淺談FPGA基礎(chǔ)入門相關(guān)知識(shí)

很多人對(duì)于CPLD下JTAG的下載很熟悉了,可轉(zhuǎn)到FPGA來的時(shí)候,多多少少有些迷惑,怎么 出現(xiàn)配置芯片了,為什么要用不同的下載電纜,不同的下載模式?我就自己知道的一點(diǎn)東西談一些個(gè)人的見解,并發(fā)一些資料.有問題大家也一起討論,歡迎拍磚.

1.FPGA器件有三類配置下載方式：主動(dòng)配置方式(AS)和被動(dòng)配置方式(PS)和最常用 的(JTAG)配置方式。

AS由FPGA器件引導(dǎo)配置操作過程，它控制著外部存儲(chǔ)器和初始化過程，EPCS系列.如EPC S1,EPCS4配置器件專供AS模式，目前只支持 Cyclone系列。使用Altera串行配置器件來

完成。Cyclone期間處于主動(dòng)地位，配置期間處于從屬地位。配置數(shù)據(jù)通過DATA0引腳送入 FPGA。配置數(shù)據(jù)被同步在DCLK輸入上，1個(gè)時(shí)鐘周期傳送1位數(shù)據(jù)。PS則由外部計(jì)算機(jī)或控制器控制配置過程。通過加強(qiáng)型配置器件(EPC16，EPC8，EPC4)等配置器件來完成，在PS配置期間，配置數(shù)據(jù)從外部儲(chǔ)存部件，通過DATA0引腳送入FPGA。配置數(shù)據(jù)在DCLK上升沿鎖存，1個(gè)時(shí)鐘周期傳送1位數(shù)據(jù)。

JTAG接口是一個(gè)業(yè)界標(biāo)準(zhǔn),主要用于芯片測(cè)試等功能,使用IEEE Std 1149.1聯(lián)合邊界掃描接口引腳，支持JAM STAPL標(biāo)準(zhǔn)，可以使用Altera下載電纜或主控器來完成。 FPGA在正常工作時(shí)，它的配置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在SRAM中，加電時(shí)須重新下載。在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，通常用計(jì)算機(jī)或控制器進(jìn)行調(diào)試，因此可以使用PS。在實(shí)用系統(tǒng)中，多數(shù)情況下必須由FPGA主動(dòng)引導(dǎo)配置操作過程，這時(shí)FPGA將主動(dòng)從外圍專用存儲(chǔ)芯片中獲得配置數(shù)據(jù)，而此芯片中fpga配置信息是用普通編程器將設(shè)計(jì)所得的pof格式的文件燒錄進(jìn)去。

專用配置器件：epc型號(hào)的存儲(chǔ)器

常用配置器件：epc2,epc1,epc4,epc8,epc1441(現(xiàn)在好象已經(jīng)被逐步淘汰了)等

對(duì)于cyclone cycloneII系列器件,ALTERA還提供了針對(duì)AS方式的配置器件,EPCS系列.如EPCS1,EPCS4配置器件也是串行配置的.注意,他們只適用于cyclone系列. 除了AS和PS等單BIT配置外，現(xiàn)在的一些器件已經(jīng)支持PPS，F(xiàn)PS等一些并行配置方式，提升配置了配置速度。當(dāng)然所外掛的電路也和PS有一些區(qū)別。還有處理器配置比如JRUNNER 等等，如果需要再baidu吧，至少不下十種。比如Altera公司的配置方式主要有Passive Serial(PS),Active Serial(AS),Fast Passive Parallel(FPP),Passive Parallel Synchronous(PPS),Passive Parallel Asynchronous(PPA),Passive Serial Asynchronous(PSA),JTAG等七種配置方式，其中Cyclone支持的配置方式有PS，AS，JTAG三種.

