JP2010004139A - Programmable logic circuit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a programmable logic circuit to be easily connected to a high order apparatus on the occasion of configuration, and reusable even after it is mounted on a substrate. <P>SOLUTION: A USBI/F1a connected to a high order apparatus 10 and a substrate 30 in USB connection is prepared in a FPGA (Field Programmable Gate Array) 1. When the programmable logic circuit is connected to the high order apparatus 10 by the USBI/F1a, software for creating configuration data is activated by the high order apparatus 10. Upon receipt of the configuration data created by the software via the USBI/F1a, a logic circuit based on the configuration data is designed in a user area 6 of a logic circuit portion 2. Then, when the programmable logic circuit is connected to the substrate 30 by the USBI/F1a, an input signal is processed based on the logic circuit designed in the user area 6. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、論理回路の書き換えが可能なプログラマブル論理回路いわゆるFPGA(Field Programmable Gate Array)に関する。   The present invention relates to a programmable logic circuit so-called FPGA (Field Programmable Gate Array) capable of rewriting a logic circuit.

従来、電子機器などの制御回路には、それぞれの用途に応じた集積回路であるASIC(Application Specific Integrated Circuit)が用いられている。ASICの開発にあたっては、ユーザが望む機能を実現する集積回路を設計した後に評価用のASICを作製し、評価結果や機能変更等を反映して再度評価用のASICを作成し直すという作業が繰り返される。このような繰り返し作業が多数行われる場合には、開発期間の長期化を招いてしまう。また、開発が完了したASICを大量生産したにもかかわらず、回路設計に不具合が発見されたときには、これらのASICを破棄する他ないため、大きな損害が生じてしまう。   Conventionally, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) that is an integrated circuit corresponding to each application is used for a control circuit of an electronic device or the like. In developing an ASIC, an ASIC for evaluation is created after designing an integrated circuit that realizes a function desired by the user, and an ASIC for evaluation is recreated by reflecting evaluation results and function changes. It is. When many such repetitive operations are performed, the development period is prolonged. In addition, even if ASICs for which development has been completed are mass-produced, if a failure is found in the circuit design, these ASICs must be discarded, resulting in significant damage.

そこで、近年ではユーザが論理回路をプログラミングすることができるFPGAを使用するケースが多い。このFPGAを用いて、たとえばASICの試作を行うことにより開発期間の短縮が可能となるため、製品の早期市場投入が実現できる。   Therefore, in recent years, there are many cases in which an FPGA that allows a user to program a logic circuit is used. Using this FPGA, for example, by making a prototype of an ASIC, the development period can be shortened, so that the product can be put on the market early.

なお、FPGAを搭載した電子機器としては、例えば特許文献1に記載のコンピュータシステムが知られている。
特開平2001−290758号公報
For example, a computer system described in Patent Document 1 is known as an electronic device equipped with an FPGA.
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-290758

しかしながら、FPGAは、本体から多数演出した0.5mm幅程度のピンを電子機器内の基盤に半田付けして実装するため、一旦基盤に実装してしまうと取外して他の電子機器に再利用することが困難である。そのため、FPGAにプログラムされた論理回路を書き換えるためには、FPGAのコンフィギュレーションソフトウェアがインストールされた上位機器をFPGAが実装された基盤近辺まで運び、専用のコネクタをFPGAに接続してコンフィギュレーションを行う必要があるため面倒であった。   However, since the FPGA is mounted by soldering pins with a width of about 0.5 mm, which are produced from the main body, to the board in the electronic device, once the board is mounted on the board, it is removed and reused for other electronic devices. Is difficult. Therefore, in order to rewrite the logic circuit programmed in the FPGA, the host device on which the FPGA configuration software is installed is carried to the vicinity of the board on which the FPGA is mounted, and a dedicated connector is connected to the FPGA for configuration. It was troublesome because it was necessary.

また、高性能なFPGAは大変高価なため、実装された基盤から取外して再利用することができれば大幅なコスト削減に繋がる。   In addition, since a high-performance FPGA is very expensive, if it can be removed from the mounted board and reused, the cost can be greatly reduced.

