基于树莓派和FPGA的配置电路及方法技术

本发明专利技术公开了一种基于树莓派和FPGA的配置电路。该系统包括一片树莓派Raspberry Pi 3的板子、一片Flash芯片和Xilinx系列的FPGA芯片。该电路可以通过树莓派采用两种配置方式来配置FPGA。一种是从并模式，由树莓派直接配置FPGA；另一种是SPI模式，先由树莓派将.mcs文件传到Flash，上电时Flash会自动加载.mcs文件到FPGA，完成FPGA的配置流程。此外，树莓派自带的WiFi固件和以太网口联网可以实现远程的系统升级，能为使用者提供后续的更新和改进。本发明专利技术设计灵活，两种配置方案使得该信号处理板适用的场合更加广泛；可以实现远程的系统升级，实现在线更新下载，方便完善和改进工作。

【技术实现步骤摘要】
基于树莓派和FPGA的配置电路及方法
本专利技术涉及通信
，特别是一种基于树莓派和FPGA的配置电路及方法。
技术介绍
现在的电路系统要求利用更少的空间及更低的成本来实现更多的功能，此外Xilinx每一代的FPGA都有更高的性能和更丰富的功能，给这种电路系统要求带来了可能。随着嵌入式系统越来越受欢迎，众多设计师想要减少使用的元件数并且增加灵活性。为了实现这些目标，使用微处理器来配置FPGA慢慢流行了起来。尽管FlashPROM为XilinxFPGA提供了易于使用的预构建配置解决方案，但使用固化Flash程序后，一旦做成产品，修改程序变得繁琐，从而难以对产品进行后期的维护和更新。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于树莓派和FPGA的配置电路及方法，使得系统更加灵活和通用。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于树莓派和FPGA的配置电路，包括一块树莓派RaspberryPi3的板子、一片Flash芯片和Xilinx系列的FPGA芯片；采用两种配置方式配置FPGA芯片，并且利用树莓派RaspberryPi3自带的WiFi固件和以太网口实现在线的系统升级；树莓派RaspberryPi3配置FPGA芯片总计用到了20个GPIO口，其中17个连接到FPGA，分别是M[2:0]、DONE、CCLK、DATA[7:0]，用来直接配置FPGA；另外还有4个GPIO口接到Flash芯片，4个GPIO口用的是树莓派RaspberryPi3专用的SPI传输接口，分别是SPI_CLK、SPI_CE、SPI_MOSI、SPI_MISO，其中CCLK与SPI_CLK共用同一个GPIO口。进一步地，采用两种配置方式配置FPGA芯片，具体为：通过树莓派RaspberryPi3的GPIO口直接配置FPGA芯片，或者是树莓派RaspberryPi3将文件传输到Flash芯片，再由Flash芯片在上电的时候加载到FPGA。进一步地，利用树莓派RaspberryPi3自带的WiFi固件和以太网口实现在线的系统升级，具体为：通过树莓派RaspberryPi3自带的WiFi固件，联网即可下载安装包，再由树莓派RaspberryPi3下载到FPGA芯片，实现版本的升级；在没有WiFi的情况下，通过网线接入以太网口实现联网。一种基于树莓派和FPGA的配置方法，采用两种配置方式配置FPGA芯片，第一种配置方式为：采用从并配置模式，通过树莓派RaspberryPi3的GPIO口直接配置FPGA芯片；该模式下，树莓派实现的功能：产生时钟CCLK、传送配置数据到FPGA和检测FPGA回传的DONE信号；第二种配置方式为：采用SPI配置模式，通过先由树莓派RaspberryPi3传给Flash芯片，再由Flash芯片加载到FPGA芯片；该模式下，树莓派RaspberryPi3通过SPI传输方式将.mcs文件传到Flash芯片，然后再由Flash芯片在上电的时候加载到FPGA。进一步地，所述第一种配置方式，具体如下：树莓派RaspberryPi3配置FPGA采用的是从并模式，M[2：0]＝110，占用了14根引脚，包括数据线8根，6根配置线：DONE、CCLK、树莓派RaspberryPi3从SD卡中读取.bit文件然后发给FPGA芯片，流程如下：(1)如果从并总线上只有一个器件，拉低(2)如果不需要读反馈，拉低(3)被拉高时，M[2:0]的值被采样；(4)在拉低之前拉低；(5)拉低，进入从并模式界面；(6)拉低后的第一个CCLK的上升沿，加载第一个字节；(7)后续字节流在每个CCLK的上升沿加载；(8)当最后一个字节加载完毕后，器件进入STARTUP流程；(9)STARTUP流程持续至少8个CCLK周期；(10)STARTUP流程期间，DONE信号被拉高；(11)配置完成后，拉高(12)拉高后，拉高。进一步地，所述第二种配置方式，具体如下：树莓派RaspberryPi3写串行Flash芯片，再由Flash芯片上电加载配置FPGA芯片，Flash芯片的4个SPI引脚全部与树莓派RaspberryPi3相连，所有指令都通过这4个脚串行移位输入，在SPI串行Flash芯片配置模式下，M[2：0]＝001，FPGA上电后，通过外部SPI串行Flash芯片PROM完成配置，配置时钟由FPGA芯片提供，流程如下：(1)先拉低信号，接着拉低(2)被拉高时，M[2:0]的值被采样；(3)拉低，进入SPI模式界面；(4)MOSI开始发送命令到Flash，先写8bit的ReadCMD，再写24bit的Address；(5)MISO开始接收Flash发送过来的bit流；(6)配置完成后，拉高MOSI和DONE。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)设计灵活，两种配置方案使得该信号处理板适用的场合更加广泛；(2)可以实现远程的系统升级，实现在线更新下载，方便完善和改进工作。附图说明图1是本专利技术基于树莓派和FPGA的配置电路的连接框图。图2是本专利技术中树莓派配置FPGA所用的时序图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。基于嵌入式处理器的配置解决方案可以支持高级FPGA配置应用程序，并减少电路板的设计面积，因而深受开发工程师的欢迎。树莓派是一款基于ARM的微型电脑主板，它的外形只有一张信用卡的大小。以MicroSD卡为内存硬盘，卡片主板周围有4个USB接口和一个以太网接口，可连接键盘、鼠标和网线，同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口，具备所有PC的基本功能。同时树莓派自带的WiFi固件和以太网口能够方便地将微处理器连接到网络，继而可以实现在线的下载。结合图1，本专利技术基于树莓派和FPGA的配置电路，包括一块树莓派RaspberryPi3的板子、一片Flash芯片和Xilinx系列的FPGA芯片；采用两种配置方式配置FPGA，并且利用树莓派带的WiFi固件和以太网口实现在线的系统升级；树莓派配置FPGA总计用到了20个GPIO口，其中17个连接到FPGA，分别是M[2:0]、DONE、CCLK、DATA[7:0]，用来直接配置FPGA，除了CCLK之外，其余引脚没有特别的约束条件，接到树莓派的通用引脚即可。另外还有4个GPIO口接到Flash，用的是树莓派专用的SPI传输接口，分别是SPI_CLK、SPI_CE、SPI_MOSI、SPI_MISO，其中CCLK与SPI_CLK共用的同一个GPIO口。进一步地，采用两种配置方式配置FPGA芯片，具体为：通过树莓派RaspberryPi3的GPIO口直接配置FPGA芯片，或者是树莓派RaspberryPi3将文件传输到Flash芯片，再由Flash芯片在上电的时候加载到FPGA。。进一步地，利用树莓派RaspberryPi3自带的WiFi固件和以太网口实现在线的系统升级，具体为：通过树莓派RaspberryPi3自带的WiFi固件，联网即可下载安装包，再由树莓派RaspberryPi3下载到FPGA芯片，实现版本的升级；在没有W本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于树莓派和FPGA的配置电路，其特征在于，包括一块树莓派Raspberry Pi 3的板子、一片Flash芯片和Xilinx系列的FPGA芯片；采用两种配置方式配置FPGA芯片，并且利用树莓派Raspberry Pi 3自带的WiFi固件和以太网口实现在线的系统升级；树莓派Raspberry Pi 3配置FPGA芯片总计用到了20个GPIO口，其中17个连接到FPGA，分别是M[2:0]、

