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FPGA上電加載時序介紹

電子發燒友網 ? 2019-07-01 17:16 ? 次閱讀

目前,大多數FPGA芯片是基于 SRAM 的結構的, 而 SRAM 單元中的數據掉電就會丟失,因此系統上電后,必須要由配置電路將正確的配置數據加載到 SRAM 中,此后 FPGA 才能夠正常的運行。

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FPGA的內容進行編程的過程。每次上電后都需要進行配置是基于SRAM工藝FPGA的一個特點,也可以說是一個缺點。FPGA配置過程如下:

FPGA配置方式

根據FPGA在配置電路中的角色,可以將配置方式分為三類:

1.FPGA主動串行(AS)方式?

2. JTAG方式 ?

3. FPGA被動(Passive)方式

FPGA配置過程

FPGA的配置包括3各階段:復位、配置和初始化。

當FPGA的nCONFIG管腳上出現一個從低到高的跳變以后,配置就開始了,同時芯片還會去采樣配置模式(MSEL)管腳的信號狀態,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可以接收配置數據了。在配置之前和配置過程中,FPGA的用戶I/O均處于高阻態。

在接收配置數據的過程中,配置數據由DATA管腳送入,而配置時鐘信號由DCLK管腳送入,配置數據在DCLK的上升沿被存到FPGA中,當配置數據被全部載入到FPGA中以后,FPGA上的CONF_DONE信號就會被釋放,而漏極開路輸出的CONF_DONE信號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,它是FPGA中可選的信號,需要通過Quartus II工具中的設置決定是否使用該管腳。在初始化過程中,內部邏輯、內部寄存器和I/O寄存器將被初始化,I/O驅動器將被使能。

當初始化完成以后,器件上漏極開始輸出的INIT_DONE管腳被釋放,同時被外部的上拉電阻拉高。這時,FPGA完全進入用戶模式,所有的內部邏輯以及I/O都按照用戶的設計運行,這時,那些FPGA配置過程中的I/O弱上拉將不復存在。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信號和DATA管腳不應該被浮空(floating),而應該被拉成固定電平,高或低都可以。

FPGA配置模式選擇

用戶可以通過設置FPGA上的MSEL0、MESL1兩個引腳的狀態來選擇配置方式。各種方式的MSEL0、MESL1設置如下表所列:

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CPLD等)來控制以進行切換;

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

主動串行配置

主動串行配置方式(AS)是將配置數據事先存儲在串行配置器件EPCS中,然后在系統上電時Cyclone IV FPGA通過串行接口讀取配置數據(如果是壓縮數據,還會進行解壓縮處理)對內部的SRAM單元進行配置。

因為上述配置過程中FPGA控制配置接口,因此通常稱為主動配置方式。在配置期間,Cyclone IV用過串行接口來讀配置數據,來對里面的SRAM編程。串行配置器件的四個接口包括,串行時鐘輸入DCLK,串行數據輸出DATA,低有效的片選信號NCE,串行數據輸入ASDI。

主動串行配置電路圖:

因為FPGA上的nSTATUS、CONFIG_DONE管腳都是開漏結構,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FPGA進行單獨的硬件重新配置。Quartus II軟件在編譯時會自動生成用于JTAG配置的.sof文件。

如果同時使用AS方式和JTAG方式來配置FPGA,JTAG配置方式擁有最高的優先級,此時AS方式將停止,而執行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據到FPGA。Quartus II軟件可以驗證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FPGA進行配置,這種配置方式只能用于調試階段,因為,掉電后FPGA中的配置數據將丟失。

被動串行配置

被動串行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,在工程應用中若采用這種配置方式,FPGA需要連接一個智能主機(比如復雜可編程邏輯器件CPLD/微控制單元MCU等)以給其提供配置時鐘和配置數據。

在該配置方式下,智能主機在保證與存儲配置數據的閃存通信無誤的情況下,只需向FPGA提供一個DCLK信號和一個DATA0信號即可實現對FPGA的配置。另外,該DCLK信號還可以實現多種頻率以滿足用戶對配置時間的需求,這是該配置方式的一大亮點。

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,用戶可以根據不同的需求來采用對應的配置模式,每種配置模式下對應的配置數據類型也是不相同的。