本発明は、上記のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、コンフィギュレーションに際して容易に上位機器と接続でき、一旦基盤に実装した後も再利用が可能なプログラマブル論理回路を提供することである。   The present invention has been made based on the above circumstances, and an object thereof is to provide a programmable logic circuit that can be easily connected to a host device during configuration and can be reused after being mounted on a base. It is to be.

本発明は、上位機器から受信したコンフィギュレーションデータに基づいて論理回路を設計する論理回路部を備え、基盤に実装された際、前記論理回路部に設計された論理回路に基づいて入力信号を処理するプログラマブル論理回路において、前記上位機器および基盤をUSB接続するUSBインターフェイスと、前記USBインターフェイスにより前記上位機器と接続されたとき、当該上位機器に前記コンフィギュレーションデータを作成するためのソフトウェアを起動せしめるソフトウェア起動手段と、このソフトウェア起動手段が前記上位機器に起動せしめた前記ソフトウェアにより作成されたコンフィギュレーションデータが、前記USBインターフェイスを介して受信されたことに応じて、当該コンフィギュレーションデータに基づく論理回路を前記論理回路部に設計するコンフィギュレーション制御手段とを備え、前記USBインターフェイスにより前記基盤と接続されたとき、前記コンフィギュレーション制御手段が前記論理回路部に設計した論理回路に基づいて入力信号を処理することを特徴としている。   The present invention includes a logic circuit unit that designs a logic circuit based on configuration data received from a host device, and processes an input signal based on the logic circuit designed in the logic circuit unit when mounted on a base. In a programmable logic circuit, a USB interface for USB connection between the host device and a base, and software that activates software for creating the configuration data in the host device when connected to the host device via the USB interface In response to the configuration data generated by the activation means and the software activated by the higher-level device by the software activation means being received via the USB interface, the configuration data is based on the configuration data. And a configuration control means for designing the logic circuit in the logic circuit section, and when connected to the base via the USB interface, the configuration control means inputs based on the logic circuit designed in the logic circuit section. It is characterized by processing signals.

かかる手段を講じた本発明によれば、コンフィギュレーションに際して容易に上位機器と接続でき、一旦基盤に実装した後も再利用が可能なプログラマブル論理回路を提供することができる。   According to the present invention in which such means is taken, it is possible to provide a programmable logic circuit that can be easily connected to a host device during configuration and can be reused even after being mounted on a base.

以下、本発明の一実施形態について、図面を用いて説明する。
図1は、本発明に係るプログラマブル論理回路であるFPGA1の構成を説明するためのブロック図である。FPGA1は、USB(登録商標)インターフェイス(I/F)1aと、電源の供給が停止した後も情報を保持する書き換え可能な論理回路部2とを備えた不揮発性のFPGAである。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram for explaining the configuration of an FPGA 1 which is a programmable logic circuit according to the present invention. The FPGA 1 is a nonvolatile FPGA including a USB (registered trademark) interface (I / F) 1 a and a rewritable logic circuit unit 2 that retains information even after the supply of power is stopped.

USBインターフェイス1aは、FPGA1のコンフィギュレーションを実行する上位機器10に設けられたUSBインターフェイス10aや、FPGA1を実装する電子機器の基盤30に設けられたUSBインターフェイス30aとの接続を司る。   The USB interface 1a manages connection with the USB interface 10a provided in the host device 10 that executes the configuration of the FPGA 1 and the USB interface 30a provided in the base 30 of the electronic device on which the FPGA 1 is mounted.

論理回路部2は、LUT(Look Up Table)を定義可能な不揮発性メモリを備えた多数の論理モジュールを規則的に並べ、その間に各論理モジュールの接続を切り替えるためのスイッチとこれらスイッチの切り替え情報を記憶した不揮発性メモリとを備えた配線領域を設けて構成されている。ユーザは、後述のコンフィギュレーションにより、各論理モジュールのLUTの定義および配線領域のスイッチの接続を変更することで、所望の論理回路を実現することができる。   The logic circuit unit 2 regularly arranges a large number of logic modules having a non-volatile memory capable of defining a LUT (Look Up Table), and switches for switching the connection of each logic module therebetween, and switching information of these switches. Is provided with a wiring area including a non-volatile memory in which is stored. The user can realize a desired logic circuit by changing the definition of the LUT of each logic module and the connection of the switch in the wiring area according to the configuration described later.

