用户工具

站点工具


icore4tfpga_26
银杏科技有限公司旗下技术文档发布平台
技术支持电话0379-69926675-801
技术支持邮件Gingko@vip.163.com
版本 日期 作者 修改内容
V1.0 2020-04-03 gingko 初次建立

实验二十三:PS模式配置FPGA

一、实验目的与意义

  1. 了解什么是Altera FPGA的PS配置模式。
  2. 学习PS模式的配置过程。
  3. 掌握PS配置模式的操作流程。

二、实验设备及平台

  1. iCore4T 双核心板。
  2. USB-Blaster(或相同功能)的仿真器。
  3. Micro USB线缆。
  4. 装有Quartus II 开发软件的平台。

三、实验原理

1.PS配置模式原理

  • PS(Passive serial),被动串行加载方式。FPGA作为从器件,配置过程由外部计算机或控制器控制,将数据从配置芯片EPCS写入FPGA中,配置数据在时钟的上升沿锁存,实现对FPGA的编程,这个过程叫PS配置。采用PS配置模式可以实现对FPGA进行在线编程。
  • 首先看一下Altera的PS模式硬件原理图,如下:

图23-1

  • 图中的MSEL0、MSEL1、MSEL2三个信号的组合电平决定了FPGA的配置模式,MSEL1引脚接高电平表示PS配置模式,接低电平表示AS配置模式。上图中MSEL1引脚接高电平,为PS模式。再来看iCore4t的FPGA配置信号原理图,iCore4t核心板上将此引脚通过0欧电阻连接到2.5V引脚,使FPGA处于PS配置模式。

图23-2

2.PS模式的配置过程

  • 在iCore4t双核心板上,数据时通过STM32配置进FPGA的,因此,除了模式控制以外的配置信号引脚是连接到STM32上的,包括下图中的配置信号:

图23-3

  • 各信号代表意义如下:
CONF_DONE 上拉输出信号,升级完成状态位。升级完成后该位置1,表示升级完成。
PS_DATA0/PS_DCLK 数据和时钟信号,在PS_DCLK的上升沿,FPGA采集PS_DATA0的信号。
nCONFIG 升级开始信号
nSTATUS 反应FPGA配置过程状态的信号

* 明白了这几个信号的含义,再来看一下PS配置模式的时序图: 图23-4

  • 从时序图中也可以看到,整个配置过程大致如下:
    • 1)nCONFIG被拉低后,一个上升沿表示要开始配置FPGA;
    • 2)上升沿结束后,FPGA的nSTATUS由低电平被FPGA释放,由外部电阻上拉为高电平,告诉主控,FPGA已经接收到起始信号,开始接收数据;
    • 3)DCLK和DATA开始传输信号;
    • 4)当传输完成后,FPGA将CONFIG_DONE释放,并有外部电阻上拉,表示配置结束;
    • 5)FPGA内部完成初始化,进入USER mode,开始执行用户逻辑。

3.生成配置文件

  • 由于FPGA结构特性导致FPGA内的配置数据掉电后丢失,PS模式则是将数据存储在外部存储器中,待板子上电后,将数据按照PS时序要求配置进FPGA。iCore4t双核心版采用ARM作为主控,将配置数据从SD卡中配置进FPGA。
  • PS模式对配置文件的格式有一定要求。几种常用的配置文件格式,如sof、pof、rbf和jic等均可通过Quartus II 软件生成。 sof格式的文件可用于PS模式和JTAG模式下的文件烧写。rbf文件里面包括一些控制码等,可用于芯片配置。因此,可以通过Quartus II软件将sof格式文件转换成rbf文件,存储到SD卡或者U盘中,通过STM32将二进制的rbf文件配置到FPGA中。
  • sof格式文件转rbf格式文件流程如下:

1、打开Quartus II 13.1,点击file,在下拉菜单中选择Convert Programming Files,如下图所示。 图23-5 2、在弹出窗口中,找到Programming file type,点击右侧下拉菜单,可以看到多种文件格式,如.pof格式、.rbf格式、.jic格式等,如下图所示。需要转换成什么格式,点击对应格式即可。 图23-6 3、选择好要转换文件的目标格式后,按照下图中所示步骤操作。(注意,步骤6的.sof文件这里是作为举例用,实际操作中选择需要转换的文件。) 图23-7 4、点击下图1处的Generate选项,弹出2处红框图示内容,表示转换完成。 图23-8

四、操作步骤:

  • 1、将例程中FPGA升级文件夹下的.rbf文件拷贝进SD卡system文件夹下;
  • 2、打开PuTTy串口终端软件,选择Serial,修改COM口端号(设备管理器里查看),修改波特率和代码中一致,点击Open。

图23-9

  • 3、连接仿真器和iCore4t双核心板,并通过Micro USB线给板子供电;
  • 4、烧写ARM程序到iCore4t双核心板。
  • 5、下载完成后重新上电

五、实验现象:

  • 下载成功后,可以观察到ARM.LED亮起,FPGA.LED闪烁。重新上电后ARM.LED亮起,FPGA.LED闪烁。说明PS模式下,ARM配置FPGA成功。串口终端软件显示如下:

图23-10

icore4tfpga_26.txt · 最后更改: 2022/04/01 11:05 由 sean