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  • 3.2 FPGA 配置电路/主模式 从模式 JTAG模式

    我们知道,FPGA是易失性的。硬件配置,即把HDL代码下载到FPGA芯片中,才能进行下一步的调试。

    FPGA的配置过程:初始化→清空配置存储器→加载配置数据→CRC错误检查→START-UP

    配置电路分类(根据FPGA芯片能否主动加载配置数据):

    FPGA配置方式灵活多样,根据芯片是否能够自己主动加载配置数据分为主模式、从模式以及JTAG模式。

    Xilinx FPGA 的常用配置模式有5 类:主串模式、从串模式、Select MAP 模式、Desktop 配置和直接SPI 配置。

    (1) 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、内部主SPI Flash串行模式、主BPI 并行模式以及主并行模式。

    (2) 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,具体包括:从串行模式、JTAG模式和从并行模式三大类。

    (3)JTAG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。

    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。


    目前,主流的FPGA芯片都支持各类常用的主、从配置模式以及JTAG,以减少配置电路失配性对整体系统的影响。

    在主配置模式中,FPGA自己产生时钟,并从外部存储器中加载配置数据,其位宽可以为单比特或者字节;

    在从模式中,外部的处理器通过同步串行接口,按照比特或字节宽度将配置数据送入FPGA芯片。

    此外,多片FPGA可以通过JTAG菊花链的形式共享同一块外部存储器,同样一片/ 多片FPGA也可以从多片外部存储器中读取配置数据以及用户自定义数据。

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