2 對(duì)FPGA芯片的配置中，可以采用AS模式的方法，如果采用EPCS的芯片，通過一條下載線進(jìn)行燒寫的話，那么開始的'nCONFIG,nSTATUS'應(yīng)該上拉，要是考慮多種配置模式，可

以采用跳線設(shè)計(jì)。讓配置方式在跳線中切換,上拉電阻的阻值可以采用10K

3,在PS模式下tip:如果你用電纜線配置板上的FPGA芯片,而這個(gè)FPGA芯片已經(jīng)有配置芯片在板上,那你就必須隔離纜線與配置芯片的信號(hào).(祥見下圖).一般平時(shí)調(diào)試時(shí)不會(huì)把配置芯片焊上的,這時(shí)候用纜線下載程序.只有在調(diào)試完成以后,才把程序燒在配置芯片中, 然后將芯片焊上.或者配置芯片就是可以方便取下焊上的那種.這樣出了問題還可以方便地調(diào)試.

在AS模式下tip: 用過一塊板子用的AS下載，配置芯片一直是焊在板子上的，原來AS方式在用線纜對(duì)配置芯片進(jìn)行下載的時(shí)候，會(huì)自動(dòng)禁止對(duì)FPGA的配置，而PS方式需要電路上隔離。

4，一般是用jtag配置epc2和flex10k,然后 epc2用ps方式配置flex10k.這樣用比較好.(這是我在網(wǎng)上看到的,可以這樣用嗎?懷疑中)望達(dá)人告知.

5,下載電纜,Altera下的下載電纜分為byteblaster和byteblasterMV,以及ByteBlaster II,現(xiàn)在還推出了基于USB-blaster.由于BB基本已經(jīng)很少有人使用,而USB-Blaster現(xiàn)在又過于昂貴,這里就說一下BBII和 BBMV的區(qū)別.

BBII支持多電壓供電5.5v,3.3v,2.5v,1.8v;

BBII支持三種下載模式:AS,可對(duì)Altera的As串行配置芯片(EPCS系列)進(jìn)行編程 PS,可對(duì)FPGA進(jìn)行配置 JTAG,可對(duì)FPGA,CPLD,即Altera配置芯片(EPC系列)編程 而BBMV只支持PS和JTAG

6,一般在做FPGA實(shí)驗(yàn)板,(如cyclone系列)的時(shí)候,用AS+JTAG方式,這樣可以用JTAG方式調(diào)試,而最后程序已經(jīng)調(diào)試無誤了后,再用 AS模式把程序燒到配置芯片里去,而且這樣有一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn),就是在AS模式不能下載的時(shí)候,可以利用Quartus自帶的工具生成JTAG模式下可以利用的jic文件來驗(yàn)證配置芯片是否已經(jīng)損壞,方法祥見附件(這是駿龍的人寫的,

摘自咱們的壇子,如有版權(quán)問題,包涵包涵).

7.Altera的FPGA可以通過單片機(jī),CPLD等加以配置,主要原理是滿足datasheet中的時(shí)序即可,這里我就不多說了,有興趣的朋友可以看看下面幾篇文章,應(yīng)該就能夠明白是怎么回事了.

8.配置時(shí),quartus軟件操作部分：

(1).assignment-->device-->devicepin options-->選擇configuration scheme,configuaration mode,configuration device,注意在不支持遠(yuǎn)程和本地更新的機(jī)器中configuration mode不可選擇,而configuration device中會(huì)根據(jù)不同的配置芯片產(chǎn)生pof文件, 如果選擇自動(dòng),會(huì)選擇最小密度的器件和適合設(shè)計(jì)

(2).可以定義雙口引腳在配置完畢后的作用,在剛才的devicepin option-->dual-purpose pins-->,可以在配置完畢后繼續(xù)當(dāng)I/O口使用

(3).在general菜單下也有很多可鉤選項(xiàng),默認(rèn)情況下一般不做改動(dòng),具體用法參見alter a configuration handbook,volume2,sectionII.

