漫谈xilinx FPGA 配置电路

fpga的基本外围电路设计FPGA的基本外围电路设计主要包括以下几个步骤：1. 电源电路设计：为FPGA芯片提供稳定的电源，通常采用线性稳压电源或开关电源。

根据FPGA芯片的功耗和电源要求，选择合适的电源芯片和滤波电容，确保电源稳定可靠。

2. 时钟电路设计：FPGA芯片需要稳定的时钟信号进行工作。

根据FPGA芯片的时钟要求，选择合适的晶振或PLL（锁相环）模块，并设计合适的时钟分配网络，确保时钟信号稳定、准确。

3. 配置电路设计：FPGA芯片可以通过外部配置引脚进行配置，也可以通过串行配置存储器进行配置。

根据FPGA芯片的配置要求，选择合适的配置芯片和接口电路，确保配置正确、可靠。

4. I/O接口电路设计：FPGA芯片具有丰富的I/O接口，可以与外部设备进行通信。

根据FPGA芯片的I/O接口类型和通信协议，设计合适的接口电路，确保数据传输稳定、可靠。

5. 保护电路设计：为了保护FPGA芯片免受外部干扰或损坏，需要设计保护电路。

常见的保护电路包括ESD保护、过流保护、过压保护等。

根据FPGA芯片的要求和实际应用场景，选择合适的保护电路和器件。

在设计基本外围电路时，还需要考虑以下几点：1. 参考设计和规范：参考FPGA厂商提供的参考设计和规范，可以快速设计出稳定可靠的FPGA外围电路。

2. 布局和布线：合理的布局和布线可以提高电路的可靠性和稳定性。

在设计过程中，要充分考虑信号的流向、器件的布局、布线的规则等因素。

3. 电源和地线处理：电源和地线是FPGA外围电路的重要组成部分。

要合理分配电源和地线，避免产生电磁干扰和噪声。

4. 仿真和测试：在设计过程中，可以使用仿真工具对电路进行仿真和测试，确保设计的正确性和可靠性。

总之，FPGA的基本外围电路设计需要考虑多个因素，包括电源、时钟、配置、I/O接口和保护等方面。

在设计过程中，要遵循参考设计和规范，合理布局和布线，处理好电源和地线，并进行仿真和测试。

Xilinx-FPGA配置的一些细节Xilinx FPGA配置的一些细节2010年07月03日星期六 14:260 参考资料(1) Xilinx: Development System Reference Guide. dev.pdf, v10.1在Xilinx的doc目录下有。

(2) Xilinx: Virtex FPGA Series Configuration and Readback. XAPP138 (v2.8) March 11, 2005在Xilinx网站上有，链接/bvdocs/appnotes/xap p138.pdf(3)Xilinx: Using a Microprocessor to Configure Xilinx FPGAs via Slave Serial or SelectMAP Mode.XAPP502 (v1.5) December 3, 2007在Xilinx网站上有，链接/bvdocs/appnotes/xap p502.pdf注：此外xapp139和xapp151也是和配置相关的。

(4)Xilinx: Virtex-4 Configuration Guide. UG071 (v1.5) January 12, 2007(5) Tell me about the .BIT file format.链接：/FAQ_Pages/0026_Tell_me_about_bit_files.htm1 Xilinx配置过程主要讲一下Startup Sequence。

Startup Sequence由8个状态组成.除了7是固定的之外，其它几个的顺序是用户可设置的，而且Wait for DCM和DCI是可选的。

其中默认顺序如下：这些在ISE生成bit文件时通过属性页设定。

这几个状态的具体含义如下：Release_DONE : DONE信号变高GWE : 使能CLB和IOB，FPGA的RAMs和FFs可以改变状态GTS : 激活用户IO，之前都是高阻。

Xilinx spartan3e FPGA掉电配置及应用程序引导Xilinx公司的spartan3e开发板上面有丰富的外围器件，就存储器来说有一个16M并行flash，一个4Mbits串行flash，还又一个64M的DDR，在嵌入式开发中，一般我们可能会在FPGA中嵌入cpu软核，让C语言程序在里面运行。

这就涉及到FPGA配置文件的引导，如果C语言程序太大，需要在DDR里面运行的话也涉及到应用程序的引导的问题。

我刚接触到xinlinx的spartan3e开发板时，只会将FPGA配置文件（.bit）直接通过JTAG口下载到芯片里。

后来编写的程序大了，如果将程序直接放到内部的RAM里面就装不下了，这时就只有将程序放到DDR里面运行，如果仅仅是调试应用程序不需要重启开发板后程序也可以运行，那么可以直接用EDK里面的XDM工具通过dow命令直接下载到DDR里面，然后就可以执行了。

