2.2.2 ATmega64存储空间的扩展
ATmega64的寻址空间为64 KB，利用ATmega64自身的寻址系统，只能访问0x0000~0xFFFF的地址空间。显然，这对于存储和加载大容量FPGA的配置数据是远远不够的。以Xilinx公司的Spartan3系列FPGA为例，其配置数据所需的存储空间如表2所列。
表2 Spartan3系列FPGA配置文件大小
以XC3S4000型FPGA为例，它的配置文件所需的存储空间约为1.35 MB，已远远超出了ATmega64单片机的寻址空间。因此，为了能够利用ATmega64单片机来实现对FPGA配置数据的读写，必须对其寻址空间进行扩展。扩展的硬件连接框图如图2中的单片机与Flash的连接部分所示。
本设计中是使用通用I/O来扩展ATmega64单片机的寻址空间的。ATmega64单片机的总寻址空间为64 KB，但片内4 KB的SRAM及各种寄存器占用了前面的部分寻址空间，故其片外存储器寻址空间是0x1100~0xFFFF。因此将Flash的低15位地址直接接到 ATmega64单片机的低15位地址总线上，其余6位高位地址用单片机的通用I/O进行选择。寻址时单片机的专用地址口只输出 0x8000～0xFFFF的地址数据，与通用I/O输出的地址组合后给出Flash的读写地址。
通过以上对ATmega64单片机寻址空间的扩展方法，可以实现ATmega64单片机对合适的Flash存储器的寻址操作，从而解决了大容量FPGA配置数据的存储和读取问题。
2.2.3 用ATmega64实现FPGA的SELECTMAP加载
Xilinx公司的Spartan3系列FPGA加载方式分为5种： Master Serial、Slave Serial、Master Parallel、Slave Parallel、JTAG。
按照FPGA是否控制加载过程，加载方式可分为Master方式和Slave方式;按照加载数据时的数据位宽，可分为Serial方式和 Parallel方式。用于加载的引脚主要有： PROG_B，CCLK，RDWR_B，DONE，INIT_B，CS_B，BUSY，D［0～7］，M［0～2］，HSWAP和JTAG接口（TDI、 TMS、TCK、TDO）。加载过程大体分为3个步骤：配置的建立、配置数据的加载和加载完成。
SELECTMAP即Slave Parallel方式，是由外部控制器控制FPGA的加载过程，并以8位数据的形式向FPGA写入加载数据的加载方法。图2中FPGA与ATmega64 的连接部分为ATmega64单片机采用SELECTMAP方式对FPGA进行加载的硬件连接框图，具体实现过程如下：
ATmega64通过将FPGA的PROG_B、CS_B和RDWR_B引脚置低来开启加载过程，FPGA在PROG_B置低后开始清除内部配置RAM，并将INIT_B脚置低。PROG_B重新置1后，在INIT_B由低变高的上升沿，FPGA采样M［0～2］引脚获取配置方式信息。 ATmega64监视FPGA的INIT_B脚，当INIT_B脚由低变高时，说明FPGA已经完成了内部配置RAM的清除工作，并准备好接收配置数据。在ATmega64给出的CCLK配置时钟的上升沿，配置数据D［0～7］写入配置RAM。当FPGA接收完所有的配置数据后，DONE引脚被FPGA置为高电平。ATmega64可以通过监视DONE引脚来判断FPGA是否加载完成。对于Spartan3系列的FPGA，如果配置FPGA的CCLK的频率高于50 MHz，则外部控制器还需要监视FPGA的BUSY引脚。当BUSY脚为高时，说明FPGA还未完成上一个配置数据的处理，此时外部控制器需要继续保持上一个配置数据在D［0～7］引脚，直至BUSY引脚回到低电平。对于本设计的应用，ATmega64给出的配置时钟频率远低于50 MHz，不必考虑BUSY引脚的控制作用。