1.7 配置技術

本節(jié)將介紹Cyclone 10 GX器件的配置策略、設計安全和遠程系統(tǒng)更新。Cyclone 10 GX器件的配置策略和功能如表1.32所示。

為了選擇不同的配置策略，MSEL引腳硬連線到VCCPGM或GND，無須上拉或下拉電阻。用于不同配置策略的MSEL引腳的設置如表1.33所示。

Cyclone 10 GX器件的配置引腳如表1.34所示。

1.7.1 AS配置

用于AS配置策略的EPCQ-L編程高級視圖如圖1.74所示。在AS配置策略中，配置數(shù)據(jù)保存在EPCQ-L配置器件中。設計者可以使用帶有串行Flash加載器IP核的JTAG接口對系統(tǒng)內(nèi)的 EPCQ-L 器件進行編程。SFL 充當 JTAG 接口與 EPCQ-L 器件之間的橋接器。Cyclone 10 GX器件內(nèi)的AS存儲器接口控制配置過程。

AS配置策略支持1位數(shù)據(jù)寬度和4位數(shù)據(jù)寬度模式。AS×4模式的配置時間比AS×1模式的配置時間快4倍。在AS配置方案中，Cyclone 10 GX器件控制配置接口。

注

對于使用SFL的AS編程，MSEL引腳必須設置為AS設置，以允許編程器讀取EPCQ-L ID。

設計者可以使用 Intel FPGA 下載電纜在系統(tǒng)內(nèi)編程 EPCQ-L 器件，或者可以使用帶有SRunner軟件驅(qū)動程序的微處理器對EPCQ-L進行編程。

在系統(tǒng)編程（In-System Programming，ISP）為設計者提供了使用 AS 編程接口或JTAG接口對EPCQ-L進行編程的選項。使用AS編程接口時，通過Quartus軟件或支持第三方軟件編程到EPCQ-L中。使用JTAG接口，必須將稱為SFL的IP核下載到Cyclone 10 GX器件中，以構(gòu)成JTAG接口和EPCQ-L之間的橋接。這允許EPCQ-L使用JTAG接口直接編程。

注

EPCQ_L 即將停產(chǎn)，改由使用 MT25QU256 芯片，該芯片為 1.8V 供電，與 EPCQ_L 兼容。在使用該芯片配置 Cyclone 10 GX 器件時，在quartus.ini文件中，添加pgm_allow_mt25q=on。

1.使用JTAG接口用于編程EPCQ-L

使用JTAG接口編程EPCQ-L的連接設置（×4模式），如圖1.75所示。

注

（1）每個Cyclone 10 GX器件有3個nCSO引腳，即nCSO[2..0]，這樣該器件就可以連接最多 3 個 EPCQ-L 器件。使用 3 個 EPCQ-L 器件的優(yōu)勢如下。

① 能保存多個設計文件，用于遠程系統(tǒng)更新。

② 當超過最大單個EPCQ-L器件容量時，可以增加存儲容量。

（2）在×1 模式下，只連接 Cyclone 10 GX 的 AS_DATA1 引腳和EPCQ-L的DATA引腳。

在配置期間，Cyclone 10 GX器件通過將其nCSO輸出引腳驅(qū)動為低來使能EPCQ-L器件，該引腳連接到 EPCQ-L 器件的片選（nCS）引腳。Cyclone 10 GX器件通過使用DCLK和ASD0引腳給EPCQ-L器件發(fā)送操作命令和讀地址信號。EPCQ-L器件在其串行數(shù)據(jù)輸出（DATA[]）引腳上提供數(shù)據(jù)，它連接到Cyclone 10 GX器件的AS_DATA[]引腳輸入。

注

如果希望控制EPCQ-L引腳，請將nCONFIG引腳保持為低電平，并將nCE引腳拉高。這將導致器件復位并使AS配置引腳處于三態(tài)。

AS配置的時序如圖1.76所示。

注

（1）如果使用AS×4模式，這個信號表示AS_DATA[3..0]，并且在每個DCLK周期EPCQ-L發(fā)送4位數(shù)據(jù)；

（2）初始化時鐘可以來自于內(nèi)部振蕩器或CLKUSR引腳；

（3）當選項比特位使能 INIT_DONE 引腳配置到器件后，INIT_DONE變低；

（4）nCSO下降沿到DCLK第一個切換的時間大于15ns。

2.使用AS接口編程EPCQ-L

使用AS接口編程EPCQ-L器件的電路連接如圖1.77所示。當編程EPCQ-L器件時，下載電纜通過將 nCE 引腳驅(qū)動為高電平來禁止訪問 AS 接口。同時，nCONFIG 線也被拉低，使得Cyclone 10 GX器件處于復位階段。編程完成后下載電纜釋放nCE和nCONFIG，允許下拉和上拉電阻分別將引腳驅(qū)動到GND和VCCPGM。

