详解FPGA开发流程中每一环节的物理含义和实现目标

必需的信号TDI， TDO， TMS和TCK以及1个可选信号TRST构成，其中：

　　TDI，用于测试数据的输入；

　　TDO，用于测试数据的输出；

　　TMS，模式控制管脚，决定JTAG电路内部的TAP状态机的跳变；

　　TCK，测试时钟，其他信号线都必须与之同步；

　　TRST，可选，如果JTAG电路不用，可以讲其连到GND。

　　FPGA开发—固化

　　第二部分固化程序到存储器中的过程可以分为两种方式，主模式和从模式。主模式下

　　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；从模式下则由外部计算机或控制器控制配置过程。主、从模式从传输数据宽度上，又分别可以分为串行和并行。

　　（1）主串模式

　　主串模式是最简单的固化模式，如图14所示，这个模式过程不需要为外部存储器提供一系列地址。它利用简单的脉冲信号来表明数据读取的开始，接着由FPGA提供给存储器时钟，存储器在时钟驱动下，将数据输入到FPGA Cdata_in端口。

　　（2）主并模式

　　主并模式其实和主串模式的一样机理，只不过是在主串的基础上，同周期数内传送的数据变成8位，或者更高，如图15。这样一来，主并行相比主串行的数度要优先了。现代有些地方已采用这种方式来配置FPGA的了。

　　（3）从并模式

　　从上面看到，主模式下的连接还是很简单的。但是有时候，系统可能用其他微处理器来对FPGA进行配置。这里的微处理器可以指FPGA内嵌的处理器，比如说Nios。微处理器控制着何时配置FPGA，从哪读取配置文件。如图16，这种方式的优点是处理器可以灵活随时变更FPGA配置，同时配置的速度也快。微处理器先从外部存储设备里读取一个字节的数，然后写到FPGA里。

　　（4）从串模式

　　理解了从并模式，从串模式就不用很多解释了，它的特点就是节约FPGA管脚I/O。

　　（5）多片级联

　　多片模式有两种，一种是采用菊花链的思想，多片FPGA共享一个存储器，另外一个是可以使用其他存储器配置不同的FPGA。如果所示是一个共享型的结构，显示启动了。这里分主FPGA和从FPGA，主FPGA和存储器是使用串行主模式来配置，而后面那个的配置是通过第一配置好的FPGA上微处理器进行协调的。

　　模式选择

　　现今FPGA应该可以支持上面五种配置模式，是通过3个模式引脚来实现的，具体的映射如下表，在今后模式还是有可能增加的。

　　在PS模式下，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。。

　　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一般在做FPGA实验板的时候，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。

　　FPGA开发—开发工具总结

　　在围绕图1把FPGA开发流程讲完后，这里对每个环节中设计的相关软件进行总结，如下表所示。毕竟充分利用各种工具的特点，进行多种EDA工具的协同设计，对FPGA的开发是非常重要的。充分利用了这些EDA工具的优点，能够提高开发效率和系统性能。

　　表中列出的每种EDA工具都有自己的特点。一般由FPGA厂商提供的集成开发环境，如Altera Quartus II和Xilinx ISE，在逻辑综合和设计仿真环节都不是非常优秀，因此一般都会提供第三方EDA工具的接口，让用户更方便地利用其他EDA工具。为了提高设计效率，优化设计结果，很多厂家提供了各种专业软件，用以配合FPGA芯片厂家提供的工具进行更高效的设计。

　　比较常见的使用方式是：FPGA厂商提供的集成开发环境、专业逻辑仿真软件、专业逻辑综合软件一起使用，进行多种EDA工具的协同设计。比如Quartus II＋ModelSim＋FPGA Compiler II，ISE＋ModelSim＋Synplify Pro等等。