Altera编程与配置课件

1、Altera编程与配置课件 第六章 Altera 编程与配置 Altera编程与配置课件 主要内容 配置配置又称编程或下载，是指经过用户设计输入并经过 开发系统编译后产生的配置数据文件，将其装入 FPGA芯片内部的可配置存储器的过程，简称FPGA 的下载。只有经过逻辑配置后，FPGA才能实现用 户需要的逻辑功能。 配置altera FPGA 配置文件 单板设计及调试注意事项 Altera编程与配置课件 FPGA配置配置 JTAG配置端口 FPGA PS配置端口 PC机 配置适配电路 配置器件 或配置电路 AS配置端口 专用FLASH 配置器件 Altera编程与配置课件 PC机 FPGA 应用

2、电路系统应用电路系统 CPU/CPLDCPU/CPLD 大容量大容量 ROM/EPROM/ROM/EPROM/ FLASHFLASH芯片芯片 FPGA 应用电路系统应用电路系统 CPU/CPLDCPU/CPLD RAM RAM 方案1 方案2 1 1、通用编程器、通用编程器 2 2、通用仿真器、通用仿真器 3 3、虚拟仪表、虚拟仪表 Altera编程与配置课件 主系统通用 10针标准 配置/下载接口 目标板10针标准 配置接口 PIN1 OTP配置器件插座配置器件插座 Altera编程与配置课件 6.1配置altera FPGA 配置方式 下载电缆 配置过程 Altera编程与配置课件 6.1

3、.1 配置方式 根据FPGA在配置电路中的角色，其数据可以 用以下3种方式下载到目标芯片中： 主动配置方式 被动配置方式 最常用的(JTAG)配置方式 Altera编程与配置课件 主动配置方式 由FPGA来主动输出控制和同步信号（包括配置时 钟）给FPGA的串行配置芯片(EPCS系列)，配置芯片收 到命令后，把配置数据发给FPGA，完成配置过程。 Altera FPGA所支持的主动方式，只能与Altera公司 提供的主动串行芯片（EPCS系列）配合使用，因此又 称主动串行（AS）模式。目前只支持stratix和 Cyclone系列。 Altera编程与配置课件 AS专用器件配置方式 Alter

4、a编程与配置课件 AS多片配置方式 Altera编程与配置课件 AS配置器件的在线编程 Altera编程与配置课件 FPGA被动方式 被动模式下，由系统的其他设备发起并控制配置过 程，这些设备可以是配置芯片(EPC系列)，或者单板 的微处理器、CPLD等。FPGA在配置过程中完全处于 被动地位，只是输出一些状态信号来配合配置过程。 被动配置方式可细分为PS（被动串行）、 FPP （快速被动并行）、PPS（被动并行同步）、PPA （被动并行异步）以及PSA（被动串行异步） Altera编程与配置课件 PS（被动串行） 所有的Altera FPGA都支持这种模式。由 Altera的下载电缆、增强型

5、配置器件（EPC4、 EPC8和EPC16）和配置器件（EPC1441、 EPC8和EPC2），或智能主机（如微处理器和 CPLD）来配置。在做PS配置时，FPGA配置 数据从存储器读出，写入到FPGA的DATA0接 口上。数据在DCLK时钟管脚的上升沿打入 FPGA，每一个DCLK时钟周期输入1比特数据 Altera编程与配置课件 PS：单片机软件方式配置 Altera编程与配置课件 单片机产生配置时序、读 取EPROM中的配置数据 EPROM中 放置多个不 同功能的配 置文件 对FPGA进行配置 Altera编程与配置课件 PS：使用下载电缆配置 注意： 1、不要忘了将多片配 置 控制信号

6、nCE 引 脚接地！ 2、作为PS配置模式， 不要忘了将配置模式 控制信号脚MSEL1和 MSEL0都接地！ FLEX、ACEX、 APEX系列系列FPGA 配置电路配置电路 对FPGA配置 10针标准 配置/下载接口 通过配置电路后 与PC机的并行 接口相接 Altera编程与配置课件 主系统通用 10针标准 配置/下载接口 目标板10针标准 配置接口 PIN1 OTP配置器件插座配置器件插座 Altera编程与配置课件 PS：使用专用配置芯片配置 Altera编程与配置课件 PS：ASIC/CPLD硬件高速配置方案 缺点：缺点： 1 1、电路面积比较大、电路面积比较大 Altera编程与配

7、置课件 快速被动并行（FPP） 只有Stratix系列和APEX中支持。可由 Altera的增强型配置器件（EPC4、EPC8和 EPC16）或智能主机（如微处理器和CPLD） 来配置。在做FPP配置时，FPGA配置数据从 存储器中读出，写入到FPGA的DATA7:0输入 接口上。数据在DCLK时钟管脚的上升沿打入 FPGA，每一个DCLK时钟周期输入1字节数据 Altera编程与配置课件 FPP：使用增强型配置器件 Altera编程与配置课件 被动并行同步（ PPS） 只有较老的器件支持这种模式，如APEX20K、 Mercury、ACEX1K和FLEX10K。可由智能主机（如 微处理器和C

