FPGA中增加SPI和BPI配置模式

在Xilinx新一代的FPGA中增加了SPI和BPI配置模式，好处是成本低、设计者选择余地大及配置方便等优点。例如，Spartan-3E器件支持多种Vendor(生产商)提供的SPI和BPIFlash产品。对于SPI Flash器件可以通过Xilinx的Cable-Ⅲ(JTAG)或Cable-IV电缆直接配置；对于BPI Flash器件，则需要利用FPGA中所创建的MicroBlaze或PicoBlaze内核并运行该内核(引擎)，然后通过Xilinx的Cable-Ⅲ(JTAG)Cable-IV电缆配置。

以下采用Spartan-3E器件的SPI和BPI Flash配置为例，详细地说明配置电路社设计要求。

(1) SPI Flash设计

Spartan-3E器件支持大多数主流Vendor的SPI Flash器件作为配置芯片，由于不同Vendor所提供的SPI Flash具有不同的命令和格式，因此需要通过Spartan-3E器件的VS2、VS1及VS0来选择。具体选择何种模式，请参考Xilinx的器件手册。SPI Flash器件与FPGA的连接和配置原理图如图1所示，图2和图3所示为两种最常用的选择方式。注意，图1中的6芯插头仅用于配置SPI Flash器件，不能配置FPGA，FPGA的配置请参考图2和图3。

图1 SPI Flash器件与FPGA的连接和配置原理

图2 STMicro的SPI Flash与Spartan-3的连接

图3 Atmel的SPI Flash与Spartan-3E的连接示意

利用JTAG电缆配置SPI Flash器件配置时需注意如下问题:

由于FPGA与SPI Flash器件存在MOSI、DIN、CSO_B和CCLK共4根连线，所以配置时，FPGA会干扰配置过程。为了保证这4个信号脚保持高阻(HI－Z)，需要将 PROG_B接地(建议在PROG_B与地之间接一个10 μF电容和跳线器)。

采用Xilinx的工具(iMPACT)和软件(XSPI)配置时，一定要选择STMicro公司和Atmel公司的SPI Flash器件。对于其他Vendor所提供的SPI Flash器件，可以采用离线方式(off-board programmlng)编程或选择与STMicro或Atme1接近的器件。

Spartan-3E器件支持大多数主流Vendor的并行NOR Fash器件作为配置芯片。在BPI配置模式中，通过模式引脚(M2、M1和MO)的选择，可实现地址递增(Up)和地址递减(Down)配置，因此在一片NOR Fash中至少可以存放两个不同的设计文件。在Spartan-3A／3AN／3A DSP器件中增加了多重配置功能，可以选择更多的配置文件。