Virtex-II Pro FPGA开发板的三种FPGA配置方式 配置文件, 通用, 开发, 上电

pengpengpang

Virtex-II Pro FPGA开发板(图1)提供了三种方案来解决对FPGA的编程。
JTAG配置
这是一种很通用的编程方式，利用PC机直接将FPGA的配置文件通过JTAG编程到FPGA芯片中。
PROM配置
首先是将FPGA的配置文件放到PROM进行存储，上电之后，PROM通过串行或者并行的方式将配置文件下载FPGA芯片。Virtex-II Pro开发板PROM对FPGA的编程用的是并行的方式。
SystemACE Controller通过CF卡进行配置
这个是Xilinx提供的一种独有的FPGA配置方案，即通过SystemACE Controller将存储在CF卡中的配置文件下载到FPGA中，最多CF卡中可以存放8个配置文件，通过外部的拨码开关进行配置文件的选择。如果有人在Virtex-II Pro开发板上做过Linux的移植的话，还应该知道CF卡存储的不仅仅是FPAG的配置文件，还可以将处理的数据，或者文件系统放到卡中。
实验环境的要求：
IMPACT10.1
Virtex-II Pro 开发板
USB ISP下载线
CF卡以及CF卡读卡器
串口调试线（可选）
下面具体介绍这三种方式的操作
1.JTAG配置
Virtex-II Pro FPGA板上电，并通过ISP下载线与主机相连。开发板的SW9拨码开关1、2键都应该是off，D20 LED（JTAG CONFIG）会变亮。打开iMPACT软件，默认建立工程。或许软件会自动识别与主机相连的器件。如果没有的话，需要在右侧的操作窗口，右键选择Initialize Chain（Ctrl+I）（图2），然后会自动识别下载线上的设备（图3）。
注：D20是指开发板上的对应器件的编号，下面也会有类似的表述。

图2.初始化下载链

图3.识别的设备

图2中，xcf32p也就是32MB的PROM芯片，xccace就是System ACE，xc2vp30也就是FPGA芯片。
如果使用JTAG，右键选中xc2vp30，选择Assign New Configuration file（*.bit文件）如图3

图4.给FPGA芯片指定配置文件

选完之后，同样右键选中xc2vp30，选择program，默认选项，然后点击OK，系统自动下载，等下载成功后会有提示。在开发板上的D4 LED（DONE）会亮，说明FPGA配置成功。
2.PROM配置
Virtex-II Pro 开发板的XCF32P，Flash PROM包含了预留了两个块：revision 0和revision 1。revision 0是用于Golden配置这种模式，这块区域写跟擦除都是保护，里面主要存储了该板子的测试程序。而revision 1 用于用户模式，用户生成的配置文件都是存在于该区域中，当然可以配置多个文件。这里主要用的就是revision1的区域。
在配置PROM之前，需要生成PROM需要的是*.mcs文件，而该配置文件又是需要*.bit文件。具体步骤如下：

图5.操作流程

在iMPACT软件的Flows工作区双击PROM File Formatter，进入Prepare PROM Files对话框（图6）一般都是默认选项，在下面有存储路径的选择和PROM file name的选择。

图6. Prepare PROM Files

点击Next，选择PROM mode（图7），我们选择的是Parallel Mode。参考Virte-II Pro 开发板的电路图可以了解到PROM的数据输出口是8bit，所以选择并行模式。

图7.Select PROM/Flash Mode

点击Next，选择PROM device，Virtex-II Pro使用的xcf32p,所以我们选择的32M，点击Add，因为我们选择一个配置文件所以只需点击一次即可。

图8.指定PROM Device

一路点击Next，最后点击Finish。然后会跳出添加设备文件的对话框。点击ok，

图9.Add Device

然后选择你需要的配置的*.bit文件。一路默认OK。完成后，然后会提示添加Another device，点击取消就可以了。在左侧的iMPACT Processes栏中 双击Generate File，在刚才指定的路径下会生成*.mcs文件(图9)。

图10.mcs文件

在左侧Flows工作区中选择Boundary Scan。右键选择xcf32p，Assign New Configuration File（图10），添加刚才生成的*.mcs文件。
选择完后，还是右键选择xcf32p，选择Set Programming Properties，进行Programming的配置。

图11.添加配置文件和设置编程属性

这是一般的编程配置属性（图12），Parallel Mode需要选上，否则无法正确配置FPGA。

图12.参数设置

右键点击program，然后慢慢等待对PROM的编程，真的是很漫长啊，可以抽空泡杯茶喝。

图13.下载进程

最后会提示完成，如果SW9 1 ON,2 OFF，D19（PROM Config）会亮，然后安装Reset键几秒钟时间，D4（done）会变亮，说明PROM配置FPGA成功。
3.Compact Flash配置
Xilinx提供了另一种配置方案就是SystemACE Controller,利用System ACE可以将配置文件放到CF卡中对FPGA进程配置。所需要的配置文件是*.ace文件。
同样在左侧的Flows中选择SystemACE，跳出对话框，在Prepare System ACE Files中选择Novice，点击Next，选择CF的大小，如下图，因为我使用的是32MB的，所以选择Generic，因为我只用一个配置文件，所以预留0个空间（图13）。点击Next

图14.选中CF卡的大小

下一步是选择生成文件的文件名和路径。点击Next。Virtex-II Pro通过SystemACE 可以同时支持8个配置，需要通过板子上的SW8，3bit的拨码开关去指定8个配置中的一个。（图15）。

图15.选择配置地址

然后点击Finish。下一步是在每一个rev*添加相应的*.bit文件。共8个bit文件(图16)。

图16.向rev0中添加bit文件

（图17）在iMPACT Processes点击Generate File，完成后；然后通过读卡器接上CF卡，然后点击Copy to Compact Flash,会自动将生成的文件放到CF卡中。

图17.ace处理

图18，CF卡中的文件目录

图18中.xilinx.sys内容是：
#Automatically generated. PLEASE DO NOT MODIFY.
dir = LED_test;
cfgaddr0 = rev0;
cfgaddr1 = rev1;
cfgaddr2 = rev2;
cfgaddr3 = rev3;
cfgaddr4 = rev4;
cfgaddr5 = rev5;
cfgaddr6 = rev6;
cfgaddr7 = rev7;
由软件自动生成。该文件需要是用来指定配置文件的路径。
图19中的每个rev*目录下面都有一个*.ace文件。
CF卡插入板子上，SW9 1、2都是off，D20（JTAG config）会变亮；然后D12会变黄色，D4（Done）会变亮，如此说明CF卡配置FPGA成功。通过SW8的控制来选择CF卡中的其他配置文件，然后按住重启键SW1 若干秒，如果D4（done）变亮说明配置成功。