FPGA中增加SPI和BPI配置模式

在Xilinx新一代的FPGA中增加了SPI和BPI配置模式，好處是成本低、設(shè)計者選擇余地大及配置方便等優(yōu)點。例如，Spartan-3E器件支持多種Vendor(生產(chǎn)商)提供的SPI和BPIFlash產(chǎn)品。對于SPI Flash器件可以通過Xilinx的Cable-Ⅲ(JTAG)或Cable-IV電纜直接配置；對于BPI Flash器件，則需要利用FPGA中所創(chuàng)建的MicroBlaze或PicoBlaze內(nèi)核并運行該內(nèi)核(引擎)，然后通過Xilinx的Cable-Ⅲ(JTAG)Cable-IV電纜配置。

以下采用Spartan-3E器件的SPI和BPI Flash配置為例，詳細(xì)地說明配置電路社設(shè)計要求。

(1) SPI Flash設(shè)計

Spartan-3E器件支持大多數(shù)主流Vendor的SPI Flash器件作為配置芯片，由于不同Vendor所提供的SPI Flash具有不同的命令和格式，因此需要通過Spartan-3E器件的VS2、VS1及VS0來選擇。具體選擇何種模式，請參考Xilinx的器件手冊。SPI Flash器件與FPGA的連接和配置原理圖如圖1所示，圖2和圖3所示為兩種最常用的選擇方式。注意，圖1中的6芯插頭僅用于配置SPI Flash器件，不能配置FPGA，F(xiàn)PGA的配置請參考圖2和圖3。

圖1 SPI Flash器件與FPGA的連接和配置原理

圖2 STMicro的SPI Flash與Spartan-3的連接

圖3 Atmel的SPI Flash與Spartan-3E的連接示意

利用JTAG電纜配置SPI Flash器件配置時需注意如下問題:

由于FPGA與SPI Flash器件存在MOSI、DIN、CSO_B和CCLK共4根連線，所以配置時，F(xiàn)PGA會干擾配置過程。為了保證這4個信號腳保持高阻(HI－Z)，需要將 PROG_B接地(建議在PROG_B與地之間接一個10 μF電容和跳線器)。

采用Xilinx的工具(iMPACT)和軟件(XSPI)配置時，一定要選擇STMicro公司和Atmel公司的SPI Flash器件。對于其他Vendor所提供的SPI Flash器件，可以采用離線方式(off-board programmlng)編程或選擇與STMicro或Atme1接近的器件。

Spartan-3E器件支持大多數(shù)主流Vendor的并行NOR Fash器件作為配置芯片。在BPI配置模式中，通過模式引腳(M2、M1和MO)的選擇，可實現(xiàn)地址遞增(Up)和地址遞減(Down)配置，因此在一片NOR Fash中至少可以存放兩個不同的設(shè)計文件。在Spartan-3A／3AN／3A DSP器件中增加了多重配置功能，可以選擇更多的配置文件。