漫談xilinxFPGA配置電路

1、漫談xilinx FPGA 配置電路這里要談的時xilinx的spartan-3系列FPGA的配置電路。當(dāng)然了，其它系列的FPGA配置電路都是大同小異的，讀者可以類推，重點(diǎn)參考官方提供的datasheet，畢竟那才是最權(quán)威的資料。這里特權(quán)同學(xué)只是結(jié)合自己的理解，用通俗的語言作一點(diǎn)描述。所謂典型，這里要列出一個市面上最常見的spartan-3的xc3s400的配置電路。所有spartan-3的FPGA配置電路的鏈接方式都是一樣的。Xc3s400是40萬門FPGA，它的ConfigurationBitstream雖然只有1.699136Mbit，但是它還是需要2Mbit的配置芯片XCF02S，不能

2、想當(dāng)然的以為我的設(shè)計簡單，最多用到1Mbit，那么我選XCF01S（1Mbit）就可以了。事實并非如此，即使你只是用xc3s400做一個流水燈的設(shè)計，那么你下載到ROM（XCF02S）里的數(shù)據(jù)也是1.699136Mbit的，所以對于FPGA的配置ROM的選擇宜大不宜小。配置電路無非有下面五種：主串，從串，主并，從并，JTAG。前四種是相對于下載到PROM而言的（串并是相對于不同配置芯片是串口和時并口協(xié)議和FPGA通訊區(qū)分的），只有JTAG是相對于調(diào)試是將配置下載到FPGA的RAM而言的（掉電后丟失）。FPGA和CPLD相比，CPLD是基于ROM型的，就是在數(shù)據(jù)下載到CPLD上，掉電后不丟失。而

3、FPGA則是基于RAM的，如果沒有外部ROM存儲配置數(shù)據(jù)，那么掉電后就丟失數(shù)據(jù)。所以FPGA都需要外接有配置芯片（當(dāng)然現(xiàn)在也有基于FLASH的FPGA出現(xiàn)）。那么我們就來看一下主串模式下FPGA的配置電路的連接。官方的硬件連接如下：為了增加配置電路的可靠性，通常我們我們增加一些抗干擾的設(shè)計（如增加濾波電容、匹配電阻）：先看PROM芯片的各個管腳吧。18,19,20腳就不談了，根據(jù)datasheet給供相對應(yīng)的電平；3腳CLK是接了FPGA的CCLK，數(shù)據(jù)通信的同步就是通過FPGA的CCLK產(chǎn)生的時鐘進(jìn)行的；因為使用的芯片時串行的配置芯片，所以只有一個數(shù)據(jù)信號口DO,連接到FPGA的DIN口（上

4、圖沒有畫出），和上面的時鐘信號協(xié)同工作完成串行數(shù)據(jù)傳輸，每當(dāng)CLK的上升沿鎖存數(shù)據(jù)，同時PROM內(nèi)部的地址計數(shù)器自動增加；另外還有兩條控制信號線時INIT（連接PROM的OE/RESET）和DONE（連接PROM的CE），OE/RESET是為了確保每次重新配置前PROM的地址計數(shù)器復(fù)位；關(guān)于CE腳，官方資料說得也不是很詳細(xì)，以我個人的理解，CE應(yīng)該是chip enable的縮寫，從它和FPGA的DONE腳連接我們不難推斷出，F(xiàn)PGA未配置完成時DONE=0，那么配置芯片PROM處于片選狀態(tài)，而一旦配置完成DONE=1，那么PROM就不再被選通，同時datasheet也說到這個管腳可以直接接地，

5、就是一直片選中，但是這樣會使DATA口有持續(xù)的數(shù)據(jù)信號輸出，同時導(dǎo)致不必要的電流消耗；CEO腳這里不接，因為它在多個PROM的配置電路中時作為下一個PROM的OE端信號連接用的；CF信號時連接FPAG的PROG_B接口的，它的作用就是產(chǎn)生開始配置信號，它連接了一個上拉電阻，如果PROG_B產(chǎn)生低電平脈沖則PROM會重新開始一次配置，所以我們會在這條線上接一個按鍵到地，如果按鍵按下那么就會使能PROM重新配置FPGA；還有幾個信號接口TDI,TCK,TMS,TDO都是PROM和PC連接的信號，PC通過這些電路（通常接一片驅(qū)動隔離芯片后通過并口通信，這里不重點(diǎn)介紹了）下載數(shù)據(jù)到PROM中。上面談及PROM的信號接口時都附帶的談到了FPGA的配置管腳。這里再做一些歸納性的說明。FPGA有7個專用的配置管腳（CCLK,DIN,PROG_B,DONE,HSWAP_EN,M0,M1,M2），4個專用的JTAG管腳(TDI,TCK,TMS,TDO)，這些管腳是由VCCAUX專門供電的（該系列FPGA通常接VCCAUX=2.5V）。FPGA的M0,M1,M2腳是進(jìn)行配置模式選擇用的，該電路主串模式下M0,M1,M2=000，如果時JTAG下載模式M0,M1,M2=101。上面沒有提及的HSWAP_EN管