在使用下載電纜對 EPCQ-L 器件編程的期間，通過 DATA0 將編程數(shù)據(jù)、操作命令和地址信息從下載電纜傳送到EPCQ-L器件。在使用下載電纜驗證EPCQ-L器件的期間，DATA1將編程數(shù)據(jù)傳輸給下載電纜。

3.多器件AS配置

多器件AS配置如圖1.78所示。

1.7.2 PS配置

用于 PS 配置策略的 EPCQ-L 編程高級視圖如圖 1.79 所示。PS 配置使用外部主機。設計者可以使用微處理器、MAX II器件、MAX V器件或者主機PC作為外部設備。

設計者可以使用外部主機控制配置數(shù)據(jù)從外部存儲器（如 Flash）到 FPGA 的傳輸。控制配置過程的設計駐留在外部主機中。

設計者可以將配置數(shù)據(jù)保存在編程器目標文件（progtammer object file，.pof）、.rbf、.hex或.ttf中，首先發(fā)送每個數(shù)據(jù)字節(jié)的LSB。例如，如果.rbf包含字節(jié)序列02 1B EE 01 FA，則發(fā)送到設備的串行數(shù)據(jù)必須是0100-0000 1101-1000 0111-0111 1000-0000 0101-1111。

設計者可以將PFL IP核與MAX II或MAX V器件一起使用，以從閃存器件中讀取配置數(shù)據(jù)，并配置Cyclone 10 GX器件。

對于PC主機，使用Intel FPGA下載電纜將PC連接到設備。配置數(shù)據(jù)串行移入器件的DATA0引腳。

如果使用Quartus編程器并且使能CLKUSR引腳，則不需要為該引腳提供時鐘源來初始化器件。

1.使用外部主機的PS單器件配置

在該模式下，配置Cyclone 10 GX器件，將器件連接到一個外部主機，如圖1.80所示。通過將CONF_DONE和nSTATUS引腳連接在一起，器件可以同時初始化并進入用戶模式。如果鏈路中的任何器件發(fā)生錯誤，則將停止配置整個鏈，并且必須重新配置所有器件。例如，如果鏈路中的第一個器件在 nSTATUS 引腳上標記錯誤，則會通過拉低 nSTATUS 引腳來復位整個鏈路。

如果使用相同的配置數(shù)據(jù)在鏈路中配置器件，則器件必須具有相同的封裝和密度。

2.使用Intel FPGA下載電纜的PS單器件配置

在該模式下，配置Cyclone 10 GX器件，將器件連接到下載電纜，如圖1.81所示。

3.使用多個配置數(shù)據(jù)

要使用多個配置數(shù)據(jù)在鏈中配置多個Cyclone 10 GX器件時，將器件連接到外部主機，如圖1.82所示。

在器件配置完后，它的 nCEO 引腳釋放為低電平，以激活鏈中下一個器件的 nCE 引腳。在一個時鐘周期內(nèi)，自動開始配置第二個器件。

注

默認，Quartus 軟件禁止 nCEO 引腳。對于多器件配置鏈，必須在Quartus軟件中使能nCEO引腳。否則，配置器件可能會失敗。

4.使用一個配置數(shù)據(jù)

