[经验]

FPGA配置启动详解系列——PS重配置

cmod

2012-4-26 14:27:03

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FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，这是我们在很多地方都看见的解释FPGA的名词，但是到底是现场可编程门阵列呢？何时能用到现场可编程呢？今天我们看看怎么实现FPGA的现场可编程。

先假设一种应用场合：在某个场合中FPGA内部硬件电路需要根据外部条件实时更改，有几十种甚至上百种FPGA模型选择。每种模型使用LE都达到上万个，这时候我们不可能直接把所有电路做在一个工程中，这样使用的FPGA芯片容量太庞大，非常昂贵，而且电路胶合控制太复杂，这时候我们可以对每种FPGA模型进行分别生成配置文件，当根据实时状态现场更新FPGA电路。这样就可以采用小容量的FPGA实现，但是怎么实现现在可编程呢？这时候ALTERA FPGA的PS模式下载和FPP模式下载就有用了。

现在以cycloneIII器件来分析怎么使用PS模式更新FPGA代码。

首先FPGA下载配置模式应该要选择PS模式，从数据手册查到，连接MSEL[3..0]全部到地。即为选择PS模式下载，并且支持3.3/3.0/2.5的编程电压。

如下图所示，为ALTERA官方提供的PS模式下载示意电路：

由图上可以看出PS模式下载编程文件，只需要5个编程口，分别是：

1.CONF_DONE：编程数据完成指示脚；

2.nSTATUS：编程状态指示；

3.DATA[0]：编程数据；

4.nCONFIG：编程模式进入脚；

5.DCLK：编程时钟脚；（注意：cycloneIII DCLK编程时钟最高为133Mhz，而cycloneIII LS最高编程时钟为100Mhz）

编程时序如下：

从上图可以看出整个编程时序非常简单，直接输入数据即可，但是细心的人发现了这里还有个INIT_DONE管脚，当配置文件全部导入FPGA后，FPGA内部编程控制模块还需要使用编程数据对整个FPGA芯片电路进行修改，因此需要一段时间，如编程时序上的Tcd2um，即为编程模式转到用户模式下的延时时长，INIT_DONE即为指示编程完成的管脚。由于Tcd2um在每个器件都是有个时间范围的，只需要我们在编写控制时序时延时超过这个值即可，所以也可以省略掉INIT_DONE管脚使用。

如下图所示即为cycloneIII在配置完成后进入用户状态下的时间长短。

可以看出时长在300~650us，因此设置自己控制时序时长在700us即可进行用户操作。但是某些场合对时间要求非常高，不想白白等待700us，这个时候INIT_DONE即可作为判断信号，指示初始化完成。

查阅数据手册得知，INIT_DONE在cycloneIII系列芯片中处于BANK6，并且和IO口处于共用状态，怎么使用呢？