FPGA配置详解：上电加载与时序控制

"FPGA上电加载时序是FPGA工作流程中的关键步骤，因为基于SRAM的FPGA结构在断电后会丢失其存储的数据。为了使FPGA正常运行，必须通过配置电路在上电时将配置数据加载到SRAM中。常见的配置设备包括EPCS系列芯片和SPIFLASH芯片如M25P系列。FPGA的配置方式有三种：FPGA主动串行(AS)方式、JTAG方式和FPGA被动(Passive)方式。配置过程涉及复位、配置和初始化三个阶段。在配置开始时，nCONFIG管脚的上升沿启动配置，接着nSTATUS被释放，允许数据通过DATA管脚在DCLK上升沿被锁存。CONF_DONE信号的上升沿表示配置完成，而INIT_DONE信号标志着初始化结束，这时FPGA才能开始正常工作。" FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，它的内部结构主要由SRAM（Static Random-Access Memory）构成，这意味着每个逻辑单元的状态在电源关闭后不会被保存。因此，每次上电时，FPGA都需要通过外部配置源来重新加载设计的配置数据，这些数据定义了FPGA内部逻辑的功能和连接。 配置电路通常采用专用的配置芯片，例如EPCS系列（EPCS4、EPCS8、EPCS16、EPCS64、EPCS128），它们专为FPGA配置设计，以及通用的SPI串行闪存芯片，如M25P40、M25P16、W25Q16等。这些芯片存储了FPGA的配置比特流，上电时通过特定接口将这些数据加载到FPGA的SRAM中。 配置方式的选择取决于具体的应用需求。FPGA主动串行(AS)方式中，FPGA自身控制配置过程；JTAG（Joint Test Action Group）方式利用标准的测试接口进行配置；而FPGA被动方式则更依赖外部设备来驱动配置流程。 FPGA的配置过程分为三个阶段：复位、配置和初始化。复位阶段通常由nCONFIG管脚的低到高转换触发，同时，通过MSEL管脚决定配置模式。配置阶段，配置数据在DCLK时钟上升沿被锁存，CONF_DONE信号的拉高表示配置完成。最后，初始化阶段，INIT_DONE信号的拉高表明内部逻辑、寄存器和I/O已准备好，FPGA可以开始执行预定义的任务。 在配置和初始化期间，FPGA的I/O端口呈现高阻态，防止对系统其他部分造成干扰。CONF_DONE和INIT_DONE信号是监控FPGA配置和初始化状态的重要指标，它们提供了一个明确的信号，说明FPGA已经准备好执行用户设计的功能。在实际应用中，可以通过工具如Altera的Quartus II进行配置选项的设定，例如是否使用INIT_DONE信号。 理解FPGA的上电加载时序和配置过程对于正确地使用和调试FPGA至关重要，确保其在系统中的无缝集成和高效运行。