FPGA的三种配置方式详解

FPGA器件有三类配置下载方式：主动配置方式（AS）和被动配置方式（PS）和最常用的（JTAG）配置方式。AS由FPGA器件引导配置操作过程，它控制着外部存储器和初始化过程，EPCS系列：如EPCS1，EPCS4配置器件专供AS模式，目前只支持 Cyclone系列。使用Altera串行配置器件来完成。Cyclone期间处于主动地位，配置期间处于从属地位。配置数据通过DATA0引脚送入 FPGA。配置数据被同步在DCLK输入上，1个时钟周期传送1位数据。PS则由外部计算机或控制器控制配置过程。通过加强型配置器件（EPC16，EPC8，EPC4）等配置器件来完成，在PS配置期间，配置数据从外部储存部件，通过DATA0引脚送入FPGA。配置数据在DCLK上升沿锁存，1个时钟周期传送1位数据。JTAG接口是一个业界标准，主要用于芯片测试等功能，使用IEEE Std 1149.1联合边界扫描接口引脚，支持JAM STAPL标准，可以使用Altera下载电缆或主控器来完成。

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。

专用配置器件：epc型号的存储器 常用配置器件：epc2，epc1，epc4，epc8，epc1441（现在已经被逐步淘汰了）等。对于cyclone cycloneII系列器件，Altera 还提供了针对AS方式的配置器件，EPCS系列：如EPCS1，EPCS4配置器件也是串行配置的注意，他们只适用于cyclone系列。除了AS和PS等单BIT配置外，现在的一些器件已经支持PPS，FPS等一些并行配置方式，提升配置了配置速度。当然所外挂的电路也和PS有一些区别。还有处理器配置比如JRUNNER 等等，如果需要再baidu吧，至少不下十种。比如 Altera 公司的配置方式主要有Passive Serial（PS）、Active Serial（AS）、Fast Passive Parallel（FPP）、Passive Parallel Synchronous（PPS）、Passive Parallel Asynchronous（PPA）、Passive Serial Asynchronous（PSA）、JTAG等七种配置方式，其中Cyclone支持的配置方式有PS、AS、JTAG三种。

对FPGA芯片的配置中，可以采用AS模式的方法，如果采用EPCS的芯片，通过一条下载线进行烧写的话，那么开始的“nCONFIG，nSTATUS”应该上拉，要是考虑多种配置模式，可以采用跳线设计，让配置方式在跳线中切换，上拉电阻的阻值可以采用10K。在PS模式下tip：如果你用电缆线配置板上的FPGA芯片，而这个FPGA芯片已经有配置芯片在板上，那你就必须隔离缆线与配置芯片的信号。一般平时调试时不会把配置芯片焊上的，这时候用缆线下载程序。只有在调试完成以后，才把程序烧在配置芯片中， 然后将芯片焊上，或者配置芯片就是可以方便取下焊上的那种。这样出了问题还可以方便地调试。在AS模式下tip：用过一块板子用的AS下载，配置芯片一直是焊在板子上的，原来AS方式在用线缆对配置芯片进行下载的时候，会自动禁止对FPGA的配置，而PS方式需要电路上隔离。

一般是用jtag配置epc2和flex10k，然后 epc2用ps方式配置flex10k。这样用比较好。下载电缆，Altera下的下载电缆分为byteblaster和byteblasterMV，以及ByteBlaster II，现在还推出了基于USB-blaster。由于BB基本已经很少有人使用，而USB-Blaster现在又过于昂贵，这里就说一下BBII和 BBMV的区别。

BBII支持多电压供电5.5v，3.3v，2.5v，1.8v；BBII支持三种下载模式：AS，可对 Altera的As串行配置芯片（EPCS系列）进行编程，可对FPGA进行配置；JTAG，可对FPGA，cpld，即Altera配置芯片（EPC系列）编程；而BBMV只支持PS和JTAG。

一般在做FPGA实验板（如cyclone系列）的时候，用AS+JTAG方式，这样可以用JTAG方式调试，而最后程序已经调试无误了后，再用 AS模式把程序烧到配置芯片里去，而且这样有一个明显的优点，就是在AS模式不能下载的时候，可以利用Quartus自带的工具生成JTAG模式下可以利用的jic文件来验证配置芯片是否已经损坏。

Altera的FPGA可以通过单片机、CPLD等加以配置，主要原理是满足datasheet中的时序即可，这里我就不多说了，有兴趣的朋友可以自己研究一下。

配置时，quartus软件操作部分：

（1）.assignment--》device--》device&pin options--》选择configuration scheme，configuaration mode，configuration device，注意在不支持远程和本地更新的机器中configuration mode不可选择，而configuration device中会根据不同的配置芯片产生pof文件，如果选择自动，会选择最小密度的器件和适合设计

（2）。可以定义双口引脚在配置完毕后的作用，在刚才的device&pin option--》dual-purpose pins--》，可以在配置完毕后继续当I/O口使用。

（3）。在general菜单下也有很多可钩选项，默认情况下一般不做改动。

（4）。关于不同后缀名的文件的适用范围：

sof（SRAM Object File）当直接用PS模式下将配置数据下到FPGA里，USB BLASTER、MASTERBLASER、BBII、BBMV适用，quartusII会自动生成，所有其他的配置文件都是由sof生成的。

pof（Programmer Object File）也是由quartusII自动生成的，BBII适用，AS模式下将配置数据下到配置芯片中 rbf（Raw Binary File）用于微处理器的二进制文件。在PS，FPP，PPS，PPA配置下有用处 rpd（Raw Programing Data File）包含bitstream的二进制文件，可用AS模式配置，只能由pof文件生成 hex（hexadecimal file），这个就不多说了。单片机里很多ttf（Tabular Text File）适用于FPP，PPS，PPA，和bit-wide PS配置方式。

sbf（Serial Bitstream File）用PS模式配置Flex 10k和Flex6000的 jam（Jam File）专门用于program，verigy，blank-check 。