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3、PLD同单片机AVR读写接口VHDL实现
PLD的设计流程[6,7]一般应包括以下几部分：
① 设计输入。可以采用原理图输入、DHL语言描述、EDIF网表读入或波形输入等方式。
② 功能仿真。此时为零延时模式，主要检验输入是否有误。
③ 编译。主要完成器件的选取及适配，逻辑的综合及器件的装入，延时信息的提取。
④ 后仿真。将编译产生的延时信息加入到设计中，进行布局布线后的仿真，是与实际器件工作时的情况基本相同的仿真。
⑤ 编程验证。有后仿真确认的配置文件下载到PLD相关配置器件中，加入实际激励，进行测试，以检查是否完成预定功能。
以上各步骤若出现错误现象，则需要重新回到设计阶段，修正错误输入或调整电路，在重复上述过程直到其完全满足电子系统需要。
本系统中，使用Altera公司提供的集成开发软件Quartus II 6.0 进行设计，在进行模块实现时请参考ATmega64L的数据手册中关于ATmega64L对外部存储器的读写时序。
本设计实现的VHDL部分源码如下：
地址锁存：
process(ale)
begin
if ale event and ale=0 then
add<=mcu_data;
end if;
end process;
写数据进程：
process(wr)
begin
if wr=’0’then
if((cs=0) and (add=00000000))then
conreg1<=mcu_data; --把数据写入地址0的寄存器REGl
end if;
if ((cs=0) and (add=00000001)) then
conreg2<=mcu_data; --把数据写入地址1的寄存器REGl
end if;
end if;
end process;
读数据进程：
process(rd)
begin
if rd=0 then
if((cs=0) and (add=00000000)) then
bus_data<=reg01; --从地址为0的REG01寄存器读数据
elsif ((cs=0) and (add=00000001)) then
bus_data<=reg02; --从地址为1的REG02寄存器读数据
else
bus_data<=ZZZZZZZZ;
end if;
else
bus_data<=ZZZZZZZZ;
end if;
end process;
4、仿真验证结果
使用Quartus II 6.0 自带的仿真软件仿真结果如图2和图3所示。图中ale、cs、rd、we、mcu_data 是激励信号，表示ATmega64L 相应接口信号，conreg1和 conreg2 为EPM570 输出信号，其目的是为了观察仿真结果是否正确，而实际应用中应根据项目需求而进行添加或是减少相应的I/O口。
图2是ATmega64L向 EPM570 写数据过程。首先，在片选信号cs为低期间，在ale信号的下降沿，锁存mcu_data上的数据到add内部地址锁存寄存器。然后，在we信号低电平时，把mcu_data (0XAA)的数据直接写到conreg1（B10101010），通过外接指示灯可以直接观察结果是否正确，当然，在实际应用中可以把数据锁存到内部寄存器中。
图2写数据0X“AA”到0地址处
图3是读数据过程。在片选信号为低期间，首先，在ale信号的下降沿，锁存mcu_data(0X01)数据到add内部地址锁存寄存器。然后，在rd信号的低电平期间，把内部寄存器地址为0X01的数据reg02（0xAA）读到mcu_data数据线上传回单片机ATmega64L。
图3 读地址为0X“01”上的数据0x“AA”并传回数据总线
从读写数据图中可以看出，ATmega64L对EPM570内部数据读写过程完全满足ATmega64L数据手册上的时序需要。关于ATmega64L的读写时序可以参考ATmega64L数据手册。
5、结语
本文实现PLD与AVR ATmega64L通信接口设计是笔者设计的一种纺织机械控制设备的一部分，经实际验证完全正确，并已投入生产。简单地修改该读写通信模块，可应用于多个CPLD或FPGA与单片机通信接口的项目中，本模块还可以根据需要扩展为16位、32位地址线的读写接口。
本文创新点：充分利用可编程逻辑器件丰富的I/O口和内部可编程逻辑资源，通过总线读写的方式通讯，使PLD和MCU的通信速度大大提高，同时也提高了嵌入式系统或是工业控制中的其他相关性能，极大提高产品的竞争力。
参考文献
[1]乔庐峰(译). VHDL数字电路设计教程. 北京: 电子工业出版社, 2005.
[2]白云飞. 现场总线的技术特点和发展趋势. 机械管理开发-2007年1期.
[3]李家星. 基于嵌入式系统和FPGA的通用总线控制器的设计与实现［J］．微计算机信息，2007，1-2
[4]金春林,邱慧芳等. AVR系列单片机C语言编程与应用实例. 北京：清华大学出版社，2003.
[5]潘松. VHDL实用教程. 成都: 电子科技大学出版社, 2000.
[6]杨刚,龙海燕. 现代电子技术—VHDL与数字系统设计[M]. 北京: 电子工业出版社, 2004.
[7]蒋璇,臧春华. 数字系统设计与PLD应用. 北京: 电子工业出版社, 2005.
[8]杨宗凯. 数字专用集成电路的设计与验证[M]. 北京: 电子工业出版社, 2004.
作者简介：秦长江（1981－ ），男，四川人，东华大学硕士。主要研究方向是：嵌入式系统，智能控制；余子全（1982- ），安徽人，东华大学硕士。主要研究方向是：嵌入式系统，普适计算；李玉泉（1983－ ），男，山东人，东华大学硕士。主要研究方向是：嵌入式系统，普适计算；曹奇英（1960－ ），男，教授、博士生导师。主要研究方向是：嵌入式系统，普适计算，网络安全，数据挖掘。 |
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