關鍵詞： FPGA , 國產 , 國產FPGA , 試用

作者：特權同學

有幾點關于代碼和數據存儲區配置的一些疑問，麻煩解答一下：      

問：代碼存儲器可以選擇OTP或者 extension memory，一般在最終軟件定型后使用OTP沒有問題，而在調試過程中會選擇extension memory。extension memory里有三類：EMB、SRAM和Custom，通常代碼存儲器應該是非易失存儲器，而你們這里列出來的EMB和SRAM都是下電易失的，這一點我不是很明白？難道說extension memory只是在KeilC處于debug模式時代碼運行的存儲區，而非代碼下電存儲的介質？EMB只有1K（最大可以到2K），如果設置了這個代碼存儲器，是不是KEILC DEBUG時代碼不可以超過1K？

FAE：EMB和SRAM都是易失的，用EMB是最大可支持2KB的code空間，EMB初始化的信息與FPGA配置信息一起存儲在內嵌SPI Flash中，上電自動加載，用SRAM時，需要使用我們提供的SRAMLoader工程，利用Astro重配置特性進行加載。

問：與上面類似的疑問，關于數據存儲區，兩個選項，on-ship SRAM默認勾選，這個沒有疑問。而FP應該是內部擴展的4M Flash，應該是非易失存儲器，數據存儲器通常沒有必要是非易失的吧？我認為按照常規，代碼存儲是非易失存儲器，數據存儲是易失存儲器，而你們的配置選項讓我有點糊涂。

FAE：Astro內部為8051提供16KB專用SRAM，用作data空間。

問：另外，SPI燒錄應該是將FPGA配置數據燒錄到4M FLASH中吧？而用Configuration Packer功能應該是要將FPGA配置數據和軟件hex文件封裝成一個文件燒錄到4M flash中吧？我這么嘗試過好像下電后系統沒有跑起來，那么是不是在系統的存儲器配置中有所講究呢？

FAE：Configuration Packer可以讓Astro內存儲多個配置文件，利用它可以在使用SRAM做code空間時打包SRAMLoader工程進行上電自動加載。附件中是關于Astro的幾個應用文檔，您先看一下，寫的比較詳細，相信對您理解Astro用法會很有幫助，謝謝！

昨天對Agate Logic負責硬件的FAE狂轟濫炸，對于其開發工具和器件的結構都有更深入的了解和認識，上面的幾個問答只是關于51硬核的數據和代碼存儲器方面的，好一番追問之后，總算逼出了幾個像模像樣的文檔出來，消化后再做了一些實踐，然后有一點收獲和對后續項目在存儲器配置上的一些可行性的想法。另外，關于時序方面的一些疑問也得到了解答，不是很放心，也問出了一些真真確確的“問題”來，并且目前在用軟件版本的一些bug也被我問出來了，目前還需要等著廠商給我提供補丁，所以關于時序方面的博文只能暫緩進行。

特權同學問題提得比較到位，但不是很有水準。FAE回答得也不是很容易讓人明白，最后還是文檔給出了比較權威的解答。

在討論Astro系列芯片51硬核的軟件運行模式之前，要先看看Astro系列芯片到底已經提供了哪些片內的存儲資源，不看不要緊，一看嚇一跳——可謂品種齊全，滿足各類需求。

1.       總共1Mbit的OTP型存儲區，其中64KB用于FPGA的配置數據存儲，另64KB用于51硬核的最終代碼存儲器。
2.       4Mbit(512KB)的FPGA和8051公用的SPI Flash。
3.       2塊9Kbit的可配置雙端口EMB。
4.       16KB的51硬核專用數據存儲器。

Astro系列芯片51硬核的軟件主要運行模式：

小模式：

不外掛存儲器，使用芯片現有資源，FPGA配置數據和8051代碼（小于2KB）存儲于SPI Flash中。系統上電后，FPGA配置數據先從SPI Flash中導出并配置FPGA，也包括EMB的初始化數據（即軟件代碼從SPI FLASH搬運到EMB中）；完成后8051代碼直接從EMB中開始運行。

內嵌8051在無等待周期的狀態下，最快時鐘頻率可到70MHz，性能到47MIPS的性能。主要用于8051代碼較少時，調試生產兩便，成本也比較低。

手記二中的測試就是基于該模式，性能還算可以。

調試模式：

外掛SRAM存儲器，FP Bootloader配置數據、FPGA用戶程序配置數據和8051用戶代碼分段存儲于SPI Flash中。系統上電先從SPI Flash中導出FP BootLoder配置數據（內含Loader部分）。配置FP包括EMB的初始化數據，完成后SRAM Loader程序將搬運8051用戶代碼到外掛SRAM中；之后再從SPI Flash中導入FP用戶程序并重新配置FP，8051代碼在外掛SRAM中開始運行。

內嵌8051在無等待周期的狀態下，最快時鐘頻率可到35MHz，性能到23MIPS的性能。此模式主要用于8051代碼超過2KB調試時用。當然也可用于生產。請注意外掛SRAM將增加成本。

這種模式由于不太可能使用，所以特權同學不過多研究，但這也是嵌入式系統中比較常見的一種BootLoder方式。

最終生產模式：

不外掛存儲器，8051代碼存儲于OTP存儲器中，FP配置數據存于OTP或SPI FLASH中。因為OTP存儲器是一次性的，所以不能用于調試階段。一般產品最終定型后再使用OTP存儲器可以獲得最優的性能和最低的成本。

而當采用OTP 作為8051 代碼內存，最高時鐘頻率可達100MHz。較理想的方法是用鎖相環PLL來產生8051 時鐘。CKCON SFR的低4位用來控制數據Memory 的等待周期。如果8051時鐘頻率高于45MHz，最好將value設置為大于等于2，以防止時鐘太快，數據還沒準備好。

也就是說，OTP方式可以達到51硬核代碼運行的最佳性能，甚至于性能的速度瓶頸已經不是代碼存取，而是數據存取。

以上三種模式是比較推薦的，但是特權同學從實際工程需要來考慮，簡單的說，需要一種調試模式和一種生產模式。生產模式無可厚非的選擇OTP燒錄，而調試模式有點棘手，如果選擇小模式，代碼運行量太小，頂多不過2K，基本干不了什么事。而選擇外擴SRAM，有限的IO資源不會允許的。所以，有點苦惱，但是還好，還有一種最次的選擇——性能低下的第四種模式。

當8051的性能低于1.4MIPS時，可用spi flash作為8051的代碼存儲器。此模式的運行環境如下：

1. 選用片內 SPI FLASH；

2. FPGA的配置數據和8051代碼存放在同一個SPI FLASH 里；

3. 8051 與SPI FLASH 接口大約需要90 個LE cells；

4. 8051 的內核時鐘最快為30MHz 左右， 8051 最快運行性能大約為1.4MIPS；

5. 順序取指需要 8 個時鐘周期，跳轉取指需要40 個周期；

在嘗試SPI FLASH模式的時候，遇到了比較有意思的事。特權同學根據實例做SPI FLASH的運行測試，結果搞不定，也找不到相關的IP核。于是求問FAE，FAE直接告知這個IP核還沒有集成到工具中，然后把源代碼都發過來了。呵呵，雖然工具不完善，不過服務倒是很周到。

由于基于SPI FLASH的模式是在51硬核與SPI FLASH之間使用FPGA邏輯搭建了一個FLASH讀取的模塊。所以經過測試，確實這個FLASH讀取控制的邏輯模塊頻率不能太高，過高FLASH就要**了，理論值是30M，而特權同學用了25M。然后使用上一篇手記同樣的方法改變硬核的頻率進行測試。

延時函數