目前,，大多數(shù)FPGA芯片是基于 SRAM 的結(jié)構(gòu)的,， 而 SRAM 單元中的數(shù)據(jù)掉電就會(huì)丟失,，因此系統(tǒng)上電后，必須要由配置電路將正確的配置數(shù)據(jù)加載到 SRAM 中,，此后 FPGA 才能夠正常的運(yùn)行,。

　　常見的配置芯片有EPCS 芯片 （EPCS4、EPCS8,、EPCS16,、EPCS64、EPCS128）,，還有通用的串行 SPI FLASH 芯片如 M25P40,、 M25P16、 W25Q16 等。

　　配置（configuraTIon）是對(duì)FPGA的內(nèi)容進(jìn)行編程的過程,。每次上電后都需要進(jìn)行配置是基于SRAM工藝FPGA的一個(gè)特點(diǎn),，也可以說是一個(gè)缺點(diǎn)。FPGA配置過程如下：

　　FPGA配置方式

　　根據(jù)FPGA在配置電路中的角色,，可以將配置方式分為三類：

　　1.FPGA主動(dòng)串行（AS）方式

　　2. JTAG方式

　　3. FPGA被動(dòng)（Passive）方式

　　FPGA配置過程

　　FPGA的配置包括3個(gè)階段：復(fù)位,、配置和初始化。

　　FPGA正常上電后,，當(dāng)其nCONFIG管腳被拉低時(shí),，器件處于復(fù)位狀態(tài)，這時(shí)所有的配置RAM內(nèi)容被清空,，并且所有I/O處于高阻態(tài),，F(xiàn)PGA的狀態(tài)管腳nSTATUS和CONFIG_DONE管腳也將輸出為低。當(dāng)FPGA的nCONFIG管腳上出現(xiàn)一個(gè)從低到高的跳變以后,，配置就開始了,，同時(shí)芯片還會(huì)去采樣配置模式（MSEL）管腳的信號(hào)狀態(tài)，決定接受何種配置模式,。

　　隨之,，芯片將釋放漏極開路（open-drain）輸出的nSTATUS管腳，使其由片外的上拉電阻拉高,，這樣，就表示FPGA可以接收配置數(shù)據(jù)了,。在配置之前和配置過程中,，F(xiàn)PGA的用戶I/O均處于高阻態(tài)。

　　在接收配置數(shù)據(jù)的過程中,，配置數(shù)據(jù)由DATA管腳送入,，而配置時(shí)鐘信號(hào)由DCLK管腳送入，配置數(shù)據(jù)在DCLK的上升沿被鎖存到FPGA中,，當(dāng)配置數(shù)據(jù)被全部載入到FPGA中以后,，F(xiàn)PGA上的CONF_DONE信號(hào)就會(huì)被釋放，而漏極開路輸出的CONF_DONE信號(hào)同樣將由外部的上拉電阻拉高,。因此,，CONF_DONE管腳的從低到高的跳變意味著配置的完成，初始化過程的開始,，而并不是芯片開始正常工作,。

　　INIT_DONE是初始化完成的指示信號(hào)，它是FPGA中可選的信號(hào),，需要通過Quartus II工具中的設(shè)置決定是否使用該管腳,。在初始化過程中，內(nèi)部邏輯、內(nèi)部寄存器和I/O寄存器將被初始化,，I/O驅(qū)動(dòng)器將被使能,。

　　當(dāng)初始化完成以后，器件上漏極開始輸出的INIT_DONE管腳被釋放,，同時(shí)被外部的上拉電阻拉高,。這時(shí)，F(xiàn)PGA完全進(jìn)入用戶模式,，所有的內(nèi)部邏輯以及I/O都按照用戶的設(shè)計(jì)運(yùn)行,，這時(shí)，那些FPGA配置過程中的I/O弱上拉將不復(fù)存在,。不過,，還有一些器件在用戶模式下I/O也有可編程的弱上拉電阻。在完成配置以后,，DCLK信號(hào)和DATA管腳不應(yīng)該被浮空（floaTIng）,，而應(yīng)該被拉成固定電平，高或低都可以,。

