Xilinx A7 FPGA的上电启动时间分析

本篇主要讨论Xilinx A7 FPGA的上电启动的时间分析··········加快从flash启动时间

在测试板卡时，发现FPGA板卡上电启动后，从flash读取配置信息的时间大约需要5、6秒的时间，这个时间个人感觉有点长了。

FPGA型号：XC7A35T-FGG484-2

Flash型号：n25q128

那为什么是5、6秒呢？

下面我们分析一波：

FPGA板卡上电启动后，需要从flash读取配置信息。

flash的接口为spi。

我们在利用vivado设计时，一般默认spi的模式为spix1，也就是一个时钟一根数据线传输一个bit。

那么我们一共需要从flash中读取出来多少bit呢？

从上述综合结果来看，大概是2141x1024x8个bit（注：配置文件的大小之和选择的芯片有关系，和设计的复杂度无关）。

那么从flash读取的时钟是多少频率呢？

我们在利用vivado设计时，一般默认为3MHz（这个不一定呦，和芯片也有一定的关系）。

如何查看这个默认时钟呢？

笔者使用软件为vivado 2019.2，（其他版本应该类似吧-----）。

打开下述的任何一个即可。

点击tools，选择edit device properties····

选择Configuration···················

可以看到默认的配置时钟的数据。

那么我们可以大概算一算了，bit文件的大小为：2141x1024x8个bit，利用3MHz的时钟读取，需要5.84秒左右（实际启动的时间要比这个长，需要包括上电延迟、模式检测、读取时间、配置等等，不过这个读取时间占据了主要比例）。

如果想着加快这段时间的话，我们可以通过加快这个配置时钟，来进行缩短这段时间。

笔者尝试将此时钟设置为6MHz。

上述改为6MHz后，点击ok。然后点击保存。xdc文件中会多一句话：

通过这句话来看，这个数字就是我们配置的时钟速率，后续设计时，如果需要更改此频率，可以直接在xdc中加入这句话，然后修改数字即可。

重新编译，生成配置文件，然后配置。

经过测试，重新上电后，时间大概3秒钟左右即可启动成功（时钟速率快了一半，时间也差不多缩小了一半）。

那我们设置为多少呢？觉得肯定是越高越好哈。那能不能写成100呢？

这个是不能的哈。我们来看看软件里面的值：

只能够设置为这个里面的值，不能自己随便写。

那么我们可以选择最大的那个（66MHz）吗？

答案是不一定能选择，这个去确定flash是否支持66MHz的读写速率，以及FPGA和flash之间的PCB连接线是否能够跑这个速率。

笔者的flash经过查看手册，可以看到读取的最大速率为54MHz。

结合一下，可以选择50MHz（可以尝试一下，需要看PCB连接线是否支持这个速率）。

经过测试，是可以使用的，启动的速度是可以的。

很多的“教程”中一般要求学习者，不论三七二一，先把这句话写入到xdc中，用于加速配置。

这个是不对的，不要养成习惯（下述实例为网络查询，笔者没有验证）。

当选择不同的芯片时，配置所支持的速率是不同的。

如果在xdc中依然写入50MHz的配置速率，那么就会出现无法匹配，进而使用默认最低速率配置。

关于配置的速率，在此告一段落。

我们还可以通过配置spi的模式，来进行加快速率。有很多的flash是支持spix1、spix2、spix4（可以同时用多根线传输数据）的，另外也需要看flash与FPGA之间硬件连接是否支持。

通过查看硬件的链接方式，选择自己模式。在选择spix4时，如果选择的频率过高，并且pcb链接没有等长（线长差距较大时），可能会导致配置失败，可以酌情降低配置速率。

配置模式选择，然后点击OK即可。

xdc中就会多出下面这句话：

笔者经过测试，在笔者的板卡中，时间确实缩短了。

另外还有一种方式可以缩短这段时间，就是压缩配置文件。方式可以参考：

Xilinx的A7 FPGA板卡上电启动后，从flash读取配置信息的时间太长····（一）