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我們都知道FPGA擁有“光速”般的處理能力以及對數據密集的人工智能工作負載的自然適應能力。但FPGA....
發表于 06-27 15:08 ? 62次 閱讀
微軟引入FPGA加速處理實時數據

AI芯片產業競爭激烈 誰將突圍而出

隨著人工智能的發展,芯片的設計不僅要能夠滿足人工智能對計算力的需求,還要能夠適應不斷變化的產業需要。
發表于 06-27 15:01 ? 79次 閱讀
AI芯片產業競爭激烈 誰將突圍而出

安路科技EF2 FPGA榮獲2019中國電子信息博覽會“創新產品獎”

2019年4月9日至11日,由工業和信息化部和深圳市人民政府聯合主辦的第七屆中國電子信息博覽會 (C....
發表于 06-26 21:29 ? 15次 閱讀
安路科技EF2 FPGA榮獲2019中國電子信息博覽會“創新產品獎”

華為FPGA加速云服務 開啟高性能開發新時代

華為云此次推出的FP1實例,基于FPGA 行業的領導者Xilinx公司目前最先進的16nm Virt....
發表于 06-26 17:56 ? 180次 閱讀
華為FPGA加速云服務 開啟高性能開發新時代

智慧云中的FPGA以及FPGA的內部結構

FPGA全稱是“可編輯門陣列”(Field Programmable Gate Array),其基本....
發表于 06-26 17:52 ? 103次 閱讀
智慧云中的FPGA以及FPGA的內部結構

當Faster RCNN遇到FPGA 自動駕駛技術起飛了

當今的自動駕駛行業是一個百舸爭流的局面,總體來看,還是西方引導東方的探索摸索,以 google 為主....
發表于 06-26 17:48 ? 119次 閱讀
當Faster RCNN遇到FPGA 自動駕駛技術起飛了

FPGA入門系列實驗教程之液晶1602顯示和相關資料合集免費下載

本文檔的主要內容詳細介紹的是FPGA入門系列實驗教程之液晶1602顯示和相關資料合集免費下載還包括了....
發表于 06-26 17:32 ? 59次 閱讀
FPGA入門系列實驗教程之液晶1602顯示和相關資料合集免費下載

GPU和FPGA以及ASIC芯片將三分天下

近十年來,計算行業經歷了從32bit、“x86-64”、多核心、通用GPGPU以及2010年“CPU....
發表于 06-26 14:44 ? 85次 閱讀
GPU和FPGA以及ASIC芯片將三分天下

當AI遇上FPGA會產生怎樣的反應

機器在ImageNet中圖像識別錯誤率達到了3.5%,遠遠超出了人類平均的5.1%。在越來越多的領域....
發表于 06-26 14:41 ? 67次 閱讀
當AI遇上FPGA會產生怎樣的反應

CPU搭載FPGA 未來互聯世界的正確打開方式

FPGA針對現在應用最早、轉型最厲害的六個全球市場分別為:G無線通訊,雷達和航天,網絡的轉型, 云計....
發表于 06-26 14:37 ? 153次 閱讀
CPU搭載FPGA 未來互聯世界的正確打開方式

英特爾將計劃推出CPU搭載FPGA的異構芯片

兩年前,英特爾收購了FPGA芯片供應商Altera,那么如此大的一個收購會為英特爾帶來什么呢?如今,....
發表于 06-25 17:50 ? 112次 閱讀
英特爾將計劃推出CPU搭載FPGA的異構芯片

Intel推出首款板載FPGA的CPU

據報道,英特爾宣布推出首款采用集成FPGA的Xeon可升級處理器,供特定客戶使用。至強可擴展6138....
發表于 06-25 17:47 ? 106次 閱讀
Intel推出首款板載FPGA的CPU

FPGA入門系列實驗教程之VGA彩色信號顯示的詳細資料說明

本實驗是用 FPGA 來實現 VGA 圖像控制器,控制顯示器顯示彩條信號,分別通過撥碼開關選擇顯示橫....
發表于 06-25 17:40 ? 56次 閱讀
FPGA入門系列實驗教程之VGA彩色信號顯示的詳細資料說明

5G是FPGA發展道路之上的一個捷徑

相對于四千億美金的IC市場,FPGA占比相當渺小,小到FPGA廠商絞盡腦汁開拓盡可能多的應用提高營收....
發表于 06-25 14:59 ? 129次 閱讀
5G是FPGA發展道路之上的一個捷徑