但是但我们的应用程序和硬件配置调试通过，达到了我们的要求以后我们就想到可不可以将让程序在板子上电时就可以自动运行呢。

因为FPGA是掉电要丢失的，重新上电就必须重新配置。

我们通过查找相关资料，找到了解决烧写问题的解决办法。

首先是配置文件的烧写。

spartan3e提供了3个掉电不丢失的外部存储器，就是上面提到的并行flash，串行flash和Flash PROM。

配置文件都可以烧写到其中任何一个储存器里面。

但是，在我看来，一般的配置问件都是烧写到Flash PROM里面。

烧写方法有很多，可以用Xilinx公司的专门的烧写.mcs文件的工程烧写，也可以用iMPACT烧写。

一般用iMPACT工具烧写，烧写过程如下：打开iMPACT，弹出新建工程时选择Cancle，然后双击窗口左边的PROM File Formater如下图：弹出的窗口中选择Xilinx PROM文件格式选择mcs，PROM File name为：test.mcs，选择好保存路径点击下一步如下图：上步中点击Next，Select a PROM（bits）选择xcf->xcf04s,点击Add，然后点下一步如下图：上图中点击Next后出现窗口中点击filinsh，弹出消息框点OK，会有一个选择bit问件的窗口，选择一个已经编写好的EDK或者ISE工程生成的.bit文件，OK后提示是否加入其他器件，选择NO，然后双击窗口右边的Generate File，生成.mcs文件如下图所示：然后，双击Boundary Scan，在中间空白处，点击鼠标右键，选择Initialize chain，弹出的第一个窗口中选择Bypass，第二个选择刚才生成的.mcs文件，第三个也选择Bypass，然后选中中间那个模块，点击窗口左下角的program如下图：弹出窗口中选中OK就可以了，烧写完后会看到，Program Successful 提示。

1.上电后，FPGA 芯片内部时钟开始工作；2.PROM 接收到FPGA 传来的时钟信号后，开始工作；3.PROM 把CF 脚拉低，也就是把FPGA 的PROG/PROG_B 拉低；4.FPGA 检测到PROG 信号有超过500纳秒的低脉冲后，FPGA 开始清除内部已有的配置（打扫房间），以待新的配置数据可以被接收。