本実施の形態において、論理回路部2には、予めUSBドライバ回路4、ソフトウェア起動回路5およびコンフィギュレーション(CONFIG)制御回路7が設計されている。そして、ユーザが自由に回路を設計するための領域としてユーザ領域6が用意されている。USBドライバ回路4は、USBインターフェイス1aにより接続された上位機器10や基盤30との通信を制御する。ソフトウェア起動回路5は、USBインターフェイス1aに上位機器10が接続されたことを検知して、上位機器10が備える後述のコンフィギュレーション(CONFIG)ソフトウェア16aを起動せしめる。コンフィギュレーション制御回路7は、上位機器10から受信するコンフィギュレーションデータに基づく論理回路をユーザ領域6に設計する。   In the present embodiment, a USB driver circuit 4, a software activation circuit 5, and a configuration (CONFIG) control circuit 7 are designed in advance in the logic circuit unit 2. A user area 6 is prepared as an area for a user to freely design a circuit. The USB driver circuit 4 controls communication with the host device 10 and the board 30 connected by the USB interface 1a. The software activation circuit 5 detects that the upper device 10 is connected to the USB interface 1a, and activates later-described configuration (CONFIG) software 16a included in the upper device 10. The configuration control circuit 7 designs a logic circuit based on configuration data received from the host device 10 in the user area 6.

続いて、上位機器10について説明する。図2は、上位機器10の制御回路を示すブロック図である。上位機器10は、内部に制御主体であるCPU11を備えている。このCPU11に対し、データ受渡しの管理等の情報流通を制御するチップセット12、システムの起動を司るBIOS(Basic Input/Output System)を記憶したBIOS−ROM13、各種処理プログラムなどの固定的なデータを記憶したROM14、処理場面に応じた作業用の記憶領域を形成するRAM15、コンフィギュレーションソフトウェア16aを記憶したハードディスクドライブ(HDD)16、ディスプレイ17aを接続したディスプレイコントローラ17、USBインターフェイス10aを接続したUSBドライバ18およびキーボード19aを接続したキーボードコントローラ19などを、例えばPCIバス等のバスライン20を介して接続している。   Next, the host device 10 will be described. FIG. 2 is a block diagram illustrating a control circuit of the higher-level device 10. The host device 10 includes a CPU 11 which is a control subject inside. This CPU 11 receives fixed data such as a chip set 12 for controlling information distribution such as data delivery management, a BIOS-ROM 13 storing a BIOS (Basic Input / Output System) for starting the system, and various processing programs. ROM 14 stored, RAM 15 forming a storage area for work according to the processing scene, hard disk drive (HDD) 16 storing configuration software 16a, display controller 17 connected to display 17a, USB driver connected to USB interface 10a 18 and a keyboard controller 19 connected to a keyboard 19a are connected via a bus line 20 such as a PCI bus.

上記ディスプレイコントローラ17は、CPU11により情報処理されたデータのディスプレイ17aへの表示を制御する。上記USBドライバ18は、USBインターフェイス10aに接続された機器との通信を制御する。上記キーボードコントローラ19は、キーボード19aに設けられた置数キーやアルファベットキーなどが操作された際に出力される電気信号を検知してCPU11に伝達する。   The display controller 17 controls the display of data processed by the CPU 11 on the display 17a. The USB driver 18 controls communication with a device connected to the USB interface 10a. The keyboard controller 19 detects an electrical signal output when a numeric key or an alphabet key provided on the keyboard 19a is operated and transmits it to the CPU 11.

