從StratixIII及CycloneIV開(kāi)發(fā)板談FPGA配置

最近為了給幾個(gè)新同學(xué)介紹實(shí)驗(yàn)室所使用的兩個(gè)開(kāi)發(fā)板——StratixIII開(kāi)發(fā)板和DEII-CycloneIV實(shí)驗(yàn)箱，所以整理了下關(guān)于兩個(gè)板子FPGA的配置過(guò)程，從中自己也獲益很多。兩款芯片的配置方式算是代表了如今Altera主流的方式吧。

首先介紹下CycloneIV實(shí)驗(yàn)箱。

實(shí)驗(yàn)箱提供了簡(jiǎn)單的配置流程，首先簡(jiǎn)單介紹下CycloneIV的配置部分電路。

圖中圈起部分及為FPGA配置部分電路圖解，其中重點(diǎn)是其使用的配置芯片為EPCS64，這也是最為常用的配置方式。

首先對(duì)FPGA可以通過(guò)USB Blaster然后以JTAG模式進(jìn)行下載，如下圖：

圖中有個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)，其中有兩個(gè)可選端，一個(gè)是RUN，一個(gè)是PROG，簡(jiǎn)單的理解就是運(yùn)行和程序配置。這里我比較認(rèn)同RUN的含義，老師們給我們講的時(shí)候都把將程序之間“燒”到FPGA也稱作配置。但我個(gè)人覺(jué)得，"運(yùn)行“這個(gè)詞很貼切，就好像我們是把一個(gè)文件寫入到FPGA在其中運(yùn)行一樣。這個(gè)過(guò)程很簡(jiǎn)單，每個(gè)工程編譯完成后都會(huì)生成一個(gè)sof文件，將它燒到FPGA里面就行了。

可是這樣的配置每次掉電后都需要重新燒寫，所以這里就需要配置芯片EPCS64來(lái)起作用了。我們把程序燒寫到它里面，每次上電后，就自動(dòng)由它來(lái)對(duì)FPGA進(jìn)行配置，這樣就不需要我們一次次的上電燒寫了。

下面介紹下EPCS64的燒寫了。手冊(cè)中給出了它的AS模式配置：

如圖，將撥碼開(kāi)關(guān)撥至PROG端，就可以用PC對(duì)EPCS64配置芯片進(jìn)行燒寫了。

1、先生成一個(gè)pof配置文件。在File下選擇Convert Programming File，這部分操作后面也會(huì)提到。

2、將撥碼開(kāi)關(guān)撥至PROG，在Programmer中將模式選擇為AS mode，選擇pof文件。

3、Start，開(kāi)始燒寫。這里可以發(fā)現(xiàn)，過(guò)程較sof文件的燒寫要漫長(zhǎng)得多。

這里需要注意的是，其實(shí)上面圖中圈起部分是很容易引起誤解的。EPCS64要對(duì)FPGA進(jìn)行配置時(shí)，撥碼開(kāi)關(guān)仍然需要撥回到RUN端，可以理解成，只是換成了配置芯片把程序燒寫到FPGA中"運(yùn)行”罷了。

下面介紹另一種對(duì)EPCS64的配置方式，我們希望通過(guò)JTAG模式來(lái)對(duì)EPCS64進(jìn)行配置。我們暫且稱它為jic文件模式。這里我們可以簡(jiǎn)單把EPCS64當(dāng)做一個(gè)Flash存儲(chǔ)器，既然是存儲(chǔ)器那肯定可以利用FPGA來(lái)對(duì)它進(jìn)行寫入操作。這種模式下，就是通過(guò)JTAG對(duì)FPGA進(jìn)行寫入操作，然后讓FPGA來(lái)對(duì)配置芯片進(jìn)行寫入操作。

首先，還是通過(guò)Convert Programming File來(lái)生成一個(gè)jic文件。

我們可以看到在下面Input files to convert設(shè)置的時(shí)候，其中比之前的pof文件生成多了一個(gè)Flash Loader，也就是說(shuō)，這里選的FPGA就是用來(lái)Loader配置芯片的。

生成了jic文件后，在Programmer中選擇JTAG模式下載就行了，如下圖：

這里也有整個(gè)過(guò)程的體現(xiàn)，上圖的下面也顯示了整個(gè)燒寫過(guò)程的簡(jiǎn)單示意圖。

Start之后，就完成了我們對(duì)EPCS64的燒寫了。其中并不需要再去撥動(dòng)撥碼開(kāi)關(guān)了，我們只需一直在RUN下面用JTAG就可以對(duì)兩者進(jìn)行燒錄了。

這里出現(xiàn)了個(gè)小插曲，上面過(guò)程都是在10.0里面完成的，在使用Quartus9.0的時(shí)候一直不能成功，如下圖：

中途報(bào)錯(cuò)了，提示：

對(duì)于這個(gè)問(wèn)題一直糾結(jié)了很久，后來(lái)無(wú)奈得認(rèn)為是Quartus版本bug，對(duì)比兩個(gè)版本Programmer里面可以看到，9.0下面Checksum部分都為0，可見(jiàn)它無(wú)法檢測(cè)。只要換到10.0就行了，后來(lái)發(fā)現(xiàn)，其實(shí)別的版本也都可以，唯獨(dú)9.0不行……甚是不解。

另外在網(wǎng)上看到很多朋友說(shuō)不要勾取Verify和Blank-Check的選項(xiàng)可以下載成功，可是我們?cè)囘^(guò)之后雖然可以下載成功，但是卻無(wú)法配置FPGA，程序燒進(jìn)去沒(méi)有任何反應(yīng)，所以還是覺(jué)得Quartus版本的問(wèn)題。