[發明專利]基于樹莓派和FPGA的配置電路及方法

在審

• 申請號: 201711293023.6
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN109902054A
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 王宇飛;馮涵;楊建超;曹鑫泉;顧紅;蘇衛民;陸錦輝
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F13/42
• 分類號: G06F13/42;G06F13/40
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

1.一種基于樹莓派和FPGA的配置電路，其特征在于，包括一塊樹莓派Raspberry Pi 3的板子、一片Flash芯片和Xilinx系列的FPGA芯片；采用兩種配置方式配置FPGA芯片，并且利用樹莓派Raspberry Pi 3自帶的WiFi固件和以太網口實現在線的系統升級；

樹莓派Raspberry Pi 3配置FPGA芯片總計用到了20個GPIO口，其中17個連接到FPGA，分別是M[2:0]、DONE、CCLK、DATA[7:0]，用來直接配置FPGA；另外還有4個GPIO口接到Flash芯片，4個GPIO口用的是樹莓派Raspberry Pi 3專用的SPI傳輸接口，分別是SPI_CLK、SPI_CE、SPI_MOSI、SPI_MISO，其中CCLK與SPI_CLK共用同一個GPIO口。

2.根據權利要求1所述的基于樹莓派和FPGA的配置電路，其特征在于，采用兩種配置方式配置FPGA芯片，具體為：

通過樹莓派Raspberry Pi 3的GPIO口直接配置FPGA芯片，或者是樹莓派Raspberry Pi3將文件傳輸到Flash芯片，再由Flash芯片在上電的時候加載到FPGA。

3.根據權利要求1所述的基于樹莓派和FPGA的配置電路，其特征在于，利用樹莓派Raspberry Pi 3自帶的WiFi固件和以太網口實現在線的系統升級，具體為：

通過樹莓派Raspberry Pi 3自帶的WiFi固件，聯網即可下載安裝包，再由樹莓派Raspberry Pi 3下載到FPGA芯片，實現版本的升級；

在沒有WiFi的情況下，通過網線接入以太網口實現聯網。

4.一種基于樹莓派和FPGA的配置方法，其特征在于，采用兩種配置方式配置FPGA芯片，

第一種配置方式為：采用從并配置模式，通過樹莓派Raspberry Pi 3的GPIO口直接配置FPGA芯片；該模式下，樹莓派實現的功能：產生時鐘CCLK、傳送配置數據到FPGA和檢測FPGA回傳的DONE信號；

第二種配置方式為：采用SPI配置模式，通過先由樹莓派Raspberry Pi 3傳給Flash芯片，再由Flash芯片加載到FPGA芯片；該模式下，樹莓派Raspberry Pi 3通過SPI傳輸方式將.mcs文件傳到Flash芯片，然后再由Flash芯片在上電的時候加載到FPGA。

5.根據權利要求4所述的基于樹莓派和FPGA的配置方法，其特征在于，所述第一種配置方式，具體如下：

樹莓派Raspberry Pi 3配置FPGA采用的是從并模式，M[2：0]＝110，占用了14根引腳，包括數據線8根，6根配置線：DONE、CCLK、樹莓派RaspberryPi 3從SD卡中讀取.bit文件然后發給FPGA芯片，流程如下：

(1)如果從并總線上只有一個器件，拉低

(2)如果不需要讀反饋，拉低

(3)被拉高時，M[2:0]的值被采樣；

(4)在拉低之前拉低；

(5)拉低，進入從并模式界面；

(6)拉低后的第一個CCLK的上升沿，加載第一個字節；

(7)后續字節流在每個CCLK的上升沿加載；

(8)當最后一個字節加載完畢后，器件進入STARTUP流程；

(9)STARTUP流程持續至少8個CCLK周期；

(10)STARTUP流程期間，DONE信號被拉高；

(11)配置完成后，拉高

(12)拉高后，拉高。

6.根據權利要求4所述的基于樹莓派和FPGA的配置方法，其特征在于，所述第二種配置方式，具體如下：

樹莓派Raspberry Pi 3寫串行Flash芯片，再由Flash芯片上電加載配置FPGA芯片，Flash芯片的4個SPI引腳全部與樹莓派Raspberry Pi 3相連，所有指令都通過這4個腳串行移位輸入，在SPI串行Flash芯片配置模式下，M[2：0]＝001，FPGA上電后，通過外部SPI串行Flash芯片PROM完成配置，配置時鐘由FPGA芯片提供，流程如下：

(1)先拉低信號，接著拉低

(2)被拉高時，M[2:0]的值被采樣；

(3)拉低，進入SPI模式界面；

(4)MOSI開始發送命令到Flash，先寫8bit的Read CMD，再寫24bit的Address；

(5)MISO開始接收Flash發送過來的bit流；

(6)配置完成后，拉高MOSI和DONE。