(4)關(guān)于不同后綴名的文件的適用范圍: sof(SRAM Object File)當(dāng)直接用PS模式下將配置數(shù)據(jù)下到FPGA里用到,USB BLASTER,MASTERBLASER,BBII,BBMV適用,quartusII會(huì)自

動(dòng)生成,所有其他的配置文件都是由sof生成的. pof(Programmer Object File)也是由quartusII自動(dòng)生成的,BBII適用,AS模式下將配置數(shù)據(jù)下到配置芯片中rbf(Raw Binary File)用于微處理器的二進(jìn)制文件.在PS,FPP,PPS,PPA配置下有用處rpd(Raw Programing Data File)包含bitstream的二進(jìn)制文件,可用AS模式配置,只能由pof文件生成hex(hexadecimal file)這個(gè)就不多說了,單片機(jī)里很多ttf(Tabular Text File)適用于FPP,PPS,PPA,和bit-wide PS配置方式sbf(Serial Bitstream File)用PS模式配置Flex 10k和Flex6000的jam(Jam File)專門用于program,verigy,blank-check

這幾天查看了altera的FPGA下載配置的資料，現(xiàn)將學(xué)習(xí)心得總結(jié)如下：

1、根據(jù)FPGA在配置電路中的角色，配置數(shù)據(jù)可以使用3種方式載入到目標(biāo)器件中：

(1) FPGA主動(dòng)方式：由FPGA來主動(dòng)輸出控制和同步信號(hào)給FPGA的串行配置芯片(EPCS系列)，配置芯片收到命令后，把配置數(shù)據(jù)發(fā)給FPGA，完成配置過程;在AS模式下，F(xiàn)PGA必須與AS串行配置芯片配合使用，它與FPGA的接口為四跟信號(hào)線，分別為:串行時(shí)鐘輸入(DCLK),AS控制信號(hào)輸入 (ASDI)，片選信號(hào)(nCS),串行數(shù)據(jù)輸出(DATA)。

(2) FPGA被動(dòng)方式：被動(dòng)模式下，由系統(tǒng)的其他設(shè)備發(fā)起并控制配置過程，這些設(shè)備可以是配置芯片(EPC系列)，或者單板的微處理器、CPLD等。 FPGA在配置過程中完全處于被動(dòng)地位，只是輸出一些狀態(tài)信號(hào)來配合配置過程;在PS模式下，需要配置時(shí)鐘(DCLK)，配置數(shù)據(jù)(DATA0)，配置命令(nCONFIG)，狀態(tài)信號(hào)(nSTATUS)，配置完成指示(CONF_DONE)這四個(gè)信號(hào)來完成配置過程。

(3) JTAG模式：使用JTAG進(jìn)行配置可以使用Altera的下載電纜，或者通過智能主機(jī)模擬JTAG的時(shí)序來進(jìn)行配置;JTAG接口由四個(gè)必須的信號(hào)TDI、TDO、TMS和TCK，以及一個(gè)可選的TRST構(gòu)成。

2、若使用ByteBlasterII下載電纜，支持的配置方式有以下3種：

AS方式：對(duì)AS配置芯片(ECPS系列)進(jìn)行編程;

PS方式：可以對(duì)FPGA進(jìn)行配置;

JTAG方式：可以對(duì)FPGA、CPLD以及Altera配置芯片(EPC系列)編程。

3、AS及PS模式下的注意事項(xiàng)

PS 模式:如果你用電纜線配置板上的FPGA芯片,而這個(gè)FPGA芯片已經(jīng)有配置芯片在板上,那你就必須隔離纜線與配置芯片的信號(hào)一般平時(shí)調(diào)試時(shí)不會(huì)把配置芯片焊上的,這時(shí)候用纜線下載程序.只有在調(diào)試完成以后,才把程序燒在配置芯片中,然后將芯片焊上.或者配置芯片就是可以方便取下焊上的那種.這樣出了問題還可以方便地調(diào)試.

AS模式下: 用過一塊板子用的AS下載，配置芯片一直是焊在板子上的，原來AS方式在用線纜對(duì)配置芯片進(jìn)行下載的時(shí)候，會(huì)自動(dòng)禁止對(duì)FPGA的配置，而PS方式需要電路上隔離。

4、一般在做FPGA實(shí)驗(yàn)板,(如cyclone系列)的時(shí)候,用AS+JTAG方式,這樣可以用JTAG方式調(diào)試,而最后程序已經(jīng)調(diào)試無誤了后,再用AS模式把程序燒到配置芯片里去,而且這樣有一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn),就是在AS模式不能下載的時(shí)候,可以利用Quartus自帶的工具生成JTAG模式下可以利用的jic文件來驗(yàn)證配置芯片是否已經(jīng)損壞。