8、PLD）来配置。在做PPS配置时， FPGA配置数据从存储器中读出，写入到FPGA的 DATA7:0输入接口上。在第一个DCLK时钟信号的 上升沿处，将一个字节的数据锁存到FPGA中，然后 由随后的8个DCLK时钟的下降沿将该字节数据一位 一位移到FPGA中。 Altera编程与配置课件 被动并行异步（PPA） 只有Stratix 系列、APEX、APEX20K、 Mercury、ACEX1K和FLEX10K支持。可由智能主机 （如微处理器和CPLD）来配置。在做PPA配置时， FPGA被配置控制器当作一个异步存储器。在作PPA 配置时， FPGA配置数据从存储器中读出，写入到 FPGA的DA

9、TA7:0输入接口上。在配置过程由一些异 步控制信号来控制。 Altera编程与配置课件 PPA配置方式 Altera编程与配置课件 被动串行异步（ PSA ） 只有FLEX6000支持。可由智能主机（如微处理器和 CPLD）来配置。在做PSA配置时，FPGA配置数据从 存储器中读出，写入到FPGA的DATA0输入接口上。 在配置过程由一些异步控制信号来控制。 Altera编程与配置课件 JTAP配置方式 使用JTAG进行配置可以使用Altera的下载电缆，或 者通过智能主机模拟JTAG的时序来进行配置；JTAG 接口由四个必须的信号TDI、TDO、TMS和TCK，以 及一个可选的TRST构成

10、。 TDI：用于测试数据的输入 TDO：用于测试数据的输出 TMS：模式控制管脚，决定了JTAG电路内部的TAP状 态机的跳转。 TCK：测试时钟，其它信号都必须与之同步 TRST：可选信号，如果JTAG电路不用，可以将其连 到GND Altera编程与配置课件 用JTAG接口配置FPGA Altera编程与配置课件 多片级联方式 Altera编程与配置课件 模式选择 FPGA在正常工作时，它的配置数据存储在 SRAM中，加电时须重新下载。在实验系统中，通常 用计算机或控制器进行调试，因此可以使用PS。在实 用系统中，多数情况下必须由FPGA主动引导配置操 作过程，这时FPGA将主动从外围专用

11、存储芯片中获 得配置数据，而此芯片中fpga配置信息是用普通编程 器将设计所得的pof格式的文件烧录进去。 Altera编程与配置课件 FPGA的配置过程 在FPGA的配置之前，首先要借助于FPGA 开发系统，按某种文件格式要求描述设计系统，编译 仿真通过后，将描述文件转换成FPGA芯片的配置数 据文件。选择一种FPGA的配置模式，将配置数据装 载到FPGA芯片内部的可配置存储器（ SRAM单 元），FPGA芯片才会成为满足要求的芯片系统。 FPGA的配置流程包括复位、芯片配置芯片初始化、 等几个过程。 Altera编程与配置课件 同步配置波形图 Altera编程与配置课件 配置数据压缩 St

12、ratix和Cyclone器件支持配置数据的压 缩，这样可以支持配置存储器的空间和配置时 间。 一般，配置数据经过压缩，可以减小到35%- 55% Altera编程与配置课件 启动压缩功能（方法一） 选择assignment/device Altera编程与配置课件 启动压缩功能（方法二） 1 执行 programming files命令 2 选择编程文件类型，如POF、HEXOUT、RBF或 TTF； 3 为POF输出文件选择一个配置器件； 4 在【input files to convert】栏选中SOF文件 5 单击add file 按钮，增加一个SOF文件 6 选中加入的SOF文件，单

13、击properties按钮 7 选中compress对话框， 8 回到主窗口，单击ok按钮 Altera编程与配置课件 远程升级 Stratix系列FPGA还可以通过一个内嵌的NIOS 处理器，对FPGA进行远程升级。 Altera编程与配置课件 6.1.2 Altera公司的下载电缆 针对FPGA器件不同的内部结构，Altera公司提供了 不同的器件配置方式。Altera FPGA的配置可通过编 程器、JATG接口在线编程及Altera在线配置等方式进 行。 Altera器件编程下载电缆的有： ByteBlasterII并行下载电缆 ByteBlasterMV并行下载电缆 MasterBla

