在當今變化的市場環境中，產品是否便于現場升級、是否便于靈活使用，已成為產品能否進入市場的關鍵因素。在這種背景下，Altera公司的基于SRAM LUT結構的FPGA器件得到了廣泛的應用。這類器件的配置數據存儲在SRAM中。由于SRAM的掉電易失性，系統每次上電時，必須重新配置數據，只有在數據配置正確的情況下系統才能正常工作。這種器件的優點是可在線重新配置ICR(In-Circuit Reconfigurability)，在線配置方式" title="配置方式">配置方式一般有兩類：一是通過下載電纜由計算機直接對其進行配置；二是通過微處理器對其進行配置。前者調試時非常方便，但在應用現場是很不現實的。因此，如果系統重新上電時，系統本身具有自動加載可編程邏輯器件的編程文件，完成對可編程邏輯器件的配置，就可以省去了通過手工由下載電纜對器件進行配置的過程。這種自動加載配置對FPGA的某些應用來說是必需的，在筆者參與研制的一種干擾系統中，利用單片機AT89C52對FLEX10K系列FPGA中的EPF10K10進行在線并行配置，取得了良好的效果。
1 FPGA器件的配置方式和配置文件
1.1 FPGA器件的配置方式
　　ALTERA公司生產的具有ICR功能的FPGA器件有FLEX6000、FLEX10K、APEX和ACEX等系列。它們的配置方式可分為PS(被動串行" title="被動串行">被動串行)、PPS(被動并行同步)、PPA(被動并行異步)、PSA(被動串行異步)和JTAG(Joint Test Action Group)等五種方式。這五種方式都適用于單片機配置。PS方式因電路簡單，對配置時鐘的要求相對較低而被廣泛應用。相比而言，采用PPA配置的方案卻很少見到。但由于PPA配置模式為并行配置，其配置速度快，且配置時鐘由FPGA內部產生(而PS等配置模式需要外加配置時鐘)，故其更有利于在線實現。本文的配置方案便是采用PPA配置方式實現的。
1.2 FPGA器件的配置文件
　　ALTERA的MAX+PLUS II開發工具可以生成多種配置或編譯文件，用于不同配置方法的配置系統。對于不同的目標器件，配置數據的大小不同，配置文件的大小一般由.rbf文件(即二進制文件)決定。本實例中，EPF10K10的配置文件.rbf的大小為15K。該文件包括所有的配置數據，一個字節的.rbf文件有8位配置數據。由于Altera提供的軟件工具不自動生成.rbf文件，故文件需按照下面的步驟生成：①在MAX+PLUS II編譯狀態下，選擇文件菜單中的變換SRAM目標文件命令；②在變換SRAM目標文件對話框，指定要轉換的文件并且選擇輸出文件格式為.rbf(Sequential)，之后予以確定。
2 硬件電路設計
　　AT89C52對EPF10K10并行配置的硬件電路示意圖如圖1所示。經MAX+PLUS II編譯生成配置文件(.sof)，通過格式轉換成為(.rbf)文件并存儲在圖中所示的存儲器中。當使用PPA配置方式時，需要將MSEL1和MSEL0置為高電平" title="高電平">高電平。為了不使DCLK出現不確定信號，必須將其經過1kΩ電阻上拉到Vcc。在采用PPA配置方式時，nCS和CS兩個片選信號只需用一個。因此，如果采用其中一個作為片選信號，另一個必須直接置為有效位；如果選用CS作為片選信號控制配置，nCS必須接地；如果選用nCS作為片選信號控制配置，CS必須接高電平。本實例中采用后者。nRS為讀選通輸入信號，它為低輸入時，FLEX10K將RDYnBSY信號置于DATA7引腳。當nRS不用時，必須將其置為高。nCE為FLEX10K器件的使能輸入，nCE為低時使能配置過程。當器件是單片配置時，nCE必須始終為低。由于本實例為單片配置，故將nCE直接接地。然后將EPF10K10的nCONFIG、CONF_DONE、nSTATUS、RDYnBSY分別接到AT89C52的P17、P14、P15、P13引腳上。DATA[7..0]接到AT89C52的P07~P00。nWS為寫選通輸入，由低到高跳變時鎖存DATA[7..0]引腳上的字節數據。要注意的是，nSTATUS引腳和CONF_DONE引腳是雙向漏極開路端口，在作輸出使用時，應該經過1.0kΩ的電阻上拉到Vcc。

3 軟件設計
3.1 配置原理
　　PPA配置方式的下載時序如圖2所示。由圖可以看出PPA模式的工作過程如下：
　　(1)啟動配置
