PROM必须支持多电压工作。本设计选用MSP430系列的F1121型单片机,他是一种FLASH型超低功耗16 b单片机,20个管脚,表贴封装(SMT),体积非常小,内部资源丰富,具有数控晶振,看门狗定时器,3个捕捉/比较寄存器的16 b定时器,2个具有中断功能的8 b并行端口,4 kBROM,256 BRAM。不用附加任何外围电路即可工作,有效地节省了配置电路板的面积。F1121单片机支持多电压工作,可以使配置板适应不同的工作电压。F1121的FLASH型主存储器,通过JTAG控制器可以实现程序代码的下载,实现运行控制和在系统编程。4 系统功能的VHDL描述本系统的顶层设计由3个子模块组成,顶层设计图如图2所示。下面给出测速模块和7段译码模块的VHDL描述,至于上下限比较模块,可根据预置值及具体的控制需要,编制相应的VHDL程序,使模块输出要求的控制信号。

    作者:RadarEver

    4.1 测速模块模块说明:fp为光电传感器的输出脉冲,reset是8复位端子,speed0,speed1,speed2,speed3分别为脉冲计数的个位、十位、百位、千位的BCD码输出,c1,c2,c3分别为个位向十位、十位向百位、百位向千位的进位。

    作者:RadarEver

    4.2 7段译码模块模块说明:speed0,speed1,speed2,speed3分别为脉冲计数的个位、十位、百位、千位的BCD码输出,作为7段译码模块的输入,segcode0,segcode1,segcode2,segcode3分别为个位、十位、百位、千位的7段字段码输出。7段译码模块的VHDL语言描述如下:5 结 语本设计的VHDL程序在Altera公司的MAX+PLUSⅡ(Multiple Array Matrix and ProgrammableLogic User System)CPLD设计开发工具上进行编译仿真,较好地完成了设计要求的功能。在本系统的设计中,由于CPLD及EDA开发工具的使用,大大简化了硬件电路,降低了产品成本,缩短了设计周期,提高了系统的可靠性和灵活性。

  • 用单片机配置CPLD器件 2017-9-19 21:14:35
  • ALTERA公司的可编程序逻辑器件APEX20K、FLEX10K和FLEX6000虽应用广泛,但由于其内部采用SRAM存储配置数据,每次系统上电时,必须用配置芯片对其进行配置,只有在配置正确的情况下,系统才能正常工作。配置芯片是一个能产生配置时序的ROM,分为一次编程型和可擦除型两种,一次编程型芯片只能写入一次,不适合开发阶段反复调试和修改,可擦除型芯片价格昂贵且擦写次数有限(100次左右),增加了开发成本。而且,由于ALTERA公司提供的配置芯片容量有限,对于容量很大的可编程逻辑器件,需要一片以上的配置芯片组成菊花链形进行配置,这无疑加大了设计复杂度和开发成本。
    目前,在可编程逻辑器件的开发阶段多采用可擦写的配置芯片,例如EPC2LC20,最终产品采用不可擦写的配置芯片,例如EPC1441PC8。至今还没有低成本的可擦写配置芯片出现,而我们采用单片机与外部串行EEROM组成的配置板可实现对一次编程型和可擦除型配置芯片的无缝替代。它可以代替不同型号、不同容量芯片,可实现反复擦写(1000K次)且用户无须增加任何附加电路(实现无缝替代),并支持多电压配置。

    PS配置方式分析
    配置方式分为主动、被动以及边界扫描配置方式。我们主要讨论被动配置方式,被动配置方式又可分为被动串行(PS)、被动异步串行(PSA)、被动同步并行(PPS)和被动异步并行(PPA)。无论哪种方式均是由配置器件控制配置时序,并在控制信号的作用下向目标器件传送串行/并行数据流。不同的配置方式有不同的配置时序,可针对不同系列的CPLD器件。
    对于FLEX10系列芯片,比较常用的是采用PS方式进行配置,PS方式配置时的管脚及控制信号的功能如下:
    MSEL1, MSEL0: 选择配置方式。均接地,为PS方式。
    CONF_DONE: 此信号需经1K电阻上拉。配置过程中,10K电阻将此信号拉低,成功配置完毕后,芯片释放端口,由上拉电阻将其电平抬高。
    nSTATUS: 配置状态的监测信号。此信号需经1K电阻上拉。配置过程中,出现低电平表明配置过程出现错误,需重新配置。
    DATA0:串行配置数据流的输入。
    DCLK:串行配置的时钟输入,用于锁存外部数据。
    NCONFIG:启动配置的信号。
    被动串行工作过程:当NCONFIG产生下降沿脉冲时启动配置过程。在DCLK出现上升沿时,芯片将一位数据传入内部,直至所有数据都被移入。在配置过程中,系统需要实时监测,一旦出现错误,NSTATUS被拉低,系统必须能识别这个信号,并重新启动配置过程。配置数据全部正确的移入芯片内部后,CONF_DONE信号跳变为高,此后,DCLK必须再提供10个周期的时钟,确保芯片被正确初始化,进入用户工作模式。时序图如图1。

