基于GSM通信和动态重构技术的FPGA动态配置

　　随着现场可编程门阵列的广泛应用，对其进行灵活的重新配置的研究也越来越多。目前绝大多数FPGA都是基于查找表LUT（Look UP Table）的技术，采用SRAM工艺生产。这种工艺的FPGA有两层结构，上层为配置存储器，下层是硬件逻辑层。通过上层配置信息控制硬件层门电路的通断，改变芯片内基本逻辑块的布线，从而形成特定的功能。这种架构为动态重构技术实现提供了可能。一个FPGA大型数字系统总是由很多功能模块组合而成，这样各个系统模块的激活状态就可能在时间轴上产生分离，时间上分离的模块就可以共用一个硬件逻辑区，根据需要对这个逻辑区动态地改变配置，实现不同的功能，这就是局部动态重构［1］。FPGA的动态重构使其应用更加灵活，减少了硬件的资源消耗，缩短了开发周期。但是对一些特殊场合，如深海数据采集或机器人野外勘探，开发者可以为某个系统模块设计几个功能，设备在自主运行过程中根据需要选择相应的配置数据进行配置。如果遇到特殊环境，事先设计的功能有可能不适合工作要求，需要增加新的功能。在目前硬件进化技术还无法进行实际应用的情况下，本文设计了一种远程动态重构的系统来解决上述问题。

　　1 远程动态重构系统的结构

　　远程动态重构系统有PowerPC处理器和89C54微控制器两个核心。VirtexII-Pro FPGA内部集成有2个PowerPC405嵌入式处理器［2］，本文系统使用其中一个，实现对动态重构进行控制和调配。FPGA内部用于对局部重构区域PRR进行重新配置的硬件模块有3个，分别是嵌入式内核PowerPC、系统高级配置环境System ACE和内部配置访问通道ICAP。System ACE是一种在系统编程的高级配置解决方案，它提供CF（Compact Flash）、MPU和Test JTAG等多个接口，本系统采用CF卡作为配置数据的来源，可以更方便地改变和存储配置数据。ICAP的主要作用就是按照特定时序将配置数据重新配置到PRR中［3］。

　　远程数据传输通过外接控制器89C54完成，一方面控制器要通过UART接口接收GSM模块TC35传来的数据；另一方面要把接收到的配置数据写入CF卡中，以供FPGA系统读取。

　　System ACE和89C54控制器共用CF卡的控制接口。为避免互相影响，本系使用多路复用器将CF卡端口做分时复用处理，即配置过程中与System ACE连接，而数据传输存储过程中与89C54进行连接。远程动态重构系统结构如图1所示。