在配置FPGA器件时的常见问题及其解决方法

FPGA设计论坛 2022-11-17 1804

描述

FPGA器件配置方式分三大类：主动配置、被动配置和JTAG配置。

主动配置：由FPGA器件引导配置操作过程。

被动配置：由计算机或控制器控制配置过程。上电后，控制器件或主控器把存储在外部存储器中的数据送入FPGA器件内，配置完成之后将对器件I/O和寄存器进行初始化。初始化完成后，进入用户模式，开始正常工作。

一旦设计者选定了FPGA系统的配置方式，需要将器件上的MSEL引脚设定为固定值，以指示当前所采用的配置方式。

常用的配置方式有：

PS配置（Passive Serial Configuration）：被动串行配置

AS配置（Active Serial Configuration）：主动串行配置

PPS配置（Passive Parallel Synchronous Configuration）：被动并行同步配置

FPP配置（Fast Passive Parallel Configuration）：快速被动并行配置

PPA配置（Passive Parallel Asynchronous Configuration）：被动并行异步配置

PSA配置（Passive Serial Asynchronous Configuration）：被动串行异步配置

JTAG配置（Joint Test Action Group Configuration）

在配置FPGA器件时的常见问题及其解决方法。

(1)当模式改变后，同时需要修改产生位流文件中的配置时钟的属性为CCLK或JTAGClock，否则无法配置。

(2)DONE状态脚始终为低解决方法：检查该引脚的负载是否太重，选择合适的上拉电阻。

(3)器件上电后有时能够配置成功，有时不成功解决方法：这种情况大部分是因为器件的复位未完成，就开始出现数据流。延长复位时间，即延长PROG_B信号的低电平时间。电源检测正常后，该信号至少还需保持300 ms的低电平。Spartan－3系列器件的内部配置电路如图1所示，该器件需要满足VCCINT至少达到1.0V,Bank4的电源VCCO_4至少达到1.0V,辅助电源VCCAUX至少达到2.0V，才能进入配置状态，可在PROG_B引脚上分别接一个4.7kΩ电阻到电源,如果电源满足条件，10μF电容到地。

(4)无法正常配置或发现加载过程中INIT_B信号被拉低

解决方法：检查配置时钟信号CCLK或JTAG时钟信号TCK是否存在干扰信号或过冲。如果有干扰，判断干扰源并增加滤波措施；如果有过冲，说明该信号线阻抗不匹配(因传输线过长等原因造成)，需要增加匹配电阻。根据IBIS模型分析，采用LVCMOS25(10 mA)或LVTTL(12 mA)接口标准，一般情况下，CCLK的引线长度不要超过3～4英寸，可通过增加源端匹配(串联33Ω～100Ω电阻)来改变时钟信号的质量。CCLK的布线很重要，最好不要开叉。如果一定要开叉，参考对应器件的手册查看最大允许的分支长度是多少。

如果器件的旁路电容设计不合理或数据线上有地线及弹(Ground bounce)信号，也会造成配置失败。

(5)无法通过计算机并行口配置

解决方法：检查计算机并行口模式设置是否正确。如果计算机的并行口信号太差，存在干扰，则采用质量好的配置电缆(Cable-IV)排除干扰。

(6)DONE脚已经变高，但器件仍然不工作

解决方法：如果确认设计无误，那么可能是器件的启动顺序设置不正确。参考配置流程，通过设计工具重新设置启动顺序。