一种基于VC++程序的FPGA重配置方案设计

文章摘要：2 可重配置软件方案用户发送配置数据流到EPCS对FPGA进行配置的结构图如图2所示，其中PC机部分为上位机配置控制的用户软件宿主。配置控制软件主要包括用户应用程序(Win32应用程序)、仪器驱动程序、总线驱动程序三部分，总线驱动位于整个软件系统的最底层，可通过硬件抽象层(HAL)直接与硬件进行交流。仪器驱动位于总线驱动和用户应用程序之间。它对上可为屏蔽底层工作细节提供应用程序调用的接口函数，对下则可发送命令或接收数据。用户应用程序则位于软件结构的最上层，可通过调用仪器驱动程序，间接地与底层进行交互。其结构图如图3所示。Windows XP操作系统中的驱动程序开发主要是基于Win32模式驱动

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　　2  可重配置软件方案

　　用户发送配置数据流到EPCS对FPGA进行配置的结构图如图2所示，其中PC机部分为上位机配置控制的用户软件宿主。配置控制软件主要包括用户应用程序(Win32应用程序)、仪器驱动程序、总线驱动程序三部分，总线驱动位于整个软件系统的最底层，可通过硬件抽象层(HAL)直接与硬件进行交流。仪器驱动位于总线驱动和用户应用程序之间。它对上可为屏蔽底层工作细节提供应用程序调用的接口函数，对下则可发送命令或接收数据。用户应用程序则位于软件结构的最上层，可通过调用仪器驱动程序，间接地与底层进行交互。其结构图如图3所示。

　　Windows XP操作系统中的驱动程序开发主要是基于Win32模式驱动程序，即基于WDM(Win32 Driver Model)。在WDM驱动模型中，每个硬件设备至少有两个驱动程序：总线驱动程序和功能驱动程序。其中总线驱动程序由Windows提供，需要考虑的是负责实现PCI设备逻辑功能的功能驱动程序。所以，驱动程序分为以动态链接库形式的仪器驱动程序和以WDM格式的底层的接口驱动程序。前者用于实现对目标硬件的操作，即下载配置数据流对FPGA的配置；后者则可实现资源分配、接口管理及数据的控制传输。

　　3配置数据分析

　　本设计中的应用软件所要下载的配置数据流是由硬件设计者根据需求提供的，是以二进制形式存储的.rpd文件。可以根据不同的FPGA来选择不同的外围存储芯片(如EPCS1，EPCS16)，从而生成不同大小的配置数据流。由于软件设计中，每次下发的数据一定，所以，由数据流的大小就能决定循环发送数据的次数。

　　由于硬件设计者提供的.rod文件中的数据并不是原始的配置数据，而是所要配置的数据经过反转生成的新的配置数据流，所以，要先将.rpd中的数据反转处理后再发送给硬件。通过用户界面可以二进制的形式打开.rod文件并读数，将配置数据流以单字节的形式暂存在一数组中，然后对数据进行反转处理。数组中每个单字节数据的反转过程为：unsigned char strl=DE，反转后为strl=7B，定义无符号char型变量bi(i为小于8的整数)，可由下面的转换完成：

　　由此可以得到：strl=7B。对反转处理生成的单字节数据经过组合处理后，最终便可得到对FPGA进行配置所需要的数据流。

　　4仪器驱动函数的设计

　　根据硬件设计，仪器驱动需将配置数据以长整型的形式发送，即32位。因为配置数据的长度为16位，所以发送数据时，每次要传两个数，高16位和低16位分别放一个数。当应用程序打开.rpd文件时，应将其中配置数据流保存在数组ww[f]中，而反转处理后得到的数据依然放在数组ww[f]中并覆盖原来的数据，然后根据公式(1)进行组合处理，以得到最终要发送的32位数据并保存在长整型数组comdata[f]中。数组comdata[j]中的每个数据实际上包含两个配置数据，第一个数放在高16位，第二个数放在低16位，依次类推。确定好数据后，便可以调用动态连接库中的发送数据函数并发送给硬件。

　　comdata[j]=(ww[i]<<24)∣(ww[i+1]<<16)∣(ww[i+2]<<8)∣ww[i+3](1)

　　应用程序可以通过DeviceI／OControl ( )函数和WDM进行通信，DeviceI／OControl ( )既可以读数据，也可以写数据，常用于数据量较小的情况下。在软件设计中，发送配置数据可通过调用DeviceI／OControl()完成。根据硬件要求，每次可下发1022个配置数据到cyclone (即循环发LONG型数据511次)，然后由cyclone给DSP一个中断信号，DSP接到中断信号后，即进入中断程序，开始接收配置数据。当应用程序调用发送数据函数时，可先确定要发送的配置数据大小，再计算发送的次数。为了尽可能的减小发送时间，有效完成数据的发送与配置，应在软件设计中建立与底层硬件的握手联系。用户每发送1022个数据便进入等待状态，在等待期间，DSP可把接收到的数据转化为EPCS所需要的配置数据流。当DSP处理完这段数据后，就给上层用户发送一个握手信号，用户接收到握手信号，便进入下一个1022的发送，如果最后一次发送的数据不够1022个，则用0xFFFF补足1022个数据，如此循环处理，直到数据发送完毕。发送完毕后，再给硬件继续发送一个配置命令，DSP接到该命令后，又开始对cyclone进行配置，从而完成整个配置过程。图4和图5分别是配置数据和发送数据的软件工作流程。

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