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FPGA器件常用配置约束技巧解析与实践

FPGA开发过程中,配置约束是确保将工程产生的二进制文件正确加载到FPGA器件的关键环节。这些设置涉及到如何生成、调整和优化比特流文件,以下将详细介绍这一过程。
首先,以Xilinx Vivado工具为例,配置约束的设置相对隐藏,需要进行一系列操作才能访问。在开始配置之前,必须执行全编译生成比特流。这通过点击PROG RAM AND DEBUG菜单下的Generate Bitstream完成。随后,进入IMPLEMENTATION菜单,选择Open Implemented Design,打开实现页面。
在PROGRAM AND DEBUG上点击右键,在弹出的菜单中选择Bitstream Settings。此时会显示Bitstream Settings页面,并且页面上会出现一行字符串“Configure additional bitstream settings”,点击它以进行详细的配置。
接下来,会看到Edit Device Properties页面,这里有多个选项卡,每个选项卡都包含不同的配置约束选项。
首先,来说说比特流压缩。在General选项卡中,可以找到Enable Bitstream Compression选项。默认设置为FALSE,将其修改为TRUE即可启用比特流压缩功能。在实际应用中,压缩后的比特流数据量可以显著减少,例如从2.08MB降低到1.14MB,这对于存储容量有限的外部设备来说是一个很大的优势。
另一个重要的配置是针对SPI Flash加载配置。FPGA是基于RAM结构的,启动时需要外部非易失存储器来加载比特流。SPI Flash是最常用的存储设备。在Configuration选项卡中,必须确保SPICONfiguration的设置与实际使用的SPI Flash参数相匹配。正确配置后,生成的bit文件才能转换为适用于SPI flash烧录的mcs格式文件。
此外,还可以调整SPI Flash加载FPGA过程中的时钟频率。在Configuration选项卡中,找到Configuration Rate (MHz)选项,并修改其后的数值。这是FPGA主动配置模式下CCLK的时钟频率,调整它可以优化加载过程。
了解这些基本配置后,下面列举几个常用的配置及其作用:
- **使能比特流压缩**:通过压缩,可以减少存储所需的空间,提高存储效率。 - **配置SPI Flash加载**:确保比特流可以正确存储到SPI Flash中,并能在FPGA启动时加载。 - **调整配置时钟频率**:根据实际需求,调整加载速度,以适应不同的应用场景
最后,值得注意的是,所有的配置更改都需要在完全编译后进行,并且确保所有设置与实际硬件设备相匹配。只有在正确配置的基础上,FPGA才能发挥其最大的性能潜力,满足各种复杂应用的需求。通过深入理解这些配置约束,开发者可以更加灵活地设计FPGA应用,提升系统的整体性能和可靠性。

所谓配置约束,主要针对的是将工程所产生的二进制文件加载到FPGA器件相关的一些配置设置
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FPGA器件常用配置约束技巧解析与实践

Xilinx Vivado工具的配置约束隐藏得比较深,如图1所示,在进入配置页面前,首先需要点击PROGRAM AND DEBUG->Generate Bitstream执行工程的全编译,然后点击IMPLEMENTATION->OpenImplemented Design进入实现页面。

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图1Generate Bitstream菜单

接着如图2所示,在PROGRAMAND DEBUG上单击右键,在弹出的右键菜单中点击Bitstream Settings。

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图2Bitstream Settings菜单

接着弹出如图3所示的BitstreamSettings页面,同时会出现Configure additional bitstream settings一行字符串(注意一定要按照前面的要求对工程进行全编译并点击Open Implemented Design进入实现页面才会出现该字符串),可以点击它。

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图3Bitstream Settings页面

如图4所示,弹出的EditDevice Properties页面,这里的多个选项卡就是配置相关的所有详细约束。

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图4 EditDevice Properties页面

下面列举几个比较常用的配置,略作说明。

使能比特流压缩

如图5所示,在General选项卡的EnableBitstream Compression后面,默认的FALSE修改为TRUE,就使能了配置比特流的压缩功能。

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图5 比特流压缩使能

如图6所示,在本实例中,压缩前后的比特流数据量从2.08MB降低到了1.14MB,几乎压缩了一半的数据量,对于外部存储器容量受限的情况,该配置或许能够解燃眉之急。

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图6 压缩前后数据量比对

SPI Flash加载配置

FPGA器件本身是基于RAM结构,每次启动必须有一颗外部的非易失存储器用于加载比特流。SPI Flash是最常用的用于加载FPGA的外部存储器,若希望生成用于存储到SPI Flash中的比特流,则需要先在配置选项中做一些设置。

如图7所示,Configuration选项卡中的SPIConfiguration配置必须和实际使用的SPI Flash的参数相匹配。只有这里进行了正确配置后,生成的bit文件才能支持转换为用于SPI flash烧录固化的mcs格式文件。

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图7 SPIFlash配置页面

此外,如果希望调整SPIFlash加载FPGA过程的时钟频率,如图8所示,点击Configuration选项卡,修改第一行Configuration Rate (MHz)后的数值,即FPGA主动配置模式下CCLK的时钟频率。

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图8配置时钟频率设定

审核编辑:黄飞

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