    配置文件的异同
    用ALTERA的MAX+PLUS II或Qnaitus开发工具对设计项目进行编译后,会产生几种配置或编译文件,用于不同配置方式的配置系统。而对于不同系列的目标器件,配置数据的大小也不同。每种文件都可以从另外一种文件生成,搞清楚各种文件的异同对于上电配置是非常关键的。
    * SRAM目标文件(.Sof):用于PS方式,直接配置目标器件,文件中前81字节为头信息,为ASIIC代码记录用户的使用信息。其它文件都是从SOF文件中生成的,在数据流的格式和用途上有所区别。
    *编程目标文件(.pof):用作配置文件装入配置器件(如EPC2、EPC1、EP1441)中。
    *二进制文件(.rbf):包含全部配置数据,用于微处理器做配置时的数据流,rbf 文件决定了配置该器件所需数据量的大小。
    *文本文件(.Ttf):包含全部配置数据,用于微处理器做配置时的数据流。Ttf文件存放了最原始的配置数据,即数据不含有任何附加的文件格式(头尾标识字节),可以直接复制到单片机程序最后,用伪指令DB做成数据表TAB,配合指令MOV DPTR,#TAB和MOVC A,@A+DPTR 进行查表取数据。
    * HEX文件(.hex): Intel 16进制格式下为ASCII文件。包含全部配置数据,用于微处理器做配置时的数据流。第一行为7个字节的头信息,每一行开头4个字节,结尾1个字节,为标识字节,中间部分与*.ttf的数据相同,为有用的配置数据。最后一行是4个字节的尾信息。

    用单片机配置的设计思路
    和实现
    把配置管脚与单片机的I/O口(如P1口)相连,对单片机编程仿真PS方式配置时序,由于配置数据的数据量较大,可将其存入外部ROM,在这里选用ATMEL的AT24C256串行EEPROM,体积小(8PIN)存储量大(256K bit),可重复擦写1000K次以上。
    在实际使用中,把配置板插在PS方式下载线的十针插头上,所以配置板的电源由目标板提供,由于不同的系统采用的电压不同,所以要求配置板必须可以适应多电压。所以要求我们选取的单片机和串行EEPROM必须支持多电压工作。
    在配置过程中,单片机必须严格控制信号的时序。nCONFIG的启动低脉冲宽度至少为2ms。
    DCLK的第一个上升沿在nCONFIG的上升沿后延迟5ms。DCLK的周期至少为60ms。
    以同样原理还可以同时配置多个目标器件,原理图如图3。
    第一个器件的信号nCEo,在配置完毕后跳变为低,从而激活第二个器件。所有待配置器件的CONF_DONE需连接在一起,使所有器件同时初始化完毕,同时进入用户模式。

    设计优化
    实验过程中我们用80C51系列的单片机,但它体积大,不适合代替专用芯片用于设计开发的产品中,而且80C51单片机不支持多电压运行。综合考虑后,我们选用MSP430系列的F1121型单片机,它是一种FLASH型超低功耗16位单片机,20个管脚,表贴封装,体积非常小,内部具有数控晶振,看门狗定时器, 不用附加任何外围电路即可工作,有效的节省了配置电路板的面积,且在体积减小的同时资源却比80C51单片机丰富,带有3个捕捉/比较寄存器的16位定时器,2个具有中断功能的8位并行端口,4KB ROM, 256B RAM。F1121单片机支持多电压工作,可以使配置板适应不同的电压。F1121的FLASH型主存储器,通过JTAG控制器可以实现程序代码的下载,实现运行控制和对现场进行观察与修改,方便、直观。

