FPGA配置之SelectMAP总线

作者：AllinToyou | 2024-04-29 23:28:24

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selectmap

1 FPGA启动流程

图 1 7 Serials FPGA配置流程

在上电后的任何时间内，可以对Slave-FPGA配置存储器（Block RAM）进行复位处理。复位方式是将PROGRAM_B信号拉低（下降沿有效）。

当复位完成后，INIT_B恢复高电平，Slave-FPGA对M[2:0]模式引脚进行采样，然后开始在CCLK上升沿接收配置数据。

在接收配置数据前，Slave-FPGA首先进行总线位宽检测。主机发送的配置文件中，“Bus Width Auto Detection”序列最先发送。

表 1 Bus Width Detection Pattern

如上表，当位宽为8时，将在D[0:7]检测到0xBB、0x11；当位宽为16时，将在D[0:7]检测到0xBB、0x22；当位宽为32时，将在D[0:7]检测到0xBB、0x44。

图 2 BIN文件内容

注意：表1中的数据为Bit-Swrap之后的数据（FPGA内部要求），而图2中的配置文件为非Bit-Swrap的数据，因此在实际的配置过程中，应将数据进行Bit-Swrap处理。

位宽检测完成后，需要进行同步检测。如表1与图2，同步序列为0xAA995566，经过Bit-Swrap处理后为0x5599AA66。

同步之后需要进行ID检查以防止错误型号FPGA的比特流数据写入。如图2，0x03691093为ID号。

ID检查成功后，Slave-FPGA开始接收配置数据。

当接收配置数据，Slave-FPGA进行CRC校验计算，当检验失败时将INT_B拉低。

当配置数据接收完毕后，比特流指示Slave-FPGA进入启动流程，并在启动完成后拉高DONE信号。

表 2 Xilinx Configuration File Formats

File Extension	Bit Swapping	Xilinx Tool	Description
BIT	Not Bit Swapped	ISE BitGen or Vivado write_bitstream (generated by default)	Binary configuration data file containing header information that does not need to be downloaded to the FPGA. Used to program devices from the iMPACT tool or Vivado device programmer with a programming cable.
RBT	Not Bit Swapped	ISE BitGen generated if -b option is set) or Vivado write_bitstream (generated with -raw_bitfile argument)	ASCII equivalent of the BIT file containing a text header and ASCII 1s and 0s. (Eight bits per configuration bit.)
BIN	Not Bit Swapped	ISE BitGen (generated if -g binary:yes option is set) or PROMGen, or Vivado write_bitstream (generated with -bin_file argument)	Binary configuration data file with no header information. Can be used for custom configuration solutions (for example, microprocessors), or in some cases to program third-party PROMs.
MCS	Not Bit Swapped	ISE PROMGen or iMPACT, or Vivado write_cfgmem -format MCS	ASCII PROM file format containing address and checksum information in addition to configuration data. Used mainly for device programmers and the Impact tool.
HEX	Not Bit Swapped	ISE PROMGen or iMPACT, or Vivado write_cfgmem -format HEX	ASCII PROM file format containing only configuration data. Used mainly in custom configuration solutions.

根据表2说明，选择BIN文件作为配置文件。

图 3 SelectMAP时序

图 4 selectmap端口定义

端口		位宽	方向	说明
I_clk		1	Input	系统时钟
I_rst		1	Input	系统复位
I_init		1	Input	开始配置触发信号
O_init_done		1	Output	Slave-FPGA复位完成信号
SelectMAP Bus	O_mode	3	Output	Slave-FPGA配置模式选择 3’b000：Master Serial 3’b001：Master SPI 3’b010：Master BPI 3’b100：Master SelectMAP 3’b101：JTAG 3’b110：Slave SelectMAP 3’b111：Slave Serial
	O_fpga_program_b	1	Output	Slave-FPGA配置逻辑复位（下降沿有效）
	I_fpga_int_b	1	Input	指示Slave-FPGA配置逻辑复位完成（低有效），拉高后mode设置生效
	O_fpga_cs_b	1	Output	片选 1’b1：Enable SelectMAP bus 1’b0：Disable SelectMAP bus
	O_fpga_cclk	1	Output	配置时钟
	O_fpga_rdwr_b	1	Output	读写控制 1’b1：Reading from Slave-FPGA 1’b0：Writing to Slave-FPGA
	O_fpga_data	16	Output	配置数据
	I_fpga_done	1	Input	Slave-FPGA加载完成
I_fifo_empty		1	Input	fifo空信号
O_fifo_rd_en		1	Output	fifo读使能
I_fifo_rd_data		16	Input	fifo读数据

图 5 selectmap模块状态机

配置流程如下：

①在IDLE状态下，若检测到I_init为高，进入MODE_SET状态；

②在MODE_SET状态下，配置Slave-FPGA的模式为Slave SelectMAP模式（mode=3’b110），进入SLAVE_FPGA_RESET状态；

③在SLAVE_FPGA_RESET状态下，将fpga_program_b拉低以复位从设备配置逻辑；检测到fpga_int_b为低（复位完成）后，将fpga_program_b拉高，并拉低写使能fpga_rdwr_b，进入RDWR_B_ENABLE状态；

④在RDWR_B_ENABLE状态下，若检测到fpga_int_b由低变高（Slave-FPGA复位完成，等待数据写入），进入WAIT状态；

⑤在WAIT状态下，等待fifo加载数据；当fifo非空时，重新进入SEND_DATA状态发送数据；

⑥ 在SEND_DATA状态下，将来自fifo的配置数据加载到数据端口；

当检测到fpga_done为高时，配置完成，进入IDLE状态；

当检测到fpga_done为低且fifo为空时，进入WAIT状态。

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