Intel將FPGA可程式化解決

在結束與蘋果合作之后,Intel曾說明將進一步整頓旗下網絡事業部門,并且舍棄原本針對手機打造的5G連....
發表于 06-25 14:55 ? 58次 閱讀
Intel將FPGA可程式化解決

Achronix半導體公司歷經3年推出7nm FPGA

隨著人工智能、機器學習等應用場景快速發展演進,對芯片的算力、安全性等性能也提出了更高的訴求。
發表于 06-25 14:50 ? 79次 閱讀
Achronix半導體公司歷經3年推出7nm FPGA

國產FPGA再獲助力 上海安路D輪融資獲得大基金領投

本輪增資中,老股東華大半導體、中信資本和公司創始團隊行使了優先認購權,引入的新股東為“國家集成電路產....
發表于 06-25 09:01 ? 376次 閱讀
國產FPGA再獲助力 上海安路D輪融資獲得大基金領投

DSP的一些相關論文合集免費下載

本文檔的主要內容詳細介紹的是DSP的一些相關論文合集免費下載包括了:DSP還是微處理器,DSP技術的....
發表于 06-25 08:00 ? 37次 閱讀
DSP的一些相關論文合集免費下載

TMP411 ±1°C Programmable Remote/Local Digital Out Temperature Sensor

TMP411設備是一個帶有內置本地溫度傳感器的遠程溫度傳感器監視器。遠程溫度傳感器,二極管連接的晶體管通常是低成本,NPN或PNP型晶體管或二極管,是微控制器,微處理器或FPGA的組成部分。 遠程精度為±1 °C適用于多個設備制造商,無需校準。雙線串行接口接受SMBus寫字節,讀字節,發送字節和接收字節命令,以設置報警閾值和讀取溫度數據。 TMP411器件中包含的功能包括:串聯電阻取消,可編程非理想因子,可編程分辨率,可編程閾值限制,用戶定義的偏移寄存器,用于最大精度,最小和最大溫度監視器,寬遠程溫度測量范圍(高達150°C),二極管故障檢測和溫度警報功能。 TMP411器件采用VSSOP-8和SOIC-8封裝。 特性 ±1°C遠程二極管傳感器 ±1°C本地溫度傳感器 可編程非理想因素 串聯電阻取消 警報功能 系統校準的偏移寄存器 與ADT7461和ADM1032兼容的引腳和寄存器 可編程分辨率:9至12位 可編程閾值限...
發表于 09-19 16:35 ? 47次 閱讀
TMP411 ±1°C Programmable Remote/Local Digital Out Temperature Sensor

TMP468 具有引腳可編程的總線地址的高精度遠程和本地溫度傳感器

TMP468器件是一款使用雙線制SMBus或I 2 C兼容接口的多區域高精度低功耗溫度傳感器。除了本地溫度外,還可以同時監控多達八個連接遠程二極管的溫度區域。聚合系統中的溫度測量可通過縮小保護頻帶提升性能,并且可以降低電路板復雜程度。典型用例為監測服務器和電信設備等復雜系統中不同處理器(如MCU,GPU和FPGA)的溫度。該器件將諸如串聯電阻抵消,可編程非理想性因子,可編程偏移和可編程溫度限值等高級特性完美結合,提供了一套精度和抗擾度更高且穩健耐用的溫度監控解決方案。 八個遠程通道(以及本地通道)均可獨立編程,設定兩個在測量位置的相應溫度超出對應值時觸發的閾值。此外,還可通過可編程遲滯設置避免閾值持續切換。 TMP468器件可提供高測量精度(0.75°C)和測量分辨率(0.0 625°C)。該器件還支持低電壓軌(1.7V至3.6V)和通用雙線制接口,采用高空間利用率的小型封裝(3mm×3mm或1.6mm×1.6mm),可在計算系統中輕松集成。遠程結支持-55°C至+ 150°C的溫度范圍。 特性 8通道遠程二極管溫度傳感器精度:±0.75&...
發表于 09-18 16:05 ? 48次 閱讀
TMP468 具有引腳可編程的總線地址的高精度遠程和本地溫度傳感器
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