Altera FPGA——AS配置的小坑

前言：作为一个初学者，面对Altera FPGA这么多的配置方式，难免感到糊里糊涂。而百度搜到的几乎都是几行简单的解释，看了之后似懂非懂，更加糊涂。故自行查阅资料，记录下自己的理解，如有错误欢迎指正。

参考资料：cyclone4-handbook
链接：https://pan.baidu.com/s/1M3BJvsrRjRMtnv5FP6kbUw
提取码：69pm

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1.啥是AS配置？

AS即Active Serial，主动串行配置。
先来看handbook中对AS的描述：

AS Configuration

大意翻译：AS配置模式中，cyclone器件由一串行存储器（即EPCS）来配置。这种串行配置设备是一种低成本的非易失性存储器。进行配置工作时，cyclone器件通过串行接口读取得到配置数据，然后配置自己的SRAM单元。之所以称之为“主动配置”，是因为cyclone在此过程中控制着传输接口。

注意！！！并没有提到USB-Blaster等下载电缆，也没有提及PC和Quartus II。AS配置过程只涉及专用存储器和FPGA器件本身。例图如下：

Single-Device AS Configuration

捋一捋：
一般情景下，我们说AS配置指的是：把USB-Blaster等下载电缆插到板子AS下载接口上，在PC端使用Quartus II，把.pof文件下载到FLASH中。
而官方的解释是：FPGA上电，主动到存储器中找配置文件，然后配置自己。

我一个小白懵了，开发板上明明有两个下载口，一个AS下载，一个JTAG调试。怎么到了官方这里的AS配置，连10Pin接口的影子都没有？

2.报道出了偏差？谁来负泽任？

问题其实出在对配置这一词的理解上。

在接触FPGA前，很多人都大概率接触过单片机。下载程序到MCU上很简单，接好线，PC上点一下下载，就完事了。然后很容易地，就把这个MCU下载的过程类比到FPGA的配置，默认PC一定会参与其中，以为配置就是“接线、PC按下载”这个过程。

这种认识是错误的，FPGA配置指的是“配置数据传入FPGA器件内的SRAM”这一过程。可以没有PC，可以没有下载电缆，可以没有10Pin接口。只要达到配置数据传入SRAM这一终极使命就行。

为了达到“配置数据传入SRAM”的终极使命，有花样繁多的手段：AS、AP、PS、FPP、JTAG......无论怎么样，他们都是殊途同归的，都是要达到“配置数据传入SRAM”这个目标的。

每次上电都要重新传数据叫“配置”，只需传一次数据叫“下载”。假设在另一个平行宇宙里没有RAM，都是用非易失性存储器件来存信息，FPGA的“配置”工作只需进行一次即可，不会丢失。你仔细一想，这不就跟单片机意义上的“下载”一模一样了吗，只不过在运行时架构上不一样而已。这么一来，那个宇宙里没必要另创一词“配置”，FPGA跟单片机的烧录都统一称为“下载”得了。

世界上本没有“配置”，有了易失性器件，才有“配置”。

3.那平常用PC下载.pof文件到板子上，这个过程到底该叫啥？

数据的传输目标是EPCS芯片，是专用EPROM，是非易失性器件，那得叫“下载”吧。
官方把这个过程称为 In-System Programming of Serial Configuration Devices，即串行存储器的ISP下载方式。
我们下载.pof文件到板子上这一步骤实际上是ISP！
我们下载.pof文件到板子上这一步骤实际上是ISP！
我们下载.pof文件到板子上这一步骤实际上是ISP！
ISP + 官方意义上的AS配置，才是我们常做的“AS下载”。

Programming Serial Configuration Devices

我们手中FPGA开发板上的“AS下载接口”，原理图就是这样的。

In-System Programming of Serial Configuration Devices

上面的官方英文描述中可以看到，ISP过程中，下载电缆会拉高nCE引脚，把所有接在AS接口上的设备禁用。同时拉低nCONFIG引脚，使Cyclone处于复位状态。烧写完毕后，再释放nCE和nCONFIG引脚，允许他们通过上下拉电阻恢复常态。
（个人疑问：既然ISP过程中FPGA处于禁用且复位的状态，能否去除FPGA，单独使用下载电缆烧写EPCS？）

小结
需要用到PC和下载电缆，进行常见意义的“AS下载”，实质上分为两步：

1. 使用下载电缆进行ISP下载，把配置文件下载到串行存储器中
2. FPGA对串行存储器主动出击，进行真正意义上的AS配置

真正的AS配置指的是：配置文件已经提前在存储器中躺好，FPGA上电后主动找存储器要配置数据，然后存到内部的SRAM中，完成。

4.补充

在Programming Serial Configuration Devices这一章中，除了ISP下载，官方还提到了另一种下载到存储器的方法，称为Serial FlashLoader

Serial FlashLoader1

按照上面提示的，搜索AN370文档，大概了解了这种方法。
理解起来并不复杂，把FPGA配置成Flash烧录器，就可以使用此模拟烧录器写入到Flash中。而IP核又是Altera提供的，按照下图三步走即可。

Serial FlashLoader2

SFL(Serial FlashLoader)的好处在于节省空间。若要同时实现AS配置和JTAG配置两种方式，通常需要分别引出供ISP下载的AS接口和JTAG接口。而SFL可以省略供ISP下载的AS接口，只留下JTAG接口也可实现AS配置。

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完