xilinx7系列FPGA的7种逻辑代码配置模式

今天咱们聊聊xilinx7系列FPGA配置的相关内容。总所周知FPGA上电后，其工作的逻辑代码需要从外部写入FPGA，FPGA掉电后其逻辑代码就丢失，因此FPGA可以被无限次的配置不同的逻辑代码，但FPGA需要配备外部的非易失存储器来存储其逻辑代码或者通过单片机、DSP或者其它控制器来实现FPGA上电后的逻辑代码载入。

xilinx7系列FPGA设计有专门的逻辑代码配置管脚，通过不同的管脚接法，其逻辑代码配置模式可以分为以下7种：

1，主串配置模式

2，从串配置模式

3，主并配置模式

4，从并配置模式

5，JTAG配置模式

6，主SPI配置模式

7，主BPI配置模式

所谓的主，即配置时钟CCLK由FPGA提供；所谓从，即配置时钟CCLK由外部控制器提供。下面这张表代表了这7种配置模式，其模式的切换由FPGA的3个配置管脚M0、M1、M2控制：

下面咱们分别说说xilinx7系列FPGA的这7种配置模式：

1，主串配置模式

在该模式下，FPGA向外部的非易失性串行数据存储器或者控制器发出CCLK时钟信号，配置数据会以串行方式载入FPGA，在前几代的FPGA中，存储器通常选择xilinx 官方的XCF串行系列存储器，并给出了相应的设计原理图，但在7系列FPGA中，这种方式貌似被放弃了，其官方的配置文档里并无主串配置模式的相关详细描述。

2，从串配置模式

如下图1所示，在该模式下，由外部的处理器提供CCLK时钟和串行数据，用户实现起来相对复杂，不够大众化，这里就不做介绍了。

图1

3，主并配置模式

同样的，该模式在其官方文档并无详细设计描述，无从参考。

4，从并配置模式

如下图2所示，在该模式下，外部处理器提供配置时钟和并行的配置数据，该模式相对于串行方式来说，配置的速度快，但设计稍微复杂。下图3为官方给出的详细配置原理图，该模式同样使用较少。

图2

图3

5，JTAG配置模式

如下图4所示，该模式属于工程调试模式，咱们在设计FPGA时必带这种模式。该模式只能在线配置和调试FPGA，无法存储逻辑代码。最简单的操作方式是使用xilinx官方提供的专用JTAG调试下载器，但同时也允许用户通过外部处理器自行设计JTAG的数据协议来配置FPGA逻辑代码。再次强调，该模式只是一个调试模式。

图4

6，主SPI配置模式

这种模式应该算是咱们使用最广泛的配置模式了，通过外挂一个SPI存储器即可。通常该模式和JTAG配置模式一起设计。JTAG模式在线调试好逻辑代码后，将该逻辑代码存储在SPI存储器中，以后FPGA上电后就会自动载入存储器中的逻辑代码。下图5为官方给出的详细配置原理图。

图5

7，主BPI配置模式

该模式的时钟CCLK同样由FPGA提供，并行的数据比SPI模式的串行数据配置速度要快，但设计稍微复杂一点。图6为官方给出的详细配置原理图。

图6

咱们在设计FPGA时，基本上都是采用JTAG配置模式+主SPI配置模式（图5）或者JTAG配置模式+主BPI配置模式（图6）。前者用于一般的应用，后者用于对FPGA上电后逻辑代码载入速度有较高要求的应用。