    结语
    我们最终设计的配置板PCB尺寸为2cm×3cm,根据要配置的CPLD的型号(即容量)来选取容量适中的EEPROM,由于MSP430单片机和EEPROM工作电压范围很宽,配置板可以支持5V和3.3V系统的配置。通过我们对Altera不同型号芯片和不同电压系统的试验,我们开发的配置板完全可以在不改动原有电路的基础上对Altera的配置器件进行无缝替代。目前,已有很多人使用过我们的配置板,对于不同型号的芯片和不同电压的系统都达到了成功配置。■




    图1 PS方式配置时序图


    图2 配置单个器件

    图3 配置多个器件



    参考文献:

    [1].APEX20Kdatasheethttp://www.ic37.com/datasheet/APEX20K_1330793.html.
    [2].FLEX10Kdatasheethttp://www.ic37.com/datasheet/FLEX10K_328755.html.
    [3].FLEX6000datasheethttp://www.ic37.com/datasheet/FLEX6000_1465078.html.
    [4].ROMdatasheethttp://www.ic37.com/datasheet/ROM_1188413.html.
    [5].EPC2LC20datasheethttp://www.ic37.com/datasheet/EPC2LC20_1097517.html.
    [6].EPC1441PC8datasheethttp://www.ic37.com/datasheet/EPC1441PC8_1079823.html.
    [7].CPLDdatasheethttp://www.ic37.com/datasheet/CPLD_1136600.html.
    [8].EPC2datasheethttp://www.ic37.com/datasheet/EPC2_2058984.html.
    [9].EPC1datasheethttp://www.ic37.com/datasheet/EPC1_300880.html.
    [10].AT24C256datasheethttp://www.ic37.com/datasheet/AT24C256_1128512.html.
    [11].80C51datasheethttp://www.ic37.com/datasheet/80C51_103447.html.
    [12].MSP430datasheethttp://www.ic37.com/datasheet/MSP430_490166.html.
    [13].PCBdatasheethttp://www.ic37.com/datasheet/PCB_1201640.html.
    [14]. ALTERA Digital Library 2000 Version 6.
    [15]. MSP430系列FLASH型超低功耗16位单片机 北京航天航空大学出版社 胡大可.


    来源:零八我的爱
  • 基于ADSP-TS201S的图像采集处理系统 2017-9-19 21:14:34
  • 引言

    随着人们对实时信号处理要求的不断提高和大规模集成电路的迅速发展,作为数字信号处理核心和标志的数字信号处理器DSP芯片得到了快速的发展和应用。它不但可以广泛应用于通信系统、图形/图像处理、雷达声纳、医学信号处理等实时信号处理领域。就ADI公司而言,继16-bit定点ADSP21xx和32-bit浮点ADSP21xxx系列之后,日前又推出了TigerSHARC系列的新型器件。本文介绍使用该系列中的ADSP-TS201S芯片实现一个图像采集处理系统的设计方案。

    系统总体方案

    该系统可以完成图像的采集、处理和显示,从而实现目标识别与跟踪的智能信号处理。该系统是对摄像机数字,模拟两路视频数据进行采集,处理后通过PCI总线在PC机上显示出来。整个系统主要由视频信号采集模块、DSP图像处理模块、PCI接口模块三个部分组成(图1)。


    图1 图像采集处理系统框图
    系统的各个功能模块电路设计

    ·视频信号采集模块

    摄像机提供两路视频信号:一路模拟视频,一路数字视频。

    模拟视频信号经过钳位校正、放大后,将信号送入到A/D转换器,再经FPGA锁存后将视频信号发送给DSP1;经视频同步分离电路,由LM1881分离出模拟视频的行、场同步信号,用于控制视频数据采集到DSP1,以便进行图像处理。钳位校正、视频同步电路如图2所示。模拟视频经运放输入,将中心电平调到3.3V,加到A/D输入端。A/D转换后的数据进入FPGA锁存。运放均采用ADI公司的AD8047AR,A/D转换器采用ADI公司的AD9050。AD9050为10位A/D转换器,取其高8位进入FPGA。采样时钟12MHz,与数字视频信号相同。由FPGA对48MHz时钟四分频产生。