14、ster串行USB通信电缆 BitBlaster串口下载电缆 Altera编程与配置课件 1. ByteBlaster1. ByteBlasterII并行下载电缆并行下载电缆 ByteBlaster并行下载电缆是一种连接到 PC机 25针标准口（LPT口）的硬件接口产品。 ByteBlaster并行下载电缆可以对FLEX10K、 FLEX8000和 FLEX6000进行配置，也可以对 MAX9000（包括MAX9000A）、MAX7000S和 MAX7000A进行编程。ByteBlaster为FPGA提供了一 种快速而廉价的配置方法，设计人员的设计可以直接 通过ByteBlaster下载电缆下

15、载到芯片中去。 Altera编程与配置课件 若使用ByteBlasterII下载电缆，支持的配置方式有以下3种： AS方式：对AS配置芯片(ECPS系列)进行编程； PS方式：可以对FPGA进行配置； JTAG方式：可以对FPGA、CPLD以及Altera配置芯片(EPC系列)编程。 PC机25针标准并口 PCB插座 ByteBlaster电缆 PC机25针标准并口 ByteBlaster电缆 PCB插座 Altera编程与配置课件 2 MasterBlaster串行/USB通信电缆 特点 (1) 在Quartus软件中支持SignalTap嵌入式 逻辑分析器。 (2) MasterBlast

16、er串行/USB通信电缆允许PC 机和UNIX用户完成下列功能： 可配置APEX、 APEX20K、 FLEX10K、 FLEX3000A、 FLEX8000和FLEX6000系列器件及 Excalibur嵌入式微处理器解决方案。在线可编程 MAX9000、 MAX7000S、 MAX7000B、 MAX7000A和EPC2器件。 Altera编程与配置课件 (3) 工作电压VCC支持5.0 V、 3.3 V或 2.5 V。 (4) 为在线编程提供快速廉价的方法。 ( 5 ) 可 从 Q u a r t u s 开 发 软 件 和 MAX+PLUS9.3及以上版本中下载数据。 (6) 具有RS

17、-232串行接口或USB接口。 ( 7 ) 使 用 1 0 针 电 路 板 连 接 器 （ 与 ByteBlasterMV并口下载电缆兼容）。 Altera编程与配置课件 MasterBlaster串行/USB通信电缆 示意图 Altera编程与配置课件 MasterBlaster电缆提供两种下载模式： 被动串行模式（PS）用于配置APEX、 APEX20K和FLEX系列器件； JTAG模式具有IEEE 1149.1工业标准的 JTAG接口， 用于编程具有JTAG能力的MAX系列器 件和在线串行配置器件（如EPC2）或配置APEX、 APEX20K和FLEX系列器件。 连接 MasterBla

18、ster电缆通过一个串行接口或USB 接口与计算机相连， 与电路板相连的是标准10针插 座。 数据从串口或USB口通过MasterBlaster电缆下 载到电路板。 Altera编程与配置课件 配置芯片 增强型配置器件： EPC16、EPC8、EPC4 支持：对大容量FPGA的单片配置，由 JTAG接口进行在系统编程，FPP快速配置方式 AS串行配置器件：EPCS64、EPCS16、EPCS4、 EPCS1 低成本配置芯片，支持芯片：Stratix、 cyclone和cyclone器件，可由下载电缆或其它设 备进行重复编程 普通配置器件：EPC2、EPC1和和EPC1441 容量相对较小，只有

19、EPC2可重复编程。支持 大容量FPGA配置，需多片级联使用。 Altera编程与配置课件 配置文件及软件支持 一 配置模式及配置器件选择 选择assignment/device，选择settings-files选项，单 击device&pin options按钮，在对话框中选择 configuration选项卡，可以选择配置方案，配置器 件，及配置模式 二 复用管脚处理 用作普通的IO 用作三态输入 用作输出到地 用作输出到未指明的信号 Altera编程与配置课件 配置文件说明 FPGA开发软件可以生成多种不同类型的配置文件，用户可以根据不同的应 用环境选用这些配置文件 .sof: 选择配置

20、模式为JTAG或PS方式，使用ALTERA的下载电 缆对FPGA进行配置，需要使用。 .pof：对各种Altera配置芯片进行编程的文件，需要在开发工具 中设置器件类型。 .rbf：二进制配置文件，只包含配置数据的内容。通常被用在 外部的职能配置设备上。 .rpd：用外部编程设备对AS串行配置芯片进行在系统编程的文 件。 .hex：是一个ASCLL码格式文件，以INTEL的十六进制格式存 放了FPGA的编程内容，可以用在外部的配置设置上。 .ttf：与rbf内容一样的ASCLL码格式文件，在每个配置数据之 间用逗号隔开。 .sbf：用BitBlaster来通过PS方式配置的FLEX10K和FLEX6000 系列器件将使用该文件 .jam：是一种以jam编程语言描述的ASCLL码格式文件。 Altera编程与配置课件 配置的可靠性 1 配置过程的CRC校验 2 掉电重配置保护 3 Configrat