基于System ACE的FPGA全局动态可重配置的研究

现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)作为集成电路领域发展最快的一个分支，兼具ASIC电路的高性能和软件编程的灵活性，在数字逻辑系统中得到了非常广泛的应用。在主流的 FPGA中，绝大多数都采用了SRAM来存放配置数据，称为SRAM FPGA。这种FPGA的突出优点是可以进行多次配置。通过给FPGA加载不同的配置数据，即可令其实现不同的逻辑功能．FPGA这种可重配置的能力将给 数字系统的设计带来很大的方便。

FPGA的可重配置有两种方式：静态可重配置和动态可重配置翻。静态可重配置系统在它的整个应用运行中不再改变FPGA的结构。一般是指在系统(或 器件)上电以后，将存放在FPGA外部的非易失性存储器(如EEPROM)中的配置数据一次性加载到FPGA内部的配置存储器SRAM中，在系统运行期 间，SRAM中的配置数据始终保持不变；当系统再次启动时，则可以通过加载不同的配置数据来改变FPGA的逻辑功能。传统的FPGA采用静态配置的方法。 所以在应用它的生命周期中，其功能就不能再改变。除非上电重新配置。动态可重配置系统在系统工作运行过程中改变FPGA的结构．一般指在系统运行期间，随 时可以通过对FPGA的重新配置来改变其逻辑功能。而且并不影响系统其他部分的正常运行。根据可重配置部分的大小可分为全局动态可重配置和局部动态可重配 置13l。这里探讨了全局动态可重配置技术，并详细阐述使用Xilinx系统高级配置环境System ACE(System Advanced Configuration Environment)实现Virtex-5全局动态可重配置的关键问题。

1 System ACE技术
Xilinx提供系统高级配置环境(System ACE)是为了满足多FPGA空间有效性、高密度，配置解决方案的需要，该配置方案仅支持FPGA而不支持CPLD和PROM。System ACE是一种全新的在系统可编程配置解决方案。合理利用此技术可以方便的实现全局动态可重配置，实现FPGA的时分复用。提高资源利用率。System ACE CF饵决方案包括System ACE控制器和普通商用的CF卡2部分。图l所示为System ACE CF控制器框图。System ACE控制器有4个接口，其中Compact Flash接口。MPU接口，Test JTAG接121都可以通过Configuration JTAG接口来配置FPGA。这里主要采用Compact Flash接口的多个位流配置文件来实现FPGA的重配置。Compact Flash接口兼容标准的CF卡(最大8 GB)和日立的微驱动器件(最大6 GB)。

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