上記コンフィギュレーションソフトウェア16aは、FPGA1の論理回路部2に設けられたユーザ領域6をコンフィギュレーションするためのソフトウェアである。具体的には、ユーザによるプログラミングを受け付けて、当該プログラミングに基づいて論理回路を構築するためのコンフィギュレーションデータを作成する機能、および作成されたコンフィギュレーションデータをUSBインターフェイス10aに接続されたFPGA1に送信し、論理回路部2に設けられたユーザ領域6のコンフィギュレーションを指示する機能を備えている。   The configuration software 16 a is software for configuring the user area 6 provided in the logic circuit unit 2 of the FPGA 1. Specifically, it accepts programming by the user, and transmits the created configuration data to the FPGA 1 connected to the USB interface 10a, and a function for creating configuration data for constructing a logic circuit based on the programming. And a function for instructing the configuration of the user area 6 provided in the logic circuit section 2.

次に、上記のようなFPGA1の構成による作用について説明する。
図3は、FPGA1で実行される処理の流れ図である。FPGA1のUSBインターフェイス1aが、上位機器10のUSBインターフェイス10aあるいは電子機器の基盤30が備えるUSBインターフェイス30aに接続されたときには、上位機器10または基盤30側からUSBインターフェイス1aを介して電源の供給が開始されるとともに、上位機器10または基盤30がFPGA1を認識するための初期信号が入力される。このときST1として、USBドライバ回路4が上記初期信号に基づいて、接続先が上位機器10あるいは基盤30のいずれであるかを判別する。
Next, the effect | action by the structure of the above FPGA1 is demonstrated.
FIG. 3 is a flowchart of processing executed by the FPGA 1. When the USB interface 1a of the FPGA 1 is connected to the USB interface 10a of the host device 10 or the USB interface 30a included in the base 30 of the electronic device, power supply starts from the host device 10 or the base 30 via the USB interface 1a. At the same time, an initial signal for the host device 10 or the board 30 to recognize the FPGA 1 is input. At this time, as ST1, the USB driver circuit 4 determines whether the connection destination is the host device 10 or the board 30 based on the initial signal.

USBドライバ回路4により接続先が上位機器であると判別されたときには(ST1の“上位機器”)、ST2として、ソフトウェア起動回路5が上位機器10にコンフィギュレーションソフトウェア16aを起動せしめる。具体的には、USBインターフェイス1aを介して上位機器10にコンフィギュレーションソフトウェア16aの起動コマンドを送信する。この信号を受けたことに応じて、上位機器10のCPU11がコンフィギュレーションソフトウェア16aの実行プログラムをRAM15にロードして実行する。   When the USB driver circuit 4 determines that the connection destination is a higher-level device (“high-level device” in ST1), the software activation circuit 5 causes the higher-level device 10 to activate the configuration software 16a as ST2. Specifically, a startup command for the configuration software 16a is transmitted to the host device 10 via the USB interface 1a. In response to receiving this signal, the CPU 11 of the host device 10 loads the execution program of the configuration software 16a into the RAM 15 and executes it.

かくして起動されたコンフィギュレーションソフトウェア16aの制御の下、キーボード19aからの操作入力に応じてコンフィギュレーションデータが作成される。そして、所定の操作によりコンフィギュレーションの実行がユーザから指示されたことに応じて、USBドライバ18が当該コンフィギュレーションデータをFPGA1に送信し、コンフィギュレーションの実行を指示する。   Configuration data is created in response to an operation input from the keyboard 19a under the control of the activated configuration software 16a. The USB driver 18 transmits the configuration data to the FPGA 1 and instructs the execution of the configuration in response to an instruction to execute the configuration by a predetermined operation.

ST2の処理にて上位機器にコンフィギュレーションソフトウェア16aを起動せしめた後、FPGA1では、USBドライバ回路4がコンフィギュレーションデータの受信を待機している(ST3のNo)。そして、コンフィギュレーションデータを受信するとともにコンフィギュレーションの実行が指示されたときには(ST3のYes)、ST4として、コンフィギュレーション制御回路7が当該コンフィギュレーションデータに基づく論理回路をユーザ領域6に設計する。具体的には、当該コンフィギュレーションデータが示す内容にユーザ領域6を構成する各論理モジュールのLUTを定義し、配線領域のスイッチの接続を変更する。そして、一連のコンフィギュレーションが完了した後、当該処理を終了する。   After the configuration software 16a is activated in the host device in the process of ST2, in the FPGA 1, the USB driver circuit 4 waits for reception of configuration data (No in ST3). When the configuration data is received and the execution of the configuration is instructed (Yes in ST3), the configuration control circuit 7 designs a logic circuit based on the configuration data in the user area 6 as ST4. Specifically, the LUT of each logic module constituting the user area 6 is defined in the contents indicated by the configuration data, and the switch connection of the wiring area is changed. Then, after a series of configuration is completed, the process is terminated.