【技术特征摘要】
1.一种基于树莓派和FPGA的配置电路，其特征在于，包括一块树莓派RaspberryPi3的板子、一片Flash芯片和Xilinx系列的FPGA芯片；采用两种配置方式配置FPGA芯片，并且利用树莓派RaspberryPi3自带的WiFi固件和以太网口实现在线的系统升级；树莓派RaspberryPi3配置FPGA芯片总计用到了20个GPIO口，其中17个连接到FPGA，分别是M[2:0]、DONE、CCLK、DATA[7:0]，用来直接配置FPGA；另外还有4个GPIO口接到Flash芯片，4个GPIO口用的是树莓派RaspberryPi3专用的SPI传输接口，分别是SPI_CLK、SPI_CE、SPI_MOSI、SPI_MISO，其中CCLK与SPI_CLK共用同一个GPIO口。2.根据权利要求1所述的基于树莓派和FPGA的配置电路，其特征在于，采用两种配置方式配置FPGA芯片，具体为：通过树莓派RaspberryPi3的GPIO口直接配置FPGA芯片，或者是树莓派RaspberryPi3将文件传输到Flash芯片，再由Flash芯片在上电的时候加载到FPGA。3.根据权利要求1所述的基于树莓派和FPGA的配置电路，其特征在于，利用树莓派RaspberryPi3自带的WiFi固件和以太网口实现在线的系统升级，具体为：通过树莓派RaspberryPi3自带的WiFi固件，联网即可下载安装包，再由树莓派RaspberryPi3下载到FPGA芯片，实现版本的升级；在没有WiFi的情况下，通过网线接入以太网口实现联网。4.一种基于树莓派和FPGA的配置方法，其特征在于，采用两种配置方式配置FPGA芯片，第一种配置方式为：采用从并配置模式，通过树莓派RaspberryPi3的GPIO口直接配置FPGA芯片；该模式下，树莓派实现的功能：产生时钟CCLK、传送配置数据到FPGA和检测FPGA回传的DONE信号；第二种配置方式为：采用SPI配置模式，通过先由树莓派RaspberryPi3传给Flash芯片，再由Fl...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇飞，冯涵，杨建超，曹鑫泉，顾红，苏卫民，陆锦辉，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32