　　FPGA配置模式選擇

　　用戶可以通過設(shè)置FPGA上的MSEL0,、MESL1兩個(gè)引腳的狀態(tài)來選擇配置方式。各種方式的MSEL0,、MESL1設(shè)置如下表所列：

　　說明：

　　在上表中,，如果只采用一種配置方式，則可以直接將MSEL0,、MESL1連接到VCC（注意要與FPGA的IO口的供電VCCIO相同）或GND,；

　　如果需要多種配置方式，那么MSEL要用控制器（單片機(jī),、CPLD等）來控制以進(jìn)行切換,；

　　MSEL管腳在配置開始前必須處于一個(gè)固定的狀態(tài)，因此不能將MSEL管腳懸空,。

　　主動(dòng)串行配置

　　主動(dòng)串行配置方式（AS）是將配置數(shù)據(jù)事先存儲(chǔ)在串行配置器件EPCS中,，然后在系統(tǒng)上電時(shí)Cyclone IV FPGA通過串行接口讀取配置數(shù)據(jù)（如果是壓縮數(shù)據(jù)，還會(huì)進(jìn)行解壓縮處理）對(duì)內(nèi)部的SRAM單元進(jìn)行配置,。

　　因?yàn)樯鲜雠渲眠^程中FPGA控制配置接口,，因此通常稱為主動(dòng)配置方式。在配置期間,，Cyclone IV用過串行接口來讀配置數(shù)據(jù),，來對(duì)里面的SRAM編程。串行配置器件的四個(gè)接口包括,，串行時(shí)鐘輸入DCLK,，串行數(shù)據(jù)輸出DATA,，低有效的片選信號(hào)NCE，串行數(shù)據(jù)輸入ASDI,。

　　主動(dòng)串行配置電路圖：

　　因?yàn)镕PGA上的nSTATUS,、CONFIG_DONE管腳都是開漏結(jié)構(gòu)，所以都要接上拉電阻,。FPGA的片選腳nCE必須接地,。

　　JTAG配置

　　通過JTAG接口，利用Quartus II軟件可以直接對(duì)FPGA進(jìn)行單獨(dú)的硬件重新配置,。Quartus II軟件在編譯時(shí)會(huì)自動(dòng)生成用于JTAG配置的,。sof文件。

　　如果同時(shí)使用AS方式和JTAG方式來配置FPGA,，JTAG配置方式擁有最高的優(yōu)先級(jí),，此時(shí)AS方式將停止，而執(zhí)行JTAG方式配置,。

　　利用Quartus II軟件和USB Blaster等下載電纜可下載配置數(shù)據(jù)到FPGA,。Quartus II軟件可以驗(yàn)證JTAG配置是否成功。JTAG配置通過下載電纜使用SOF,、Jam或者JBC文件直接對(duì)FPGA進(jìn)行配置,，這種配置方式只能用于調(diào)試階段，因?yàn)?，掉電后FPGA中的配置數(shù)據(jù)將丟失,。

　　被動(dòng)串行配置

　　被動(dòng)串行PS配置方式是Altera Cyclone IV系列FPGA配置方式中比較常用的方式。但是,，在工程應(yīng)用中若采用這種配置方式,，F(xiàn)PGA需要連接一個(gè)智能主機(jī)（比如復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD/微控制單元MCU等）以給其提供配置時(shí)鐘和配置數(shù)據(jù)。

　　在該配置方式下,，智能主機(jī)在保證與存儲(chǔ)配置數(shù)據(jù)的閃存通信無誤的情況下，只需向FPGA提供一個(gè)DCLK信號(hào)和一個(gè)DATA0信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)FPGA的配置,。另外,，該DCLK信號(hào)還可以實(shí)現(xiàn)多種頻率以滿足用戶對(duì)配置時(shí)間的需求，這是該配置方式的一大亮點(diǎn),。

　　本文介紹了以Altera型的FPGA芯片為例介紹了FPGA的上電過程,，并描述了三種常見的配置模式，用戶可以根據(jù)不同的需求來采用對(duì)應(yīng)的配置模式,，每種配置模式下對(duì)應(yīng)的配置數(shù)據(jù)類型也是不相同的,。

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