    图2 模拟视频输入转换电路

    摄像机的数字视频信号为14对差分信号,经FPGA将差分信号转换为单端信号,并锁存数据。每个象素14位,每帧320×240。

    FPGA采用ALTERA公司的CYCLONE系列EP1C3T144C-6,配置芯片采用EPC2LC20。EP1C3T144C-6具有将差分信号转单端信号的专用I/O口。锁存在FPGA的数字,模拟两路视频信号根据工作模式选择输出到DSP1数据总线上,由DSP1读入处理,数据速率与模拟视频的采样速率,数字视频的数据速率相同。工作模式选择,开关控制通过PIC9054引入到FPGA。

    ·DSP处理器模块

    DSP处理器阵列模块主要由4片高速高性能的DSP处理芯片ADSP-TS201S组成多DSP处理器系统,ADSP-TS201S性能如下:

    基本性能指标如下:

  • 600MHz运行速度时,内核指令周期1.67ns
  • 24M bits片上DRAM,分为6个4M bits块(128K words X 32 bits)
  • 片内双运算模块,每个都包含一个ALU、一个乘法器、一个移位器和一个寄存器组
  • 双整数ALU提供数据寻址和指针操作功能
  • 片内提供14通道DMA、外部口、4个链路口、SDRAM控制器、可编程标志引脚、2个定时器
  • 片上仲裁系统可实现8个TigerSHARC DSP的无缝连接
  • 内部3条互相独立的128位总线
  • 外部数据总线64位,地址总线32位
  • 每秒48亿次40位宽的MAC运算或每秒12亿次80位宽的MAC运算;1024点复数FFT(基2)时间15.7us
  • 外部端口 1G字节每秒;链路口(每个)1G字节每秒

    DSP处理器阵列模块中DSP1是用来整理所收集到的视频信号,并进行相应的预处理后,将数据分发送到后面的DSP,进行进一步的处理。

    DSP1并行口应接FPGA输出的视频数据,还要接FLASH,完成DSP加载。DSP1的IRQ0,IRQ1分别作视频输入的帧中断和行中断,接到FPGA。其连接电路如下图3所示。

    FLASH选用AMD公司的AM29LV017D,为2M x 8-Bit的存储器,可通过DSP1对FLASH编程,要保证在FLASH读写时,FPGA的数据输出总线D0~D13为高阻,反之,在数据通道运行时,也应使FLASH输出为高阻,故用BMS来选片FLASH。


    图3 DSP1与FPGA,FLASH 连接图

    DSP处理器阵列模块中DSP2和DSP3是用来实现图像处理中的主要算法。DSP2和DSP3分别用链路口与DSP1连接,接收由DSP1传送来的数据,DSP2和DSP3也分别用链路口连接DSP4,通过链路口将处理的数据传送给DSP4,进行下一步处理和数据整理。另外,DSP2和DSP3也直接采用链路口连接,实现DSP2和DSP3之间的通道,从而可以方便地将DSP2和DSP3配置成流水线或并行处理模式。

    DSP处理器阵列模块中DSP4接收DSP2和DSP3发送来的数据,进行进一步处理后,将最后处理的数据通过数据总线发送到双端口RAM,通过PCI接口芯片PCI9054,将数据发送给PC机。该双端口RAM采用3片IDT70LV27(32K x 16-Bit),组成96K x 16-Bit方式,保证一次写完一帧(320×240个象素,每个象素两个字节),当DSP4写满一帧图像数据后,向PC机产生中断,请求PC机将数据读走,当PC机读取完一帧图像数据后,应提供相应的应答,允许DSP4刷新双口RAM。DSP阵列机互连电路如图1所示,DSP4与双口RAM的连接如图4所示。DSP4接3片双口RAM,与PCI9054形成接口。DSP4的FLAG0作为通过PCI9054输出的视频传输握手信号。

    ADSP-TS201S阵列机采用链路口互连方式,在主要的数据传输方向设置了数据传输启动FLAG信号到接收方的IRQ产生中断,以便更好的实现时序的匹配。

    DSP1引入了工作/关闭选择(FLAG1输入),数据模式(数字/模拟)选择由DATA14引脚读入,可以在一帧数据开始输入时,读入一次数据选择模式,此后就可以不再处理了。