　　在nCONFIG引腳上產生一個低脈沖，等待nSTATUS回應一個低脈沖以及CONF_DONE變低。在nCONFIG跳高后4μs，內nSTATUS也跳高，表明FPGA可以配置了。
　　(2)配置過程
　　在對FPGA進行配置時，單片機將8位的配置數據放在FPGA器件的數據端，并且給nWS一個負脈沖，在nWS的上升沿，FPGA器件將該字節配置數據鎖存；然后FPGA器件驅動RDYnBSY為低，表明它正在處理該字節信息，配置過程可以通過nCS或CS引腳暫停。當RDYnBSY為低電平時，FLEX10K器件利用其內部振蕩器(其頻率一般為10MHz)在其內部將每一個字節的配置數據串行化。當FLEX10K器件準備接收下一個配置數據時，就使RDYnBSY變高。單片機檢測該高電平信號后，送出下一個字節的數據。這一過程一直持續到全部數據配置完成。在配置過程中，系統需要進行實時監測，一旦出現錯誤，nSTATUS將被拉低，系統必須能識別出這個信號，并重新啟動配置過程。
　　(3)結束配置
　　配置數據全部正確寫入芯片內部后，器件釋放CONF_DONE，由外部將其拉高。如果單片機檢測到這個信號，則表明配置成功；否則，要對其重新配置。PPA方式時序參數如表1所示。

3.2 配置軟件設計
　　單片機實現配置過程的控制程序流程圖如圖3所示。
　　匯編程序設計如下：
　　nCONFIG　　EQU　　　　P1.7
　　nSTATUS　　EQU　　　　P1.5
　　RDYnBSY　　 EQU　　　　P1.3
　　CONF_DONE　　EQU　　　　P1.4
　　ORG　　0000H
　　LJMP MAIN
　　ORG　　0030H
　　;對數據長度" title="數據長度">數據長度相關進行初始化,其中所要配置的數據長度放在地址為0000H和0001H中
　　;0000H放數據長度的低位，0001H放數據長度的高位
　　;從0002H開始放置的是所要配置的數據
　　MAIN: MOV DPTR,#0000H
　　MOVX A,@DPTR
　　MOV R3,A; R3放配置數據個數的低位
　　MOV DPTR,#0001H
　　MOVX A,@DPTR
　　MOV R4,A; R4放配置數據個數的高位
　　MOV R5,#00H ;放配置數據個數的低位
　　MOV R6,#00H ;放配置數據個數的高位
　　;以下是將數據進行配置的子程序
　　COFIG:　　MOV DPTR,#0002H
　　CLR P1.7
　　ACALL DELAY4 ;延時約為15μs
　　JB nSTATUS,COFIG ;檢測FPGA是否響應置低位
　　SETB nCONFIG ;FPGA響應置低位后，將nCONFIG置高位
　　STA_JUDGE: JB nSTATUS,COFIG_BEG ;等待FPGA是否響應置高位，然后準備進行配置
　　LJMP STA_JUDGE
　　COFIG_BEG: ACALL DELAY2
　　LJMP SEND_DATA
　　READY_DATA1:JNB nSTATUS,COFIG
　　SEND_DATA: MOVX A,@DPTR ;讀取數據
　　PUSH DPH
　　PUSH DPL
　　MOV DPTR,#7000H ;讀入FPGA地址
　　JNB P1.3,＄ ;判斷RDYnBSY的狀態
　　MOVX　　@DPTR,A ;配置數據
　　POP DPL
　　POP DPH
　　INC DPTR　　　　　;以下實現配置個數的判斷
　　CLR C;
　　MOV A,#01H
　　ADD A,R5
　　MOV R5,A
　　MOV A,#00H
　　ADDC A,R6
　　MOV R6,A
　　MOV A,R5
　　CJNE A,03H,RESESH_COFIG
　　MOV A,R6
　　CJNE A,04H,RESESH_COFIG
　　CON_REFRESH: ACALL DELAY2 ;延時5μs,
　　JB P1.4,END1 ;判斷CONF_DONE的狀態，看是否配置成功
　　LJMP COFIG
　　RESESH_COFIG: LJMP READY_DATA1
　　；延時子程序，延時約為5μs
　　DELAY2: NOP
　　NOP
　　NOP
　　NOP
　　NOP
　　RET
　?。谎訒r子程序，延時約為15μs
　　DELAY4:　　MOV R1,#08H
　　DJNZ R1,＄
　　RET
　　END1:　　　　END