引言

    FPGA广泛应用在电子领域，其安全性引起了注意，本文针对安全配置提出了。

    现场可编程门阵列FPGA(FieldProgrammablcGateArray)是基于门阵列方式为用户提供可编程资源的，其内部逻辑结构的形成是由配置数据决定的。采用在线可重配置方式ICR(In-Circuit Reconfigurability)将这些配置数据配置到FPGA内部SRAM中，但由于SRAM的易失性，每次上电时，都必须对FPGA重新进行配置，从而实现用户编程所要实现的功能。

    以前的设计大多是将配置数据存放在FPGA组成的系统上，本文提出将配置数据存放在使用者自己携带的外部存储器(如可加密的U盘)中。使用前将U盘接入FPGA组成的系统，系统上电时由单片机控制读出配置数据，再传送给FPGA进行配置。这样做优点很多：修改、升级简便，现场保密性强，安全性高;可多人分时使用同一硬件系统，同一硬件系统插入不同的配置U盘就可以实现不同的功能，可以方便地存储大容量配置数据或多个配置数据文件等;同时，符合计算机和嵌入式系统的热点USBOTG(OnTheGo，移动USB)技术趋势，是具有创新的设计。

    1FPGA的配置方式和配置数据文件

    1.1FPGA的配置方式

    以Altera公司的FPGA器件为例，有2类配置下载方式：主动配置和被动配置。主动配置方式是由FPGA器件主动引导配置操作，从外围专用配置芯片(如EPC4)中获得配置数据的过程;被动配置方式则是由外部计算机或控制器控制配置过程。

    以Mercury、APEX20K(2.5V)、ACEX1K和FLEX10K系列FPGA为例，配置方式有：被动串行PS(PasiveSerial)、被动并行同步PPS(PassiveParallel Synchronous)、被动并行异步PPA(Passive Parallel Asyn-chronous)和JTAG(Jont Test Action Group)等。具体配置方式由方式选择引脚MSEL1和MSELO的逻辑电平组合决定。

    基于SRAMLUT(查找表)结构的FPGA采用在线可重配置方式ICR。以配置方式PS为例，可通过下载电缆南计算机直接对FPGA器件进行配置。这种方法在设计调试时非常方便，但在现场应用巾是很不现实的。上电后自动加载对FPGA器件进行配置是实际必须的，有许多方法，例如专用配置芯片(如EPC4)配置、单片机控制配置、MAX3000A控制F1ash存储器配置、PCI总线配置、Internet配置、PSD(ProgrammableSystemDevices可编程器件)配置等。

    1.2FPGA的配置数据文件

    Altera公司的QuartusII开发工具可以生成多种配置或编译文件，用于不同配置方式。对于不同的目标器件，编译后开发工具会根据指定的FPGA器件自动生成“.sof(SRAMObjectFile)”和“.pof(Programmer ObjectFile)”配置文件。“.sof”配置文件是由下载电缆将其下载到FPGA中的;“.pof”配置文件是存放在配置器件里的。用单片机配置时，要将“.sof”文件转换成“.rbf(Raw BinaryFile)”文件，可打开QuartusII的File菜单，单击ConvertProgramming Fiks进行转换。配置文件的大小随FPGA器件的不同而不同，例如EPFlOKlO的配置文件“.sof”和“.rbf”的大小为15KB。

    2单片机配置FPGA设计

    2.1单片机配置FPGA的优点

    在实际应用中，单片机控制配置FPGA，对于保密和升级，以及实现多任务电路结构重配置和降低配置成本，都是很好的选择。配置方式PS、PPS和PPA均可以用单片机控制配置。