FPGA的三種配置方式詳解

FPGA器件有三類(lèi)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(guò)程，它控制著外部存儲(chǔ)器和初始化過(guò)程，EPCS系列：如EPCS1，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(lái)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(guò)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(guò)程。通過(guò)加強(qiáng)型配置器件（EPC16，EPC8，EPC4）等配置器件來(lái)完成，在PS配置期間，配置數(shù)據(jù)從外部?jī)?chǔ)存部件，通過(guò)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(lái)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(guò)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。

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(guò)一條下載線進(jìn)行燒寫(xiě)的話，那么開(kāi)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。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)。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(wèn)題還可以方便地調(diào)試。在AS模式下tip：用過(guò)一塊板子用的AS下載，配置芯片一直是焊在板子上的，原來(lái)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。

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。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(guò)于昂貴，這里就說(shuō)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，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B(niǎo)BMV只支持PS和JTAG。

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(wú)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(lái)驗(yàn)證配置芯片是否已經(jīng)損壞。

Altera的FPGA可以通過(guò)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(shuō)了，有興趣的朋友可以自己研究一下。

配置時(shí)，quartus軟件操作部分：

（1）.assignment--》device--》device&pin 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）?？梢远x雙口引腳在配置完畢后的作用，在剛才的device&pin 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)。

（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，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，F(xiàn)PP，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(shuō)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(mén)用于program，verigy，blank-check 。