    图4 DSP4与双口RAM接口
  • ·PCI接口模块

    PCI接口采用PLX公司的PCI9054接口芯片,32位,33MHZ数据总线。RAM1,2,3三片双口RAM(IDT70LV27)作DSP4数据输出缓存。由PCI9054读入到PC机。在双口RAM内,相当于右半边接口,PCI9054其电路连接如图5所示。PCI9054对应着PCI槽的信号,按PCI槽名称对应连接,加载EEPROM选用93CS66。 将LD0~LD3引入到FPGA内,可以单次I/O写方式,输出4位状态,作主机控制。开、关机,数字视频/模拟视频选择以A16~17的译码之一作地址选择。FPGA读入后,译码成控制信号输出。


    图5 PCI9054与双口RAM,FPGA连接
    结语

    基于ADSP-TS201S的图像采集处理系统能够完成图像的高速处理,实现图像的实时显示,目标跟踪。在实际应用中该系统工作稳定,达到预想效果。



  • XScale PXA270在Linux下的FPGA设备驱动 2017-9-19 21:14:34
  • 摘要 以ACEX1K50为例,介绍FPGA在Intel XScale PXA270微处理器系统上的应用。通过内存映射机制实现ACEX1K50在Linux下的设备驱动;通过用户应用程序实现对ACEX1K50设备的操作,为FPGA在嵌入式领域的应用提供一种方法。
    引言

    Intel公司推出的XScale采用ARM V5TE结构,是Strong ARM的升级换代产品。XScale PXA270处理器最高主频可达624 MHz,加入了Wireless MMX、Intel SpeedStep等新技术,以其高性能、低功耗、多功能等特点在信息家电、工业控制等领域得到了广泛的应用。在嵌入式控制中,“微处理器+FPGA”是一种常用的解决方案。FPGA(现场可编程门阵列)有编程方便、集成度高、速度快等特点,电子设计人员可以通过硬件编程的方法来实现FPGA芯片各种功能的开发。在我们的一个数控平台的研究项目中,采用XScale PXA270作为主CPU,并对其进行FPGA扩展,使其具有插补、电机驱动、信号处理、I/O口扩展的功能。Linux以其内核精练、高效,源代码开放且免费等优势,在嵌入式领域得到了广泛的应用。下面以Intel XScale PXA270上的Altera FLEX/ACEX的应用为例,详细介绍Linux下FPGA设备驱动的实现。

    1 Altera FLEX/ACEX芯片结构

    Altera FLEX/ACEX芯片是基于查找表LUT(LookUpTable)原理而实现的。LUT本质上就是一个RAM。目前FPGA中多使用4输入的 LUT,所以每个LUT可以看成一个有4位地址线的16×1的RAM。当用户通过原理图或HDL语言描述一个逻辑电路以后,FPGA开发软件会自动计算逻辑电路的所有可能的结果,并把结果事先写入RAM。这样,每输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址进行查表,找出地址对应的内容,然后输出即可。由于LUT主要适合SRAM工艺生产,所以目前大部分FPGA都是基于SRAM工艺的,而SRAM工艺的芯片在掉电后信息就会丢失,一定要外加1片专用配置芯片(本实验电路使用Altera EPC2LC20)。在上电时,由这个专用配置芯片把数据加载到FPGA中,然后FPGA即可正常工作。由于配置时间很短,因此不会影响系统正常工作。在使用ACEX1K50之前,应对其进行设计编程,实现相应寄存器及I/O口的功能。有关FPGA的详细内容请参阅相关资料。

    2 Intel XScale PXA270处理器的系统存储器接口

    PXA270处理器的可编程静态存储体系结构如图1所示。

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    图1 PXA270静态存储体系结构

    在系统上, ACEX1K50位于nCS<2>上,物理地址0x8000000~0x8001000共4K的静态地址空间。图2表示了Intel XScale PXA270与ACEX1K50的硬件连接关系。

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    图2 Intel XScale PXA270与ACEX1K50的硬件连接

    3 Linux下ACEX1K50设备驱动的实现

    3.1 Linux下设备驱动基本原理

    设备驱动程序是应用程序与硬件之间的一个中间软件层,设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节。这样在应用程序看来,硬件设备只是一个设备文件,应用程序可以像操作普通文件一样对硬件设备进行操作。设备驱动程序是内核的一部分,它主要实现的功能有:对设备进行初始化和释放;把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据;读取应用程序传送给设备文件的数据,回送应用程序请求的数据以及检测和处理设备出现的错误。

