Xilinx 7系列 FPGA硬件知识系列（九）—

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了Xilinx 7系列 FPGA硬件知识系列（九）——FPGA的配置。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

1 .1配置模式

1.1.1 主模式

1.1.2 从模式

1.2 7种配置模式

1.2.1 主串配置模式

1.2.2 从串配置模式

编辑1.2.3 主并配置模式

1.2.4 从并配置模式

1.2.5 JTAG配置模式

编辑1.2.6 主SPI配置模式

编辑1.2.7 主BPI配置模式

1.2.8 FPGA BPI加载时间(参考xapp587)

2、BPI FLASH配置实例

3、BPI FLASH配置时序

4、配置时钟最大频率计算

1 .1配置模式

由于Xilinx FPGA配置数据存储在CMOS配置锁存器(CCL)中，因此必须在断电后重新配置。比特流每次都通过特定的配置引脚加载到器件中。常用的配置模式可以分为：

主模式：主串口、主SelectMAP（并行×8 ×16）、主SPI（×1 ×2 ×4）、主BPI（×8 ×16

从模式：从串口、从SeletMAP（并行×8 ×16 ×32）J

TAG模式（调试模式）

系统模式（多片配置模式）

通过在专用模式输入引脚M[2:0]上设置适当的电平来选择特定的配置模式。M2、M1和M0模式引脚应通过上拉或下拉电阻(≤1kΩ)或直接接地或VCCO_0设置为恒定直流电压电平。在配置期间和配置之后不应切换模式引脚。

Xilinx 7系列 FPGA硬件知识系列（九）——FPGA的配置,fpga开发

无论模式引脚M[2:0]设置如何，JTAG/边界扫描配置接口始终可用。

主模式和从模式指的是配置时钟CCLK的方向，在主模式中CCLK为输出，从模式中CCLK为输入。

由于CCLK引脚存在容差，因此可以使用比CCLK更精准的时钟EMCCLK引脚。启用外部主配置时钟(EMCCLK)选项，全速加载配置程序，具体见UG470 2章节。

1.1.1 主模式

FPGA自加载配置模式，通常称为主模式，可用于串行或并行数据路径。主模式利用各种类型的非易失性存储器（如Flash、EEPROM等）来存储FPGA的配置信息。FPGA在驱动配置逻辑的内部振荡器中生成配置时钟信号，并在CCLK输出引脚上可见。

【UG470】的表1-1提供了7系列生成比特流长度，可以注意到不同型号的FPGA所需的最小配置Flash容量不同：

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1.1.2 从模式

外部控制加载FPGA配置模式，通常称为从模式，也可用于串行或并行数据路径。在从模式下，处理器、微控制器、DSP处理器或测试仪等外部“智能代理”将配置映像下载到FPGA中，从配置模式的优势在于FPGA比特流几乎可以驻留在整个系统中的任何位置。

1.2 7种配置模式

1.2.1 主串配置模式

在该模式下，FPGA向外部的非易失性串行数据存储器或者控制器发出CCLK时钟信号，配置数据会以串行方式载入FPGA，在前几代的FPGA中，存储器通常选择Xilinx官方的XCF串行系列存储器，并给出了相应的设计原理图，但在7系列FPGA中，这种方式被放弃了，其官方的配置文档里并无主串配置模式的相关详细描述。

1.2.2 从串配置模式

如下图1所示，在该模式下，由外部的处理器提供CCLK时钟和串行数据，用户实现起来相对复杂,不够大众化，不做介绍。

1.2.3 主并配置模式

官方文档并无详细设计描述，无从参考。

1.2.4 从并配置模式

如下图所示，在该模式下，外部处理器提供配置时钟和并行的配置数据，该模式相对于串行方式来说，配置的速度快，但设计稍微复杂。下图为官方给出的详细配置原理图，该模式同样使用较少。

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1.2.5 JTAG配置模式

如下图所示，该模式属于工程调试模式，咱们在设计FPGA时必带这种模式。该模式只能在线配置和调试FPGA，无法存储逻辑代码。最简单的操作方式是使用Xilinx官方提供的专用JTAG调试下载器，但同时也允许用户通过外部处理器自行设计JTAG的数据协议来配置FPGA逻辑代码。再次强调，该模式只是一个调试模式。

1.2.6 主SPI配置模式

这种模式应该算是咱们使用最广泛的配置模式了，通过外挂一个SPI存储器即可。通常该模式和JTAG配置模式一起设计。JTAG模式在线调试好逻辑代码后，将该逻辑代码存储在SPI存储器中，以后FPGA上电后就会自动载入存储器中的逻辑代码。下图为官方给出的详细配置原理图。

1.2.7 主BPI配置模式

该模式的时钟CCLK同样由FPGA提供，并行的数据比SPI模式的串行数据配置速度要快，但设计稍微复杂一点。下图为官方给出的详细配置原理图：

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我们在设计FPGA时，基本上都是采用JTAG配置模式+主SPI配置模式或者JTAG配置模式+主BPI配置模式。前者用于一般的应用，后者用于对FPGA上电后逻辑代码载入速度有较高要求的应用。

1.2.8 FPGA BPI加载时间(参考xapp587)

并行NOR FLASH是存储和传输比特流的常用选择，因为×16的数据总线可提供比SPI FLASH更快的配置，此外，NOR FLASH还可提供更大的容量。

BPI配置接口

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CCLK：该引脚是除JTAG之外的所有配置模式的初始配置时钟源。同步读取模式下CCLK必须与BPI FLASH相连接以便顺序输出数据；异步读取模式下CCLK悬空，不直接为BPI FLASH提供时钟，由FPGA内部使用来生成地址和采样数据。