Xilinx FPGA的上电配置过程

Xilinx FPGA的上电配置过程——进阶篇

 

总结Xilinx FPGA的上电模式可以分为以下4类型：

 

1. 主模式

 

2. 从模式

 

3. JTAG模式（调试模式）

 

4. 系统模式（多片配置模式）

 

主模式

 

典型的主模式都是加载片外非易失( 断电不丢数据) 性存储器中的配置比特流，配置所需的时钟信号( 称为CCLK) 由FPGA内部产生，且FPGA控制整个配置过程。

 

在主模式下，FPGA上电后，自动将配置数据从相应的外存储器读入到SRAM中，实现内部结构映射；主模式根据比特流的位宽又可以分为：串行模式( 单比特流) 和并行模式( 字节宽度比特流) 两大类。如：主串行模式、主SPI Flash 串行模式、主并行模式等

从模式

 

从模式需要外部的主智能终端( 如处理器、微控制器或者DSP等) 将数据下载到FPGA中，其最大的优点就是FPGA 的配置数据可以放在系统的任何存储部位，包括：Flash、硬盘、网络，甚至在其余处理器的运行代码中。

 

在从模式下，FPGA 作为从属器件，由相应的控制电路或微处理器提供配置所需的时序，实现配置数据的下载。从模式也根据比特流的位宽不同分为串、并模式两类。

JTAG模式（调试模式）

 

JTAG 模式为调试模式，可将PC 中的比特文件流下载到FPGA中，断电即丢失。赛灵思公司的FPGA芯片具有IEEE 1149.1/1532协议所规定的JTAG接口，只要FPGA上电，不论模式选择管脚M[2:0] 的电平，都可用采用该配置模式。但是将模式配置管脚设置为JTAG模式，即M[2:0]=3’b101时，FPGA芯片上电后或者PROG_B管脚有低脉冲出现后，只能通过JTAG模式配置。

 

在JTAG模式中，PC和FPGA通信的时钟为JTAG接口的TCLK，数据直接从TDI进入FPGA，完成相应功能的配置。

系统模式（多片配置模式）

 

为了解决大规模FPGA的配置问题，赛灵思公司推出了系统级的System ACE(Advanced Configuration Environment) 解决方案。System ACE可在一个系统内，甚至在多个板上，对赛灵思的所有FPGA进行配置，使用Flash存储卡或微硬盘保存配置数据，通过System ACE控制器把数据配置到FPGA中。

附：System ACE的CF(Compact Flash) 模式

 

System ACE CF存储设备包括赛灵思的ACE Flash卡或其它厂家的Compact Flash卡以及IBM的微硬盘。Compact Flash卡的容量为32MB~4GB，微硬盘的容量为2GB~6GB，至少可配置数百片FPGA芯片。

 

System ACE CF控制器提供了存储单元和FPGA器件之间的接口，PC和存储器的标准JTAG接口。控制器芯片默认的配置模式也是通过边界扫描的方式将数据配置到FPGA 链中，同样可由边界扫描链的测试和编程接口来辅助进行系统原形的调试。

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