    Linux将设备分为最基本的两大类:一类是字符设备;另一类是块设备。字符设备和块设备的主要区别在于是否使用了缓冲技术。字符设备以单个字节为单位进行顺序读/写操作,通常不使用缓冲技术;块设备为了提高效率,利用一块系统内存作为读/写操作的缓冲区,由于涉及缓冲区管理、调度和同步等问题,实现起来比字符设备复杂得多。

    Linux通过设备文件系统对设备进行管理,各种设备都以文件的形式存放在/dev目录下,称为“设备文件”。应用程序可以像普通文件一样打开、关闭和读/写这些设备文件。为了管理这些设备,系统为设备编了号,每个设备号又分为主设备号和次设备号。主设备号用来区分不同种类的设备,而次设备号用来区分同一类型的多个设备。Linux为所有的设备文件都提供了统一的操作函数接口,方法是使用数据结构struct file_operations。这个数据结构中包括许多操作函数的指针,如open()、close()、read()和write()等,但由于外设的种类较多,操作方式各不相同。struct file_operations结构体中的成员为一系列的接口函数,如用于读/写的read/write函数和用于控制的ioctl等。打开一个文件就是调用这个文件file_operations中的open操作。不同类型的文件(如普通的磁盘数据文件)有不同的file_operations成员函数,接口函数完成磁盘数据块读/写操作;而对于各种设备文件,则最终调用各自驱动程序中的I/O函数进行具体设备的操作。这样,应用程序根本不必考虑操作的是设备还是普通文件,可一律当作文件处理,具有非常清晰、统一的I/O接口,所以file_operations是文件层次的I/O接口。

    3.2 ACEX1K50在Linux下设备驱动的实现

    在驱动程序中使用内存映射可以提供给用户程序直接访问设备内存的能力。使用内存映射的好处是处理大文件时速度明显快于标准文件I/O,无论读/写,都少了一次用户空间与内核空间之间的复制。在用户空间对ACEX1K50 FPGA设备的访问是通过内存映射来实现的。

    ACEX1K50可以看作是硬件连接在PXA270微处理器的nCS<2>上的一段物理地址来寻址。因为有虚拟内存管理单元,所以如果在Linux下,必须先把物理地址映射到虚拟地址空间,然后才能对该段地址进行读/写。

    在内核驱动程序的初始化阶段,通过ioremap()将ACEX1K50的这段物理地址映射到内核虚拟空间;在驱动程序的mmap系统调用中,使用remap_page_range()将该块ROM映射到用户虚拟空间。这样内核空间和用户空间都能访问ACEX1K50的这段被映射后的虚拟地址。

    由于ACEX1K50位于nCS<2>上,参照PXA270静态存储体系结构映射表,其物理起始地址为0x08000000。另外,其设备名称及主次设备号定义如下:

    #define FPGA_PHY_START0x08000000
    // nCS<2>: PAX270平台
    #define FPGA_PHY_SIZESZ_4K
    // nCS<2>: Slot FPGA物理基大小为4K
    #define DEVICE_NAME"PXA270 FPGA"
    #define FPGARAW_MINOR 1
    #define FPGA_Devfs_path"fpga/0"
    static int fpgaMajor = 0;

    其中FPGA主设备号定义为零,使得操作系统可以随机为该设备分配主设备号。

    ioremap()的作用是把一个物理内存地址点映射为一个内核指针,被映射数据的长度由size参数设定。该函数的实质是把一块物理区域二次映射到一个可以从驱动程序里访问的虚拟地址上去。以下是该函数的定义:

    void *ioremap(unsigned long phys_addr, unsigned long size);

    设备驱动通过fpga_init()函数初始化FPGA设备,最终通过init_module(fpga_init)在内核启动时初始化FPGA设备。

    fpga_init()函数的流程如图3所示。

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    图3 fpga_init()流程

    ioremap()调用的语句如下:
    pxa270_fpga_base= (unsigned long) ioremap(FPGA_PHY_START, SZ_4K);

    可以通过ioremap()调用的返回值pxa270_fpga_base来判断FPGA物理地址到内核虚拟空间是否映射成功。

    if(!pxa270_fpga_base) {
    printk("ioremap pxa270 fpga failed\n");
    return -EINVAL;
    }

