摘 要：xilinx fpga系列可以通过串口配置，本文给出了一个用xc9500和并行prom对xilinx fpga进行串行配置的应用实例。
关键词：fpga；cpld；串行配置概述
　　随着fpga芯片密度的增加，串行prom已不能适应高密度的fpga的配置。大容量的并行prom所要求的寻址方式又不能直接与fpga接口，这时可以采用xc9500 cpld和prom对高密度fpga进行配置。fpga设备在线配置或电源上电时，配置逻辑会被自动清除。fpga的program信号必须在300ns内置低，使配置逻辑复位。init输出在内部配置存储器清零期间保持低电平。一旦init管脚变高，就表明设备已准备接受配置。

　　fpga的配置有主设备串行配置和从设备串行配置两种方式。xc4000和spartan系列设备在init变高后要求在设备准备接收配置数据之前有一个超时期，但spartan-ⅱ不在此列。在主设备串行模式下，fpga在超时达到要求之前关闭配置时钟(cclk)。在从设备串行模式下，必须在超时期完成后才能开启cclk。而spartan-ⅱ和virtex系列在init信号变高之后不要求超时期，一旦init信号变高，设备立即准备接收配置数据。

接口设计
　　在串行配置模式下用并行prom对fpga进行配置时，需要专门的接口进行并行数据到串行数据的转换，并管理fpga的配置信号。接口的设计方法很多，图1是使用xc9500 cpld配置fpga的电路结构。
vsprom的设计
　　设计虚拟串行prom(vsprom)的目的是为并行prom和fpga之间的连接提供接口，接口的任务是将从prom中读来的数据转换成串行输出，然后再将地址递增。vsprom的结构如图2所示。在处理数据的同时，vsprom还管理init和done信号。在配置期间，如果init被fpga拉低，表明出现配置错误，vsprom必须复位并等待用户将fpga复位，然后重新配置。一旦fpga的done变高，表明配置成功，vsprom就撤消rom_cs来取消prom的使能，将自己和prom与fpga隔离，并将dout设为高阻态。

　　在vsprom的设计中，使用xc9536pc44-10、xcv600bg432-6和一个8位的prom(at27c080)验证。

　　主设备串行配置时，xilinx fpga提供配置时钟(cclk)。cclk与vsprom的时钟clk_in直接相连。virtex和spartan-ⅱ支持的最大配置速率是60mhz，xc4000/spartan系列支持的最大配置速率是8mhz。然而，实际的最大配置速率还应该考虑prom的存取时间(tacc)和主设备串行输入的时间(tdsck)。

　　主设备串行模式下prom的频率=1/(tacc+tdsck)。

　　tacc对于virtex为5.0ns，对于xc4000/spartan系列是20.0ns，prom的tacc对于at27c080是100ns。因此，对于virtex设备最大频率为9.5mhz，对于xc4000/spartan设备最大频率为8.3mhz。这就是说，virtex设备的配置频率受prom的限制，而xc4000/spartan设备的配置频率受自己内部cclk的限制。为了加快virtex设备的配置速度，可以选择更快的prom。在主设备串行模式下，fpga在准备好接收配置数据之前会关闭cclk，因此vsprom的设计不用考虑其他问题。

　　从设备串行配置有专门的振荡电路提供配置时钟，速度比较快。振荡电路的时钟输出必须接fpga的配置时钟(cclk)和vsprom的时钟(clk_in)。最大配置频率对于virtex是66mhz，对于xc4000/spartan系列是10mhz。同样，配置频率受到prom的存取时间(tacc)和从设备串行输入时间(tdcc)的限制，计算方法同上。

表1 不同的eprom所需的地址线eprom配置位数所需的地址线1m eprom1 048 576172m eprom2 097 152183m eprom4 194 304194m eprom8 388 60820
　　从设备串行模式下对xc4000或者spartan系列fpga进行配置时，必须考虑设备开始的顺序(这里讨