SoC FPGA开发板的FPGA配置数据下载和固化

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2018年7月2日星期一

 soc fpga的烧写和固化方式与传统的纯fpga固化方式即存在形式上的相同，也存在细节上的差异，特整理此文。

AC501-SoC开发板在上电时能够根据启动设置开关的设置，选择从EPCS或者HPS中启动。具体是通过EPCS还是HPS启动，由一个6位拨码开关通过设置不同的值来决定。

配置方式	MSEL0~4	MSEL5	描述
AS	10010	未使用	FPGA从EPCS配置
FPPx32/ Compression Enabled /Fast POR	01010	未使用	FPGA从HPS软件配置，在U-Boot阶段读取存储在SD卡上的rbf文件，然后配置FPGA
FPPx16/ Compression Disable /Fast POR	00000	未使用	FPGA从HPS软件配置，在U-Boot阶段读取存储在SD卡上的rbf文件，然后配置FPGA

AC501-SoC开发板支持两种方式来配置FPGA：

1、使用JTAG编程：此种方式下，FPGA的配置bit流文件直接被下载入Cyclone V SoC FPGA中，下载之后FPGA就会按照该配置文件的信息运行。但是一旦FPGA的供电被关闭了，配置信息也就丢失了。

2、使用AS方式：AS方式全称为主动串行配置（Active Serial configuration），此种方式下FPGA的配置bit流文件会被下载进串行配置器件（EPCS）中，EPCS是一种SPI接口的Nor Flash存储器，即使掉电之后，数据依然存在不会丢失。当开发板下次上电时，如果MSEL设置了从EPCS中启动，则Cyclone V SoC FPGA会自动从EPCS中加载配置数据。

AC501-SoC开发板上设计了标准的IDC3-10的USB Blaster接口，使用USB Blaster，实现PC连接FPGA和HPS，并完成配置bit流的传输以及运行调试。和传统的单芯片纯FPGA方式不同，Cyclone V SoC FPGA上的JTAG链同时连接了FPGA和HPS。因此在使用JTAG配置FPGA时过程也有一定的差别。接下来以一个具体的例子分别讲解配置sof到FPGA中和烧写jic格式的配置文件到EPCS中。

打开一个FPGA工程，如本例以FPGA的LED测试工程“led”为例，在菜单栏中依次点击Tools > Programmer或直接点击Programer图标以打开下载界面。打开之后，软件可能会默认搜索到工程下的led.sof文件并添加进来了，如下图所示。如果没有添加也没有关系，因为添加的内容我们后面操作时也会手动将其删除的。

如果Hardware Setup一栏没有自动找到USB Blaster，则可能需要检查USB Blaster是否正常连接且已经安装好了驱动。如果USB Blaster就绪了，此刻我们直接点击Start来下载添加的sof文件是会失败的，这是因为JTAG链上连接了FPGA和HPS两个设备，下载器不知道需要将文件下载到哪个设备中。

首先点击左侧的Auto Detect按钮，以使用JTAG链检测其连接的设备型号。会提示同一个JTAG ID对应的多个设备，根据我们使用的器件型号为5CSEBA2，因此选择第一个然后OK。

此时软件会提示自动检测到的设备和Programer中已经添加的设备不匹配，询问是否更新，点击YES更新即可，如下图所示。

更新完成后可以看到，Programer窗口的下方展示了JTAG链上的设备关系，如下图所示。主要是TDI这个信号线，首先进入SOCVHPS中，然后从SOCVHPS的TDO端口流出，进入FPGA（5CSEBA2）的TDI端口，再从FPGA的TDO端口流出，回到JTAG接口的TDO信号上。选中Device一栏中的5CSEBA2项，右键单击，在弹出的对话框中选择Change File，然后找到sof文件并添加。

点击sof文件对应的Program/Configure复选框以选中，然后点击Start按钮，就可以开始配置sof文件到FPGA中了。配置完成后，可以看到开发板上的两个FPGA_LED灯分别闪烁，其中FPGA_LED0的闪烁频率是FPGA_LED1的两倍。

通过以上方式，完成了sof文件下载到FPGA中的功能。但是此时下载的数据是保存在FPGA的SRAM中的，掉电之后数据就丢失了，为了能够实现FPGA上电自动配置的功能，可以将配置数据bit文件转化为jic文件，烧写到EPCS存储器中，并设置FPGA从EPCS中启动，这样FPGA下次上电时就能够自动从EPCS中加载配置数据了，无需再用JTAG下载。接下来讲解AC501-SoC开发板上所用Cyclone V SoC FPGA器件的jic文件生成以及烧写方式。

同样还是打开一个设计好的FPGA工程，如led，然后在菜单栏中依次点击File > Convert Programming Files，如下图所示。

在打开的窗口中，选择Programming file type为JTAG Indirect Configuration File（jic）、Configuration device为EPCS16，注意，是EPCS128，不是EPCQ128，File name设置一个有辨识度的名字，例如led.jic，如下图所示：

选中下方的Flash Loader，然后点击右侧的Add Device，如下图所示：

在弹出的对话框中选择AC501-SoC开发板上使用的FPGA器件5CSEBA2，然后点击OK。

选中SOF Data选项，然后点击右侧的Add File，添加led.sof并确认。

添加好之后，点击右下角的Generate按钮，就能生成jic文件了。

烧写时，依然是先通过Auto Detect检测器件，然后选中FPGA器件右击以Change File，只是添加File的时候，选择刚刚generate好的led.jic文件。勾选Program/Configure选项，然后点击Start，就能够完成烧写到EPCS的功能了。