400-035-6699
当前位置: 首页 » 技术支持 » 博文资讯 »

FPGA入门教程:三种核心配置方法深度解析

FPGA器件在配置过程中,主要采用三种下载方式:主动配置方式(AS)、被动配置方式(PS)以及广泛应用的JTAG配置方式。每种方式都有其特定的应用场景和操作流程。
在主动配置方式(AS)中,FPGA器件主动引导配置操作过程,控制外部存储器和初始化过程。例如,EPCS系列存储器专门用于AS模式,目前主要支持Cyclone系列器件。Altera串行配置器件可实现这一过程,期间Cyclone系列器件处于主动地位,而配置期间则处于从属地位。配置数据通过DATA0引脚送入FPGA,并在DCLK输入上同步,每个时钟周期传输一位数据。
被动配置方式(PS)则是由外部计算机或控制器控制配置过程。这种模式下,配置数据通过DATA0引脚从外部存储部件送入FPGA,并在DCLK上升沿锁存,每个时钟周期传输一位数据。JTAG接口是一种业界标准,主要用于芯片测试等功能,通过IEEE Std 1149.1联合边界扫描接口引脚实现。
FPGA器件在正常工作时,其配置数据存储SRAM中,加电时需要重新下载。在实验系统中,通常使用计算机或控制器进行调试,因此适合采用PS模式。而在实用系统中,FPGA需要主动引导配置操作过程,从外围专用存储芯片中获取配置数据。这些配置信息通常通过编程器将设计所得的POF格式文件烧录进芯片中。
专用配置器件如EPC系列存储器,包括EPC2、EPC1、EPC4、EPC8等,已被逐步淘汰。对于Cyclone和Cyclone II系列器件,Altera提供了适用于AS模式的EPCS系列配置器件。除了单BIT配置,一些新型器件还支持PPS、FPS等并行配置方式,以提升配置速度。
在实际操作中,根据配置模式的不同,可能需要对电路进行适当的设计。例如,在AS模式下,如果使用下载线进行烧写,需要将“nCONFIG,nSTATUS”引脚上拉。若考虑多种配置模式,可以采用跳线设计,上拉电阻的阻值通常为10K。
在PS模式下,如果FPGA芯片已有配置芯片在板上,需要隔离下载缆线与配置芯片的信号。平时调试时,通常不将配置芯片焊接在板上,而是在调试完成后将程序烧录到配置芯片中。
Altera的下载电缆有多种类型,如ByteBlaster、ByteBlaster MV、ByteBlaster II以及基于USB的USB-Blaster。BBII支持多种电压供电和下载模式,包括AS、JTAG等,而BBMV仅支持PS和JTAG。
在使用FPGA实验板时,常采用AS+JTAG的方式进行配置。这样可以先用JTAG模式进行调试,待程序调试无误后,再使用AS模式将程序烧录到配置芯片中。这种方法的优点是,在AS模式无法下载时,可以利用Quartus自带的工具生成JTAG模式下可用的JIC文件,以验证配置芯片是否损坏。
此外,FPGA还可以通过单片机、CPLD等设备进行配置,关键在于满足数据手册中的时序要求。
在使用Quartus软件进行配置时,需要进行一系列设置,包括选择配置方案、配置模式和配置设备等。此外,还可以定义双口引脚在配置后的作用,以及在通用菜单中设置相关选项。
最后,了解不同后缀名的文件适用范围也是非常重要的。例如,SOF文件适用于PS模式,POF文件适用于BBII下载器,而HEX文件和TTF文件在单片机和其他配置方式中有广泛应用。通过合理选择和使用这些文件,可以确保FPGA配置的正确性和高效性。

FPGA器件有三类配置下载方式:主动配置方式(AS)和被动配置方式(PS)和最常用的(JTAG)配置方式。AS由FPGA器件引导配置操作过程,它控制着外部存储器和初始化过程,EPCS系列:如EPCS1,EPCS4配置器件专供AS模式,目前只支持 Cyclone系列。使用Altera串行配置器件来完成。Cyclone期间处于主动地位,配置期间处于从属地位。配置数据通过DATA0引脚送入 FPGA。配置数据被同步在DCLK输入上,1个时钟周期传送1位数据。PS则由外部计算机或控制器控制配置过程。通过加强型配置器件(EPC16,EPC8,EPC4)等配置器件来完成,在PS配置期间,配置数据从外部储存部件,通过DATA0引脚送入FPGA。配置数据在DCLK上升沿锁存,1个时钟周期传送1位数据。JTAG接口是一个业界标准,主要用于芯片测试等功能,使用IEEE Std 1149.1联合边界扫描接口引脚,支持JAM STAPL标准,可以使用Altera下载电缆或主控器来完成。

