采用VHDL语言在CPLD内部编程实现Flash读取控制设计

1、概述

本设计已实用于国家863计划“可扩展到T比特的高性能IPv4/v6路由器基础平台及实验系统”项目中。其主要功能是对主控部分的FPGA读取Flash进行控制。

在本项目中，主控部分的FPGA在重启时需要从Flash中下载初始化程序。当下载完成后，FPGA仍会根据需要从Flash相应地址读取数据。这就要求在FPGA和Flash之间有一块控制逻辑来控制对Flash的读取。本设计就是完成的对这块控制逻辑的具体实现。

本文用VHDL语言在CPLD内部编程将其实现。本文第2节给出用VHDL语言在CPLD内部编程实现Flash读取的过程，第3节对全文进行概括总结。

2、实现

2．1 器件的选择

我们选用Xilinx公司XC9500XL 3.3V ISP 系列XC95288XL-7TQ144I芯片。XC95288xl是一个3.3V的低电压、高效的CPLD，在通信和计算机系统中的有广泛的应用。它包含16个54V18个功能块，提供了6400个可用的门电路，这些门电路的传播延时为6ns.

对于Flash，项目中选择了Intel公司的Intel StrataFlash系列的256-Mbit J3型Flash.其数据宽度可分别支持8位或者16位。

2．2 实现中的问题及解决方法

项目中选用的Flash的输出为16位，而向FPGA输出的数据为32位，因此产了数据宽度不匹配的问题，解决的方法有两种：

第一 使用两块相同的Flash，分别将其输出的数据送入FPGA接口的高16位和低16位；其缺点是需要增加一块Flash，从而成本增加。

第二 采用降低读取速度的方法，把从一块Flash中连续两次读取的16位数据拼接起来，组成一组32位的数据后送入FPGA接口。

出于对成本和复杂度的考虑，在此设计中我们采取了第二种方法加以实现。

2．3 基本设计模块图

2．4 用VHDL进行实现（注：实体部分定义可分别参见模块图中的划分）

Flash control 1

process（reset，gclk）

begin

if reset =”0“ then

count_reset 《=”0“;

elsif gclk”event and gclk =“1” then

count_reset 《= not（count（4） and count（3） and count（2））;

end if;

end process;

process（count_reset，gclk）

begin

if count_reset =“0” then

count 《=（others =》“0”）;

elsif gclk“event and gclk =”1“ then

count 《=count +1;

end if;

end process;

process（count_reset，reset，enable）

begin

if reset =”0“ then

F_CS 《=”1“;

F_OE 《=”1“;

F_WE 《=”1“;

elsif count_reset =”0“ then

F_CS 《= ”1“;

F_OE 《= ”1“;

F_WE 《= ”1“;

elsif enable”event and enable =“1” then

F_Abus 《= C_Abus;

F_CS 《= “0”;

F_OE 《= “0”;

F_WE 《= “1”;

C_Dbus 《= F_Dbus;

end if;

end process;

Flash control 2

d_count_rst 《= not（d_count（1） and （not d_count（0）） and empty）;

sig_WD 《= not（d_count（1） and （not d_count（0）））;

WR_DATA 《= sig_WD;

process（gclk，d_count）

begin

if reset =“0” then

d_count 《= “1”;

elsif F_CS = “1” then

d_count1 《= not d_count1 ;

if gclk“event and gclk =”1“ then

d_count2 《= d_count1;

d_count 《= d_count2;

end if;

end if;

end process;

process（reset，d_count，C_Dbus）

begin

if reset = ”0“ then

data_adder 《= （others =》”0“）;

elsif d_count”event and d_count = “0” then

data_adder（31 downto 16） 《= C_Dbus;

elsif d_count“event and d_count = ”1“ then

data_adder（15 downto 0） 《= C_Dbus;

end if;

end process;

enable 《= enable1 and enable2;

process（reset，d_count，F_CS）

begin

if reset = ”0“ or F_CS = ”0“ then

enable1 《= ”1“;

enable2 《= ”1“;

elsif d_count”event then

if gclk“event and gclk =”1“ then

enable1 《= ”0“;

enable2 《= not enable1;

end if;

end if;

end process;

process（reset，F_CS）

begin

if reset = ”0“ then

address《= X”400000“;

elsif F_CS = ”1“ then

C_Abus 《= address;

address 《= adderss +1;

end if;

end process;

process（reset，F_CS）

begin

if reset = ”0“ then

address《= X”400000“;

data_adder 《=（others =》”0“）;

elsif F_CS = ”1“;

address 《= adderss +1;

end if;

end process;

process（d_count2，F_CS）

begin

if F_CS = ”0“ then

enable1 《= ”1“;

enable 《= ”1“;

elsif d_count2 = ”00“ or d_count2 = ”01“ then

enable 《= ”0“;

end if;

end process;

process（gclk，sig_WD）

begin

if sig_WD = ”1“ then

Pulse_RW 《=”1“;

elsif gclk”event and gclk =“1” then

W_D1 《= sig_WD;

W_D2 《= W_D1;

if empty =“0” then

data_adder1 《= data_adder;

Pulse_RW 《= （W_D1 or （not W_D2））;

end if;

end if;

end process;

（注：此程序在Xilinx公司的ISE6.2i环境下用VHDL编程实现，其仿真波形见下图）

3、 结束语

在实际应用中，以此CPLD对Flash的读取进行控制。仿真结果及最后的实际调试都表明该设计符合项目的要求。在程序中通过对读取的记数控制，本设计可以在不增加Flash片数的情况下支持16/32/64位的数据输出宽度。可以节约一定的成本，具有相当的灵活性和实用性。

责任编辑：gt

（注：此程序在Xilinx公司的ISE6.2i环境下用VHDL编程实现，其仿真波形见下图）

图2 Flash control 1仿真图

图3 Flash control 2仿真图

3 、结束语

在实际应用中，以此CPLD对Flash的读取进行控制。仿真结果及最后的实际调试都表明该设计符合项目的要求。在程序中通过对读取的记数控制，本设计可以在不增加Flash片数的情况下支持16/32/64位的数据输出宽度。可以节约一定的成本，具有相当的灵活性和实用性。

责任编辑：gt