FPGA芯片的配置

APEX系列FPGA芯片是基于SRAM技术的器件,由于SRAM的易失性,掉电以后芯片中的配置信息将丢失,所以每次系统上电时都要重新加载配置数据｡Altera公司提供了一系列的配置器件用于储存配置数据并且在上电时加载FPGA｡本设计选用Altera公司的EPC2,最大的优势在于EPC2是FLASH器件,可以多次重复编程,改掉了以前的PROM配置器件只能写入一次的缺点,极大地方便了系统调试和产品升级｡当设计完成的产品需要改进时,只需将EPC2中的内容重写一遍即可,缩短了产品的研发周期｡

在设计中需要注意的是EPC2的容量是1.6Mb,根据FPGA芯片的容量大小需要的配置芯片的数目是不等的｡本设计中采用的EP20K200EQI芯片的容量是1.9Mb,所以需要两片EPC2｡图5是用两片EPC2配置EP20K200EQI芯片的连线图,通过EPC2芯片的nCASC管脚,可以方便地实现多片级联｡系统上电后, EP20K200EQI芯片检测到nCONFIG管脚电平由低到高的跳变时,启动配置流程｡首先EP20K200EQI芯片驱动CONF_DONE管脚为低,将第一片EPC2的nCS管脚拉低,选通该芯片｡经过一段延时以后EP20K200EQI芯片释放nSTATUS管脚,上拉电阻将EPC2的OE管脚拉成高电平将其使能｡EPC2用其内部振荡器将配置数据串行输出到FPGA芯片中｡当第一片EPC2的全部数据输出完后,它驱动nCASC管脚为低,按顺序驱动第二个EPC2的nCS为低,启动第二个EPC2输出数据｡前一个EPC2启动下一个EPC2的过程在一个时钟周期内就可以完成,所以输送给FPGA芯片的数据流是连续的｡

FPGA芯片的在线编程

APEX系列FPGA芯片在边界扫描模式(JTAG模式)下可以对其进行在线的配置重构,系统无需重新上电就可以修改FPGA芯片的配置,极大地方便了调试｡JTAG模式也可以对EPC2进行在线编程｡在系统设计时,可以把多个器件组成一个JTAG器件链,用一个JTAG兼容头(例如Altera的ByteBlasterMV并口下载电缆)把所有的器件连接起来｡JTAG器件链方式特别适合电路板上有多个器件的情况,用一个JTAG头就可以对多个器件进行在线编程｡本设计中电路板上有三个JTAG器件,包括两片EPC2和一片FPGA｡

在JTAG器件链中,两个EPC2是第一和第二个器件,FPGA是第三个器件,JTAG按顺序对器件编程｡当对FPGA编程时,通过软件将两个EPC2设置成BYPASS模式,编程数据从EPC2的TDI管脚直接输出到TDO管脚直达FPGA芯片,实现了对FPGA芯片的在线编程｡采用这种JTAG器件链方式,方便了系统调试,缩短了产品的开发周期｡
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