一方、ST1の処理にてUSBドライバ回路4がUSBインターフェイス1aの接続先が電子機器の基盤30であると判別したときには(ST1の“基盤”)、ST5として、その後USBインターフェイス1aを介して入力される信号をユーザ領域6に設計された論理回路に基づいて処理する。この処理は、その後電源の供給が停止するまで継続されることとなる。   On the other hand, when the USB driver circuit 4 determines in step ST1 that the connection destination of the USB interface 1a is the base 30 of the electronic device (ST1 “base”), it is input as ST5 thereafter via the USB interface 1a. Is processed based on a logic circuit designed in the user area 6. This process is continued until the power supply is stopped thereafter.

以上説明したように、本発明に係るFPGA1は、半田付けなどを要せずにUSBインターフェイス1aを介して電子機器の基盤30に実装可能である。これにより、一旦基盤30に実装した後でも容易に取外して再利用することができるので、コスト削減に繋がる。   As described above, the FPGA 1 according to the present invention can be mounted on the substrate 30 of the electronic device via the USB interface 1a without requiring soldering or the like. Thereby, even after it is once mounted on the substrate 30, it can be easily removed and reused, leading to cost reduction.

また、このように基盤30から取外した後、他の電子機器で用いるために論理回路部2のユーザ領域6をコンフィギュレートする際にも、USBインターフェイス1aを介して容易に上位機器10と接続することができる。そのため、いちいちコンフィギュレーションのために上位機器10をFPGA1が実装された基盤近辺まで運び、専用のコネクタを接続するというような面倒な作業を省略することができる。   In addition, when the user area 6 of the logic circuit unit 2 is configured for use in another electronic device after being removed from the base 30 as described above, it is easily connected to the host device 10 via the USB interface 1a. be able to. Therefore, the troublesome work of carrying the host device 10 to the vicinity of the board on which the FPGA 1 is mounted for connection and connecting a dedicated connector can be omitted.

また、USBインターフェイス1aを介してFPGA1を上位機器10に接続した際には、ソフトウェア起動回路5により自動的にコンフィギュレーションソフトウェア16aが起動されるので、ユーザはすぐにコンフィギュレーションデータのプログラミングに取り掛かることができ、コンフィギュレーションに要する作業時間の短縮に繋がる。   In addition, when the FPGA 1 is connected to the host device 10 via the USB interface 1a, the configuration software 16a is automatically activated by the software activation circuit 5, so that the user can immediately start programming the configuration data. This leads to a reduction in the work time required for configuration.

なお、この発明は前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階においては、その要旨を逸脱しない範囲内にて各構成要素を適宜変形して具体化することができる。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment as it is, In an implementation stage, in the range which does not deviate from the summary, each component can be deform | transformed and embodied suitably.

例えば、USBドライバ回路4、ソフトウェア起動回路5およびコンフィギュレーション制御回路7は、論理回路部2に設計されたものでなくとも、その全てあるいはいずれかがFPGA1内に設けた別途の回路であってもよい。   For example, the USB driver circuit 4, the software activation circuit 5, and the configuration control circuit 7 may not be designed in the logic circuit unit 2, or may be all or one of them as separate circuits provided in the FPGA 1. Good.