FPGA入门教程:三种核心配置方法深度解析

FPGA在正常工作时,它的配置数据存储在SRAM中,加电时须重新下载。在实验系统中,通常用计算机或控制器进行调试,因此可以使用PS。在实用系统中,多数情况下必须由FPGA主动引导配置操作过程,这时FPGA将主动从外围专用存储芯片中获得配置数据,而此芯片中fpga配置信息是用普通编程器将设计所得的pof格式的文件烧录进去。

专用配置器件:epc型号的存储器 常用配置器件:epc2,epc1,epc4,epc8,epc1441(现在已经被逐步淘汰了)等。对于cyclone cycloneII系列器件,Altera 还提供了针对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,他们只适用于cyclone系列。除了AS和PS等单BIT配置外,现在的一些器件已经支持PPS,FPS等一些并行配置方式,提升配置了配置速度。当然所外挂的电路也和PS有一些区别。还有处理器配置比如JRUNNER 等等,如果需要再baidu吧,至少不下十种。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等七种配置方式,其中Cyclone支持的配置方式有PS、AS、JTAG三种。

对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,通过一条下载线进行烧写的话,那么开始的“nCONFIG,nSTATUS”应该上拉,要是考虑多种配置模式,可以采用跳线设计,让配置方式在跳线中切换,上拉电阻的阻值可以采用10K。在PS模式下tip:如果你用电缆线配置板上的FPGA芯片,而这个FPGA芯片已经有配置芯片在板上,那你就必须隔离缆线与配置芯片的信号。一般平时调试时不会把配置芯片焊上的,这时候用缆线下载程序。只有在调试完成以后,才把程序烧在配置芯片中, 然后将芯片焊上,或者配置芯片就是可以方便取下焊上的那种。这样出了问题还可以方便地调试。在AS模式下tip:用过一块板子用的AS下载,配置芯片一直是焊在板子上的,原来AS方式在用线缆对配置芯片进行下载的时候,会自动禁止对FPGA的配置,而PS方式需要电路上隔离。

一般是用jtag配置epc2和flex10k,然后 epc2用ps方式配置flex10k。这样用比较好。下载电缆,Altera下的下载电缆分为byteblaster和byteblasterMV,以及ByteBlaster II,现在还推出了基于USB-blaster。由于BB基本已经很少有人使用,而USB-Blaster现在又过于昂贵,这里就说一下BBII和 BBMV的区别。

BBII支持多电压供电5.5v,3.3v,2.5v,1.8v;BBII支持三种下载模式:AS,可对 Altera的As串行配置芯片(EPCS系列)进行编程,可对FPGA进行配置;JTAG,可对FPGA,cpld,即Altera配置芯片(EPC系列)编程;而BBMV只支持PS和JTAG。

一般在做FPGA实验板(如cyclone系列)的时候,用AS+JTAG方式,这样可以用JTAG方式调试,而最后程序已经调试无误了后,再用 AS模式把程序烧到配置芯片里去,而且这样有一个明显的优点,就是在AS模式不能下载的时候,可以利用Quartus自带的工具生成JTAG模式下可以利用的jic文件来验证配置芯片是否已经损坏。

Altera的FPGA可以通过单片机、CPLD等加以配置,主要原理是满足datasheet中的时序即可,这里我就不多说了,有兴趣的朋友可以自己研究一下。

配置时,quartus软件操作部分:

(1).assignment--》device--》device&pin options--》选择configuration scheme,configuaration mode,configuration device,注意在不支持远程和本地更新的机器中configuration mode不可选择,而configuration device中会根据不同的配置芯片产生pof文件,如果选择自动,会选择最小密度的器件和适合设计

(2)。可以定义双口引脚在配置完毕后的作用,在刚才的device&pin option--》dual-purpose pins--》,可以在配置完毕后继续当I/O口使用。

(3)。在general菜单下也有很多可钩选项,默认情况下一般不做改动。

(4)。关于不同后缀名的文件的适用范围:

sof(SRAM Object File)当直接用PS模式下将配置数据下到FPGA里,USB BLASTER、MASTERBLASER、BBII、BBMV适用,quartusII会自动生成,所有其他的配置文件都是由sof生成的。

pof(Programmer Object File)也是由quartusII自动生成的,BBII适用,AS模式下将配置数据下到配置芯片中 rbf(Raw Binary File)用于微处理器的二进制文件。在PS,FPP,PPS,PPA配置下有用处 rpd(Raw Programing Data File)包含bitstream的二进制文件,可用AS模式配置,只能由pof文件生成 hex(hexadecimal file),这个就不多说了。单片机里很多ttf(Tabular Text File)适用于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)专门用于program,verigy,blank-check 。

【限时免费】一键获取网络规划系统模板+传输架构设计+连通性评估方案

FPGA相关文章

服务电话:
400-035-6699
企服商城