要使用一個配置數(shù)據(jù)在鏈中配置多個Cyclone 10 GX器件時，將器件連接到外部主機，如圖1.83所示。

在該鏈路中，器件的nCE引腳連接到GND，允許這些器件的配置同時開始和結(jié)束。

5.使用PC主機和下載電纜

要配置多個Cyclone 10 GX器件，將器件連接到下載電纜，如圖1.84所示。

默認，Quartus 軟件禁止 nCEO 引腳。對于多器件配置鏈，必須在Quartus軟件中使能nCEO引腳。否則，配置器件可能會失敗。

注

在器件配置完后，它的 nCEO 引腳釋放為低電平，以激活鏈中下一個器件的 nCE 引腳。為第二個器件自動開始配置。

6.PS配置時序

PS配置的時序如圖1.85所示。

注

（1）上電后，器件在POR延遲時保持nSTATUS為低電平。

（2）上電后，配置前和配置期間，CONF_DONE為低電平。

（3）配置后，不要讓 DCLK 浮動。可以將它驅(qū)動為高或低，以更方便的方式。

（4）配置后，DATA0 可作為用戶的 I/O 引腳。該引腳的狀態(tài)取決于在器件和引腳選項中的兩用引腳設置。

（5）為確保配置成功，給器件發(fā)送整個配置數(shù)據(jù)。當器件成功接收到所有配置數(shù)據(jù)后，CONF_DONE 釋放為高電平。在 CONF_DONE 變成高電平后，在DCLK發(fā)送兩個額外的下降沿以開始初始化并進入用戶模式。

（6）當使能選項位去使能INIT_DONE引腳配置到器件后，INIT_DONE變低。

（7）在nSTATUS拉高之前，不要將DCLK切換為高電平。

1.7.3 FPP配置

用于 FPP 配置策略的 Flash 高級視圖如圖 1.86 所示。FPP 配置策略使用一個外部主設備，可選的主設備有微處理器、MAX II器件或MAX V器件。這個策略是配置Cyclone 10 GX器件最快的方法。FPP配置策略支持8位、16位和32位的數(shù)據(jù)寬度。

可以使用外部主機來控制配置數(shù)據(jù)從外部存儲器（如閃存）到FPGA的傳輸。控制配置過程的設計駐留在外部主機中。可以將配置數(shù)據(jù)存儲在原始二進制文件（raw binary file，rbf）、十六進制（Intel格式）文件（.hex）或者表格文本文件（tabular text file，ttf）中。

可以將PFL IP核與MAX II或MAX V器件一起使用，以從閃存器件讀取配置數(shù)據(jù)并配置到Cyclone 10 GX器件。

注

在CONF_DONE引腳變高后，要求兩個DCLK下降沿，以便在FPP配置中為未壓縮核壓縮的配置數(shù)據(jù)開始初始化設備。

1.單個器件配置

要配置Cyclone 10 GX器件，將器件連接到外部主機，如圖1.87所示。

注

如果使用 FPP×8 配置模式，使用 DATA[7..0]引腳；如果使用 FPP×16配置模式，使用DATA[15..0]引腳；如果使用FPP×32配置模式，使用DATA[31..0]引腳。

2.使用多個配置數(shù)據(jù)配置多個器件

使用多個配置數(shù)據(jù)配置一個鏈路中的多個 Cyclone 10 GX 器件，將器件連接到外部主機，如圖1.88所示。

3.使用一個配置數(shù)據(jù)配置多個器件

使用多個配置數(shù)據(jù)配置一個鏈路中的多個 Cyclone 10 GX 器件，將器件連接到外部主機，如圖1.89所示。在該鏈路中，器件的nCE引腳連接到GND，允許同時開始和結(jié)束配置這些器件。

4.FPP配置時序

當DCLK到DATA[]的比值為1時的FPP配置時序如圖1.90所示。

注

（1）上電后，器件在POR延遲時保持nSTATUS為低電平。

（2）上電后，在配置前和配置期間，CONF_DONE為低電平。

（3）配置后，不要讓 DCLK 懸空。當配置完成后，將忽略 DCLK。如果需要，可將它切換到高或低。

（4）對于 FPP×16，使用 DATA[15..0]；對于 FPP×8，使用 DATA [7..0]。配置后，DATA[31：0]可作為用戶 I/O 引腳使用，該引腳的狀態(tài)取決于引腳的雙用途設置。

（5）為了確保配置成功，將整個配置數(shù)據(jù)發(fā)送到器件。當器件成功收到所有配置數(shù)據(jù)時，將CONF_DONE釋放為高。在CONF_DONE變?yōu)楦唠娖胶螅?DCLK 上發(fā)送兩個額外的下降沿以開始初始化并進入用戶模式。

（6）在使能位使能 INIT_DONE 引腳配置到器件后，INIT_DONE 變?yōu)榈汀?/p>

（7）在nSTATUS拉高之前，不要將DCLK切換為高電平。

當DCLK到DATA[]的比值大于1時的FPP配置時序如圖1.91所示。

注

（1）上電后，器件在POR延遲時保持nSTATUS為低電平。

（2）上電后，在配置前和配置期間，CONF_DONE為低電平。

（3）在配置后，不要讓DCLK懸空。可將它驅(qū)動為高或低。

（4）“r”表示DCLK到DATA[]的比值。對于使用解壓縮和設計安全功能設置DCLK到DATA[]的比值。

（5）如果需要，暫停 DCLK 并保持為低電平。重啟 DCLK 時，外部主機必須在發(fā)送第一個DCLK上升沿之前在DATA[31..0]引腳上提供數(shù)據(jù)。