    向设备文件系统注销FPGA设备通过调用cleanup_module()函数来实现。其代码如下:

    void __exit fpga_exit(void) {
    #ifdef CONFIG_DEVFS_FS
    devfs_remove(FPGA_Devfs_path);
    #endif
    unregister_chrdev(fpgaMajor, DEVICE_NAME);
    }
    cleanup_module (fpga_exit);

    在向内核设备文件系统注册该FPGA驱动后,还须实现设备驱动的file_operations结构。ACEX1K50的设备驱动定义了如下file_operations成员函数:

    static struct file_operations pxa270_fops = {
    owner:THIS_MODULE,
    open:fpga_open,
    mmap:fpga_mmap,
    ioctl:fpga_ioctl,
    release:fpga_release,
    };

    其中fpga_open和fpga_release系统调用的功能只简单地实现了FPGA设备使用计数器的递增与递减,fpga_ioctl系统调用也只是简单的打印一条没有ioctl控制的信息提示。这里不再分析实现的具体代码。下面具体分析fpga_mmap的实现过程:

    static int fpga_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma) {
    unsigned long off = vma->vm_pgoff << PAGE_SHIFT;
    unsigned long physical = FPGA_PHY_START + off;
    unsigned long vsize = vma->vm_end - vma->vm_start;
    unsigned long psize = FPGA_PHY_SIZE- off;
    if (vsize > psize)
    return -EINVAL; //spans too high
    vma->vm_flags |= VM_IO|VM_RESERVED;
    vma->vm_page_prot=pgprot_noncached(vma->vm_page_prot);
    remap_page_range(vma, vma->vm_start, physical, vsize, vma->vm_page_prot);
    return 0;
    }

    fpga_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)系统调用允许直接将FPGA设备内存线性地映射到用户进程的地址空间中。fpga_mmap系统调用是通过调用 remap_page_range()函数来实现一段线性物理地址的映射,调用remap_page_range()函数需要填写 vm_area_struct结构的几个关键字段。

    int remap_page_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long from, unsigned long to, unsigned long size, pgprot_t prot)函数每个参数的意义说明如下:

    vm_area_struct *//虚拟内存区域(VMA)指针
    unsigned long from//需要映射的用户虚拟地址的起始位置
    unsigned long to//虚拟地址所映射到的物理地址
    unsigned long size//被重映射区域的大小,以字节为单位

    4 ACEX1K50设备驱动在用户程序中的使用

    当设备驱动实现后,就可以在用户空间使用该设备了。在用户空间主要是通过调用mmap()函数来实现对FPGA设备的访问。以下是用户空间应用程序的一个示例:

    ……………………………………………………………………
    fd = open("/dev/fpga/0",O_RDWR);//打开设备文件
    if(fd < 0){
    printf("####fpgadevice open fail####\n");
    return (-1);//判断打开设备文件是否成功
    }
    iobase = (unsigned char *)mmap(0, 4096,PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED,fd,0);//经过地址映射后,可对FPGA的寄存器进行一系列操作
    ……………………………………………………………………
    close(fd);//关闭设备文件

    结语

    本文通过介绍ACEX1K50在Linux操作系统下设备驱动的实现过程,为FPGA在嵌入式领域的应用提供了一种方法。在实际应用中,通过用户程序能够很好地实现对FPGA硬件编程后的各种功能的控制。



    来源:xiangxueqin
  • 元器件市场行情 2017-9-19 21:14:34
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    *此图显示特定时期可选择的通信IC数量。1996年约有579种不同的TV/视频IC,目前约为2,109种。
    通信终端半导体器件种类

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    *此图显示特定时期可选择的通信终端半导体器件数量。1996年约有506种不同的Modem IC,到目前仅为250种。
    产品声明周期示意图
    *生命周期图由PartMiner的CAPS数据库、行业销售数据及电子工业协会产品生命周期模型(EIA-724)得来。产品生命周期图表明元器件在生命周期的哪一个阶段:导入,成长,成熟,饱和,衰退和退出。不同阶段风险等级(0到6)也因此不同。低风险区(风险等级2)表明此元器件尚未到饱和阶段,中风险区(风险等级4)表明此元器件处于饱和或衰退阶段。高风险区(风险等级5)表明此元器件处于退出阶段或已经停产。已停产的元器件风险等级为6。
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