一种基于FPGA实现的抗辐照PROM芯片编程器

摘要

本发明属于电路与系统领域，涉及一种基于FPGA实现的抗辐照PROM芯片编程器，该编程器电路板上承载有FPGA芯片和外围电路，FPGA能够通过串口接收上位机发送的命令并在解析后控制相应的外围硬件电路产生抗辐照PROM芯片协议所要求的时序和电压，以实现对抗辐照PROM芯片的编程。该编程器设计能够非常好的实现抗辐照PROM芯片的编程。

说明书

技术领域

本发明属于电路与系统技术领域，具体涉及一种基于FPGA实现的抗辐照 PROM芯片编程器。

背景技术

半导体存储器可以存储采集的数据、系统参数、校验表、程序和系统处理的中间结果等各类信息。主要可以分为易失性和非易失性存储器两大类。

非易失性存储器能够永久性存储数据，除非再次向存储器中写入数据，否则存储器中保存的数据不会改变，所以在系统电源关闭或者意外掉电情况下，存储器也不会丢失所保存的信息。非易失性存储器又有不可编程的MASK ROM,以及可编程的PROM PROM、EPROMEPROM、EEPROMEEPROM EEPROM、Flash Flash 等等各种类型的存储器。PROM的出现解决了MASK ROM不能编程的问题。

由于抗辐照PROM存储器具有非易失性、高可靠性、高集成度、抗辐射性、速度快、功耗低等优良特性，在密钥存储、射频识别以及航空航天等领域中大量使用。

一次可编程抗辐照PROM芯片在使用之前，需要将特定的数据写入对应的反熔丝单元，也就是首先要对芯片进行编程。没有进行编程的PROM芯片是没有任何作用的。对一次可编程反熔丝芯片进行编程就需要用到特定编程器。

由于工艺不同，所以抗辐照PROM芯片对编程器的要求也不同，无法使用通用编程器进行编程，需要单独开发特殊的编程器。

本发明即是一种基于FPGA开发的抗辐照PROM芯片编程器。

发明内容

本发明的目的是为了解决课题组自主研发的几款抗辐照PROM芯片没有适配的编程器的问题。

本发明的技术方案是以FPGA作为主控芯片，其特征在于：硬件电路系统以FPGA为核心，编程后的FPGA可以通过串口电路收取指令，然后解析指令，然后控制外围电路对抗辐照PROM芯片进行编程操作。

其硬件电路包含：FPGA芯片电路，串口通信电路，电平转换电路，编程高压产生电路，电源电路。

FPGA芯片电路围绕一颗Xilinx Spartan-6系列芯片，保障其运行。

串口通信电路包含一颗串口转USB芯片和Mini USB接口，实现上位机和 FPGA芯片的串口物理连接。

电平转换电路连接FPGA和抗辐照PROM芯片，使之电压匹配。

编程高压产生电路能够在FPGA芯片的控制下产生抗辐照PROM芯片所需要的编程高压脉冲。

电源电路为以上电路提供合适的电源。

FPGA芯片需要编程后才能实现特定的逻辑。FPGA的本质是可编程逻辑阵列，利用可编程逻辑单元、可编程I/O单元、布线资源来实现数字电路功能。其中可编程逻辑单元由数个查找表(LUT)、数据选择器(MUX)、进位链(Carry Chain)、触发器(Flip-Flop)组成。FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式，并最终决定了FPGA所能实现的功能。FPGA开发的语言是硬件描述语言HDL，HDL以文本形式来描述数字系统硬件的结构和行为，最终由配套的集成开发软件生成bit文件加载给FPGA。

在本发明中，FPGA作为主控芯片，其功能是从上位机收取指令，解析指令，并控制上述的外围硬件电路产生对应的PROM时序，并最终能够将数据结果通过串口返回给上位机。为了实现上述功能，FPGA的逻辑设计开发可大致分为3 个模块：串口收发模块、PROM各协议时序产生模块、状态控制模块。

串口收发模块负责实现串口的收发时序,并能够准确无误的收取串口内容保存在寄存器内,并能够将特定寄存器的数据通过串口发送。

PROM各协议时序模块负责控制外围电路的工作，产生抗辐照PROM芯片所能接受的时序和电压。

状态控制模块由状态机构成，确定了整个编程器运行的逻辑。逻辑为：通过串口收取指令-解析指令-完成不同种类的编程操作-通过串口返回数据。

本发明的效果在于：

本发明所涉及的编程器能够精确地实现抗辐照PROM要求的电压和时序，并且提供了串口接口，能够让编程器在串口命令的控制下灵活实现不同种类、不同方式的编程操作。解决了课题组所设计的抗辐照PROM芯片没有配套的编程器的问题。

附图说明

图1为本发明中的硬件电路框图。

图2为本发明中控制芯片FPGA的工作逻辑示意图。

具体实施方式

结合附图对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明的硬件电路包括：一颗Xilinx Spartan-6系列FPGA 芯片及其周边电路，一颗74LVC164245和一颗74LVC4245组成的电平转换电路，一颗tlc7226数模转换芯片和运算放大器组成的编程高压产生电路，一颗LP2102 串口-USB转换芯片和Mini USB接口组成的串口通信电路以及电源电路。

上述电路最终通过PCB实现连接。电路原理图设计与PCB设计由Altium 公司提供的一体化电子产品开发系统Altium Designer完成。

如图2所示，FPGA作为主控芯片将实现通过串口收取指令-解析指令-完成不同种类的编程操作-通过串口返回数据的逻辑。在串口收取指令和通过串口返回数据的阶段，FPGA将操作与串口相关的IO口。在完成不同种类的编程操作阶段，FPGA将根据解析后的指令逻辑控制与电平转换电路和高压编程电路连接的数个IO口。解析指令则在FPGA内部完成。

在本发明中，FPGA的逻辑开发使用硬件编程语言verilog完成。并使用 Xilinx提供的集成开发平台ISE，将可实现上述FPGA逻辑功能的HDL语言生成 bit文件，并烧写到FPGA芯片内。

在本发明中,FPGA每次指令循环只负责对抗辐照PROM芯片一个地址的单词读或写操作,可以便捷的通过各种命令组合使本发明所涉及的编程器实现不同的编程策略,而不用费时费力更改FPGA芯片的逻辑。

以上所述，为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任何一个特征，除非特别说明，均可被其他等效或者具有类似目的替代特征所替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征或步骤以外，均可以以任何方式组合。