一文了解Xilinx FPGA配置流程

尽管FPGA的配置模式各不相同,但整个配置过程中FPGA的工作流程是一致的,分为三个部分:设置、加载、启动。

 
FPGA(Field-Programmable Gate Array),即现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
一文了解Xilinx FPGA配置流程
复位结束配置开始
  
有多种方式使FPGA的配置进入这一过程。在上电时,电压达到FPGA要求之前,FPGA的上电复位模块将使FPGA保持在复位状态;外部控制PROG_B引脚出现一个低脉冲也可以使FPGA保持在复位状态。
  
清除配置存储内容
  
这一步称为初始化,当FPGA复位结束,配置存储器的内容会被自动清除。在这个步骤中,除配置专用接口外,FPGA I/O均被置于高阻态。在整个初始化过程中,INIT_B引脚被置低并在初始化结束后恢复高电平。如果INIT_B信号在外部被拉低,FPGA将一直停留在初始化状态。注意PROG_B信号的脉宽不能太窄。
  
采样控制信号
  
初始化结束后,INIT_B信号回到高电平。FPGA开始采集模式选择引脚M[1:0]和变量选择引脚VS。如果为主动模式,FPGA很快就会给出有效的CCLK。VS信号只在主动BPI及其SPI模式中生效。此时,FPGA开始在配置时钟的上升沿对配置数据进行采样。
  
同步化
  
每一个FPGA配置数据流都有一个同步头,它是一段特殊的同步字。同步字主要用于帮助FPGA确定正确的数据位置。同步字之前的配置数据都会被FPGA忽略,也就是FPGA仅仅在同步化之后才正式开始接收配置数据。一般而言,同步字都是由0/1数目相同的二进制数组成的,如Spartan3为AA995566。
  
ID检查
  
FPGA同步化后,会自动检测配置流中的器件ID和目标器件ID是否一致。这一步确保了FPGA不会被错误的配置流误配置。
  
32位的ID中包含了28位的特征值和4位掩码。特征值包括厂商信息,器件族,器件规模等。当器件ID检查遇到问题时,FPGA会将内部寄存器的第一位ID_Err置高,软件也会显示错误信息。
  
载入配置内容
  
在ID检查顺利通过后,FPGA开始加载配置数据。
  
CRC校验
  
在加载数据过程中,FPGA会对每一帧数据进行CRC校验。如果失败,FPGA会将INIT_B信号拉低并终止配置过程。
  
启动序列
  
FPGA配置数据加载完后,FPGA进入启动序列。启动序列事件的默认顺序为先释放DONE引脚,然后激活I/O,最后启动写使能。实际使用中,可以通过BitGen参数对启动顺序进行设置来满足不同的需求。
一文了解Xilinx FPGA配置流程