（6）為了確保配置成功，將整個配置數(shù)據(jù)發(fā)送到器件。當器件成功收到所有配置數(shù)據(jù)時，將CONF_DONE釋放為高。在CONF_DONE變?yōu)楦唠娖胶螅?DCLK 上發(fā)送兩個額外的下降沿以開始初始化并進入用戶模式。

（7）在使能位使能 INIT_DONE 引腳配置到器件后，INIT_DONE 變?yōu)榈汀?/p>

（8）在nSTATUS拉高之前，不要將DCLK切換為高電平。

1.7.4 JTAG配置

在Cyclone 10 GX器件中，JTAG指令優(yōu)先于其他配置方案。JTAG是英文全稱Joint Test Action Group（聯(lián)合測試行動小組）的縮寫，它是一種國際標準測試協(xié)議（IEEE1149.1 兼容），主要用于測試芯片的內(nèi)部。

Quartus 軟件生成一個 SRAM 對象文件（SRAM Object File，SOF），設計者可以使用Quartus 軟件編程器中的下載電纜配置 JTAG。或者，使用帶有.rbf 或 JAM 標準測試和編程語言（Standard Test and Programming Language，STAPL）格式文件（.jam）的 JRunner 軟件，或者使用帶有第三方編程器工具的JAM字節(jié)代碼（JAM byte code，jbc）文件。

注

如果使用基于JTAG的配置來配置Cyclone 10 GX器件，則無法使用Cyclone 10 GX器件的解壓縮或設計安全功能。Cyclone 10 GX器件上的芯片級復位（DEV_CLRn）和芯片級輸出使能（DEV_OE）引腳不會影響JTAG邊界掃描或編程操作。Intel FPGA下載電纜可支持1.5V/1.8V的VCCPGM電壓，但是不支持1.2V的目標電源電壓。

1.單個器件配置

要在 JTAG 鏈中配置單個器件，編程軟件會將其他器件設置為旁路模式。在旁路模式下的器件，通過單個旁路寄存器將編程數(shù)據(jù)從TDI 引腳傳輸?shù)?TDO引腳。配置數(shù)據(jù)在一個時鐘周期后可用。

Quartus 軟件使用 CONF_DONE 引腳驗證通過 JTAG 接口的配置過程是否完成。當CONF_DONE 引腳為低電平時表示配置失敗；當 CONF_DONE 引腳為高電平時表示配置成功。

當使用JTAG TDI接口串行傳輸配置數(shù)據(jù)后，TCK接口再驅(qū)動額外的1222周期以執(zhí)行器件初始化操作。

要使用下載電纜配置Cyclone 10 GX器件，按圖1.92所示設計電路。

使用外部微處理器配置Cyclone 10 GX器件，按圖1.93所示設計電路。設計者可以使用JRunner作為軟件驅(qū)動程序。

2.多個器件配置

JTAG也可以配置鏈路上的多個器件，如圖1.94所示。在JTAG多器件配置模式下，應遵守下面的規(guī)則：

（1）隔離CONF_DONE和nSTATUS引腳，允許每個器件獨立進入用戶模式。

（2）一個JTAG兼容頭連接到JTAG鏈中的多個器件。鏈路中器件的個數(shù)僅受下載電纜驅(qū)動能力的限制。

（3）如果 JTAG 鏈中有 4 個或以上的器件，則使用板載緩沖器緩沖 TCK、TDI 和 TMS引腳。設計者也可以將其他具有JTAG支持的Intel FPGA連接到該鏈路中。

（4）當系統(tǒng)包含多個器件或使用JTAG邊界掃描測試（Boundary Scan Testing，BST）電路測試系統(tǒng)時，JTAG鏈的器件編程是理想的選擇。

1.7.5 配置流程

Cyclone 10 GX器件的配置過程如圖1.95所示。

注

除用于部分可重配置操作外，設計者可以通過將 nCONFIG 引腳拉低至少最小 t_CFG的低脈沖來初始化重配置。當拉低該引腳時，nSTATUS和CONF_DONE引腳也被拉低，所有I/O引腳都連接到弱上拉。