FPGA廣泛應(yīng)用在電子通信領(lǐng)域，其安全性引起了注意，本文針對安全配置提出了解決方案。

　　現(xiàn)場可編程門陣列FPGA(Field Programmablc Gate Array)是基于門陣列方式為用戶提供可編程資源的，其內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)的形成是由配置數(shù)據(jù)決定的。采用在線可重配置方式ICR(In-Circuit Reconfigurability)將這些配置數(shù)據(jù)配置到FPGA內(nèi)部SRAM中，但由于SRAM的易失性，每次上電時(shí)，都必須對FPGA重新進(jìn)行配置，從而實(shí)現(xiàn)用戶編程所要實(shí)現(xiàn)的功能。

　　以前的設(shè)計(jì)大多是將配置數(shù)據(jù)存放在FPGA組成的系統(tǒng)上，本文提出將配置數(shù)據(jù)存放在使用者自己攜帶的外部存儲器(如可加密的U盤)中。使用前將U盤接入FPGA組成的系統(tǒng)，系統(tǒng)上電時(shí)由單片機(jī)控制讀出配置數(shù)據(jù)，再傳送給FPGA進(jìn)行配置。這樣做優(yōu)點(diǎn)很多：修改、升級簡便，現(xiàn)場保密性強(qiáng)，安全性高;可多人分時(shí)使用同一硬件系統(tǒng)，同一硬件系統(tǒng)插入不同的配置U盤就可以實(shí)現(xiàn)不同的功能，可以方便地存儲大容量配置數(shù)據(jù)或多個(gè)配置數(shù)據(jù)文件等;同時(shí)，符合計(jì)算機(jī)和嵌入式系統(tǒng)的熱點(diǎn)USB OTG(On The Go，移動(dòng)U

　　SB)技術(shù)趨勢，是具有創(chuàng)新的設(shè)計(jì)。

　　1 FPGA的配置方式和配置數(shù)據(jù)文件

　　1.1 FPGA的配置方式

　　以Altera公司的FPGA器件為例，有2類配置下載方式：主動(dòng)配置和被動(dòng)配置。主動(dòng)配置方式是由FPGA器件主動(dòng)引導(dǎo)配置操作，從外圍專用配置芯片(如EPC4)中獲得配置數(shù)據(jù)的過程;被動(dòng)配置方式則是由外部計(jì)算機(jī)或控制器控制配置過程。

　　以Mercury、APEX 20K(2.5V)、ACEX 1K和FLEX10K系列FPGA為例，配置方式有：被動(dòng)串行PS(PasiveSerial)、被動(dòng)并行同步PPS(Passive Parallel Synchronous)、被動(dòng)并行異步PPA(Passive Parallel Asyn-chronous)和JTAG(Jont Test Action Group)等。具體配置方式由方式選擇引腳MSEL1和MSELO的邏輯電平組合決定。

　　基于SRAM LUT(查找表)結(jié)構(gòu)的FPGA采用在線可重配置方式ICR。以配置方式PS為例，可通過下載電纜南計(jì)算機(jī)直接對FPGA器件進(jìn)行配置。這種方法在設(shè)計(jì)調(diào)試時(shí)非常方便，但在現(xiàn)場應(yīng)用巾是很不現(xiàn)實(shí)的。上電后自動(dòng)加載對FPGA器件進(jìn)行配置是實(shí)際必須的，有許多方法，例如專用配置芯片(如EPC4)配置、單片機(jī)控制配置、MAX3000A控制F1ash存儲器配置、PCI總線配置、Internet配置、PSD(Programmable System Devices可編程器件)配置等。

　　1.2 FPGA的配置數(shù)據(jù)文件

　　Altera公司的Quartus II開發(fā)工具可以生成多種配置或編譯文件，用于不同配置方式。對于不同的目標(biāo)器件，編譯后開發(fā)工具會(huì)根據(jù)指定的FPGA器件自動(dòng)生成“.sof(SRAM Object File)”和“.pof(Programmer ObjectFile)”配置文件。“.sof”配置文件是由下載電纜將其下載到FPGA中的;“.pof”配置文件是存放在配置器件里的。用單片機(jī)配置時(shí)，要將“.sof”文件轉(zhuǎn)換成“.rbf(Raw BinaryFile)”文件，可打開QuartusII的File菜單，單擊ConvertProgramming Fiks進(jìn)行轉(zhuǎn)換。配置文件的大小隨FPGA器件的不同而不同，例如EPFlOKlO的配置文件“.sof”和“.rbf”的大小為15KB。

　　2 單片機(jī)配置FPGA設(shè)計(jì)

　　2.1 單片機(jī)配置FPGA的優(yōu)點(diǎn)

　　在實(shí)際應(yīng)用中，單片機(jī)控制配置FPGA，對于保密和升級，以及實(shí)現(xiàn)多任務(wù)電路結(jié)構(gòu)重配置和降低配置成本，都是很好的選擇。配置方式PS、PPS和PPA均可以用單片機(jī)控制配置。

　　由單片機(jī)和外部存儲器組成配置FPGA電路，將配置數(shù)據(jù)寫入外部存儲器，系統(tǒng)上電時(shí)再由單片機(jī)控制對FPGA進(jìn)行配置。也可將多個(gè)配置文件分區(qū)存儲到外部存儲器中，然后由單片機(jī)接收不同的命令，選擇讀取不同存儲區(qū)的數(shù)據(jù)配置到FPGA器件，從而實(shí)現(xiàn)多任務(wù)電路結(jié)構(gòu)重配置，在線配置成多種不同的電路功能;代替了價(jià)格昂貴的不可擦寫和可擦寫配置芯片，降低了成本。

　　2.2 配置數(shù)據(jù)存儲在U盤

　　在銀行等保密行業(yè)，如果要求安全和保密程度非常高，那么一定要有權(quán)限的使用者才能使用，或由不同的用戶分時(shí)使用同一臺FPGA組成的系統(tǒng)。最好是不要將配置數(shù)據(jù)存放在FPGA組成的系統(tǒng)上，而是將配置數(shù)據(jù)存放在使用者自己攜帶的外部存儲器(如U盤)中(對U盤的讀/寫還可以加密);使用前將存放配置數(shù)據(jù)的外部存儲器接入FPGA組成的系統(tǒng)，系統(tǒng)上電時(shí)冉由單片機(jī)控制對FPGA進(jìn)行配置就可以了。

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