FPGA从串加载模式概述

1．FPGA从串加载模式概述

基带板上采用的FPGA是Xilinx公司Virtex-II系列XC2V3000，其配置文件的下载模式有5种：主串模式（master serial）、从串模式（slave serial）、主并模式（master selectMAP）、从并模式（slave selectMAP）、JTAG模式。其中，JTAG模式在开发调试阶段使用。其余四种下载模式，可分为串行下载方式和并行下载方式。串行下载方式和并行下载方式都有主、从2种模式。主、从模式的最大区别在于：主模式的下载同步时钟（CCLK）由FPGA提供；从模式的下载同步时钟（CCLK）由外部时钟源或者外部控制信号提供。主模式对下载时序的要求比从模式严格得多。因此从处理机易于控制下载过程的角度，一般选择使用从串模式或从并模式。本设计采用从串模式进行FPGA配置，可以使实现相对简单，并且能够减少占用MPC8260的资源。

在从串模式下，进行FPGA程序加载仅需要使用五个信号引脚，此外还需要设置M[2:0]信号以选择配置模式。所使用引脚的详细描述见下表

变径管

引脚信号	方向(FPGA侧)	描述
CCLK	输入	配置时钟
PROG_B	输入/输出	配置逻辑异步复位。表示设备已清除配置存储器。
INIT_B	输入/输出	用作输入时可以延迟配置过程。用作输出时表示设备已准备好接受配置数据；也表示配置出错。
DONE	输入/输出	用作输入时可以延迟设备启动。用作输出时表示设备处于启动序列。
DIN	输入	串行配置数据输入
M[2:0]	输入	配置模式选择。

_______________________________________________________________________________________________________________________________2．从串模式下载时序和过程

从串模式的配置过程将配置比特流载入到FPGA，有四个主要阶段：

 清除配置内存

 初始化

 载入配置数据

 设备启动

1．上电：

The VCCINT power pins must be supplied with a 1.5 V source. (Refer to the Virtex-II Data

Sheet for DC characteristics.) The IOB voltage input for Bank 4 (VCCO_4) and the auxiliary

voltage input (VCCAUX) are also used as a logic input to the Power-On-Reset (POR)

circuitry. Even if this bank is not being used, VCCO_4 must be connected to a 1.5 V or greater

source.

2．清除配置内存

在内存清除阶段，非配置I/O管脚为带有可选上拉电阻的三态。INIT_B和DONE管脚被FPGA驱动为低电平，同时内存被清除。当PROG_B变为高电平后，内存再次被清除并且初始化将开始。

当配置内存清除完毕后，募捐箱INIT_B管脚变为高电平。PROG_B上输入逻辑低电平复位配置逻辑同时保持FPGA处于配置内存清除状态。当PROG_B释放（变高）后，FPGA仍然保持INIT_B为低电平直到完全清除了所有的配置内存。PROG_B的低脉冲的最小时间由TPROGRAM定时参数定义，没有最大时间。

3．初始化：

在初始化阶段，INIT_B被释放（变高），配置模式管脚（M2～M0）被采样，相应的管脚被激活，并且配置过程开始。可以通过外部保持INIT_B为低电平来推迟配置过程的开始。

4．延迟配置：

INIT_B管脚可以被外部置低来延迟FPGA的配置。FPGA在INIT_B的上升沿采样其配置模式管脚。当INIT_B变为高电平后，配置过程开始。不需要额外的超时或者等待周期，但是配置并不需要在INIT_B跳变后立即开始。直到来自比特流的同步字载入后配置逻辑才开始处理数据。

5．载入配置数据：

一旦配置开始，目标FPGA开始接受数据帧。在最后一个数据帧的前后执行循环冗余校验（CRC）。在每一个block写入到内部数据寄存器（FDRI）后也会执行CRC。如果CRC校验结果正确，设备启动阶段将开始。

如果CRC值不匹配，INIT_B将被置低以指示CRC错误发生，启动将中止，并且FPGA不会激活。

为了重配置FPGA，PROG_B应该被置低来复位配置逻辑。Recycling power川口成型机炮筒原理也会复位FPGA从而进行再次配置。

所有的配置时间都在CCLK的上升沿发生。

6．设备启动：（此部分内容来自Xilinx若干Datasheet，需要辨证的看待）

设备启动是FPGA从配置模式向正常已编程设备操作的转变阶段。

默认当DONE变高后配置还没有结束，就是说还需要4个额外的CCLK周期以完成启动顺序。最好的实践是载入配置文件中所有的数据，然后检查DONE状况。

典型地，DONE在最后的CRC值被载入后的头七个CCLK周期内被释放（变高）。但是比特流最后面其余的dummy data应该继续被载入。FPGA需要额外的时钟周期来完成内部处理，但是当自由运行的振荡器用作CCLK时，这点就无关紧要。在串行模式，这只需要16bit（2字节），但是在SelectMAP模式，比特流最后需要有16字节的dummy words。由于BitGen不知道将采用的配置模式，所以比特流的最后总是放置了四个32bit的dummy words（16字节）。（是不是说DONE变高后还应该提供的CCLK信号已由BitGen在生成比

特流文件时已经考虑了，最后的那些dummy words就是还需提供的CCLK周期？）(实际运行结果，当配置文件全部被载入后，FPGA就启动了，同时领衬DONE变高。似乎不再需要额外的时钟。)

综上所述，从串编程模式可简单描述如下：

在串行配置模式中，FPGA通过在每个CCLK周期载入一个比特来进行配置，在从串模式中，FPGA的铁水脱硫剂CCLK管脚由外部时钟源驱动。每个数据字节的MSB应该首先写入到DIN管脚。

从串配置模式允许FPGA由其它逻辑设备配置，如微处理器，或是在菊花链方式中。

从串模式下载过程中，所用的五根信号线的时序关系如下图所示。

在系统上电的情况下，通过将#PROG_B引脚置低电平便可以对FPGA进行重新配置。#PROG_B引脚被置低后，开始清除配置存储器。在存储器清除阶段，#INIT_B和DONE管脚被雕刻笔FPGA驱动为低电平，同时存储器被清除。当#PROG_B变为高电平后，存储器再次被清除并且初始化将开始。

在初始化阶段，#INIT_B被释放（变高），配置模式引脚（M2～M0）被采样，相应的管脚被激活，并且下载过程开始。此时可以通过CPU将#INIT_B信号置低来推迟下载过程的开始。

下载过程开始后，在DIN上逐位地产生要下载的数据，同时在CCLK上产生时钟，数据必须在时钟的上升沿之间有效。这一过程一直持续到全部数据下载完成。时钟周期不能小于160ns。在下载过程中可以出现相对较少时间的等待状态，而不会中断下载进程。如果下载过程中发生错误，#INIT_B将被拉低，FPGA退出下载操作，此时下载必须从头开始。

在数据都下载完成以后，DONE信号将变为高电平。此时需要继续给FPGA提供至少若干额外的时钟，以使FPGA完成启动过程。

配置过程流如下图所示。