また、上記実施形態では、本発明を不揮発性の論理回路部を備えたFPGAに適用した場合について説明したが、本発明は揮発性の論理回路部を備えたFPGAにも適用できる。本発明を揮発性の論理回路部を備えたFPGAに適用する場合には、FPGAにコンフィギュレーションデータを格納するための不揮発性メモリを設ける。そして、コンフィギュレーションの際、当該不揮発性メモリにコンフィギュレーションデータを格納する。その後、基盤に実装されて電源の供給が開始されたことに応じて、当該不揮発性メモリに記憶されたコンフィギュレーションデータに基づく論理回路を論理回路部に設計するようにする。かかる構成としても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。   In the above embodiment, the case where the present invention is applied to an FPGA including a nonvolatile logic circuit unit has been described. However, the present invention can also be applied to an FPGA including a volatile logic circuit unit. When the present invention is applied to an FPGA including a volatile logic circuit unit, a nonvolatile memory for storing configuration data is provided in the FPGA. At the time of configuration, configuration data is stored in the nonvolatile memory. Thereafter, a logic circuit based on the configuration data stored in the nonvolatile memory is designed in the logic circuit unit in response to being mounted on the base and starting to supply power. Even with this configuration, it is possible to obtain the same effects as in the above embodiment.

この他、前記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全体構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。   In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from the overall components shown in the embodiment.

本発明の一実施形態におけるFPGAの構成を説明するためのブロック図。The block diagram for demonstrating the structure of FPGA in one Embodiment of this invention. 同実施形態における上位機器の制御回路を示すブロック図。The block diagram which shows the control circuit of the high-order apparatus in the embodiment. 同実施形態においてFPGAで実行される処理の流れ図。The flowchart of the process performed by FPGA in the same embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…FPGA、1a…USBインターフェイス、2…論理回路部、4…USBドライバ回路、5…ソフトウェア起動回路、6…ユーザ領域、7…コンフィギュレーション制御回路、10…上位機器、10a…USBインターフェイス、30…基盤、30a…USBインターフェイス   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... FPGA, 1a ... USB interface, 2 ... Logic circuit part, 4 ... USB driver circuit, 5 ... Software start-up circuit, 6 ... User area, 7 ... Configuration control circuit, 10 ... High-order apparatus, 10a ... USB interface, 30 ... Base, 30a ... USB interface

Claims (2)

上位機器から受信したコンフィギュレーションデータに基づいて論理回路を設計する論理回路部を備え、基盤に実装された際、前記論理回路部に設計された論理回路に基づいて入力信号を処理するプログラマブル論理回路において、
前記上位機器および基盤をUSB接続するUSBインターフェイスと、
前記USBインターフェイスにより前記上位機器と接続されたとき、当該上位機器に前記コンフィギュレーションデータを作成するためのソフトウェアを起動せしめるソフトウェア起動手段と、
このソフトウェア起動手段が前記上位機器に起動せしめた前記ソフトウェアにより作成されたコンフィギュレーションデータが、前記USBインターフェイスを介して受信されたことに応じて、当該コンフィギュレーションデータに基づく論理回路を前記論理回路部に設計するコンフィギュレーション制御手段とを備え、
前記USBインターフェイスにより前記基盤と接続されたとき、前記コンフィギュレーション制御手段が前記論理回路部に設計した論理回路に基づいて入力信号を処理することを特徴とするプログラマブル論理回路。
A programmable logic circuit comprising a logic circuit unit for designing a logic circuit based on configuration data received from a host device, and processing an input signal based on the logic circuit designed in the logic circuit unit when mounted on a base In
A USB interface for USB connection of the host device and the platform;
Software activation means for activating the software for creating the configuration data in the host device when connected to the host device via the USB interface;
When the configuration data created by the software activated by the higher-level device by the software activation unit is received via the USB interface, a logic circuit based on the configuration data is added to the logic circuit unit. And a configuration control means designed in
A programmable logic circuit, wherein when connected to the board by the USB interface, the configuration control means processes an input signal based on a logic circuit designed in the logic circuit unit.
前記ソフトウェア起動手段と前記コンフィギュレーション制御手段とは、前記論理回路部に設計された論理回路により実現されていることを特徴とする請求項1に記載のプログラマブル論理回路。   The programmable logic circuit according to claim 1, wherein the software activation unit and the configuration control unit are realized by a logic circuit designed in the logic circuit unit.
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