PROG 由低返回高后，FPGA 立即把DONE 和INIT_B 都拉低，而这两个一个是PROM 的使能信号，一个是PROM 的RESET 信号，CLK 12CE13OE/RESET 11BUSY5EN_EXT_SEL25REV_SEL127REV_SEL026CF6CEO10CLKOUT9D028D129D232D333D443D544D647D748Configuring in FPGA Master Serial ModeMaster Serial configuration mode (shown in Figure2-1) is most commonly used withconfiguration PROMs, because it is simple to implement. Only a small number of signals arerequired to interface the PROM with the FPGA, and an external clock source is not requiredfor configuration. In FPGA Master Serial mode, the FPGA generates the configuration clock.In this mode, data is available on the PROM Data (D0) pin when CF is High, and CE and OEare enabled. New data is available a short access time after each rising clock edge.Figure 2-1:FPGA Master Serial Configuration SetupChoose a Configuration Mode: M[2:0]The mode select pins, M[2:0], define the configuration mode that the FPGA uses to load its bitstream, as shown in Table 2-1. The logic levels applied to the mode pins is sampled on the rising edge of INIT_B , immediately after the FPGA completes initializing its internal configuration memory.M[2:0] Functional Differences between Spartan-3 Generation FamiliesTable 2-2 summarizes the slight differences in functionality between the Spartan-3 generation families.Table 2-1:Mode Pin Settings and Associated FPGA Configuration Mode by FamilyM[2:0]FPGA FamilySpartan-3 Spartan-3ESpartan-3ASpartan-3A DSPSpartan-3AN<0:0:0>Master Serial (Platform Flash) Mode<0:0:1>Reserved Master SPI Mode<0:1:0>Reserved BPI Up <0:1:1>Master ParallelBPI DownReservedInternal MasterSPI<1:0:0>Reserved <1:0:1>JTAG Mode <1:1:0>Slave Parallel Mode <1:1:1>Slave Serial ModeTable 2-2:M[2:0] Mode Pin Differences between Spartan-3 Generation FPGAsSpartan-3 FPGASpartan-3E FPGAExtended Spartan-3A Family FPGAsAvailable as possible user I/O pin after configuration?No Yes Yes Dedicated internal pull-up resistor during configuration?YesNoYesMechanism to define post-configuration behaviorM2Pin , M1Pin , M0Pin bitstream options User I/O User I/OInput supply voltage V CCAUX V CCO_2V CCO_2Output supply voltageN/A V CCO_2V CCO_2Same voltage as other pins in the configuration interface?Only when interface is at2.5VYesYesProgram or Reset FPGA: PROG_BThe PROG_B pin is an asynchronous control input to the FPGA. When Low, the PROG_B pinresets the FPGA, initializing the configuration memory. When released, the PROG_B begins theconfiguration processes. The initialization process does not start until PROG_B returns High.Asserting PROG_B Low for an extended period delays the configuration process. The variousPROG_B functions are outlined in Table 2-7.At power-up or after a master reset, PROG_B always has a pull-up resistor to V CCAUX,regardless of the “Pull-Up Resistors During Configuration” control input. Afterconfiguration, the bitstream generator option ProgPin defines whether or not the pull-up resistoris remains active. By default, the ProgPin option retains the pull-up resistor.Table 2-7: PROG_B OperationAfter configuration, hold the PROG_B input High. Any Low-going pulse on PROG_B, lasting500 ns or longer (300 ns in the Spartan-3 FPGAs), restarts the configuration process.The PROG_B pin functionality is identical among all Spartan-3 generation FPGAs.Figure2-3 shows the basic point-to-point topology where the CCLK output from the Master FPGA drives one clock input receiver, either on the configuration PROM or on a slave FPGA.Caution!On Spartan-3E and Extended Spartan-3A family FPGAs, be sure to define a valid logic level on CCLK. Otherwise, the clock trace might float and cause spurious clocking to other devices in the system.Figure 2-3:Point-to-Point: Master CCLK Output Drives Single Clock Load Figure2-4 shows the basic multi-drop flyby topology where the CCLK output from the Master FPGA drives two or more clock input receivers. Constrain the trace length on any clock stubs.Figure 2-4:Multi-Drop: Master CCLK Output Drives Two Clock InputsFigure 2-5 shows a star topology where the Master FPGA CCLK transmission line branches to the multiple clock receiver inputs. The branch point creates a significant impedance discontinuity. Do not use this topology.ConfigRate: Bitstream Option for CCLKFor Master configuration mode, the ConfigRate bitstream generator option defines thefrequency of the internally-generated CCLK oscillator. The actual frequency isapproximate due to the characteristics of the silicon oscillator and varies by up to 50% over the temperature and voltage range. On Spartan-3E and Extended Spartan-3A family FPGAs, the resulting frequency for every ConfigRate setting is fully characterized and specified in the associated FPGA family data sheet. At power-on, CCLK always starts operation at its lowest frequency. Use the ConfigRate option to set the oscillator frequency to one of the other values shown in Table 2-8.Set this option graphically in “ISE Software Project Navigator,” page 42, as shown in Step 7 in Figure 1-7, page 44.The FPGA does not start operating at the higher CCLK frequency until the ConfigRate control bits are loaded during the configuration process.Persist: Reserve CCLK As Part of SelectMAP InterfaceBy default, any clocks applied to CCLK after configuration are ignored unless thebitstream option Persist :Yes is set, which retains the configuration interface. If Persist :Yes , then all clock edges are potentially active events, depending on the other configuration control signals. On Spartan-3E and Extended Spartan-3A family FPGAs, CCLK becomes a full-featured user-I/O pin after configuration.Figure 2-5:Star Topology Is Not RecommendedUG191_c2_07_112206Z 0ImpedanceDiscontinuityZ 0Clock Input 1Z 0Clock Input 2Clock In ock InpCCCLKMaster FPGAAs highlighted in Table 2-2, page 50, the Extended Spartan-3A family FPGAs add a few more dedicated internal pull-up resistors, as shown in Table 2-10. On Spartan-3E FPGAs, these pins do not have a dedicated internal pull-up resistor, but do have an optional pull-up resistor controlled when HSWAP =0.The Spartan-3 FPGA family uses dedicated configuration pins, as shown in Table 2-11. The post-configuration behavior is controlled by bitstream settings.Table 2-9:Pins with Dedicated Pull-Up Resistors during Configuration (All Spartan-3 Generation FPGAs)Pin Name Pull-Up Resistor SupplyRailPost Configuration ControlPROG_B V CCAUX ProgPin BitGen settingDONE V CCAUXDonePin and DriveDone BitGen settings Pull-up during Configuration control input,HSWAP , PUDC_B , or HSWAP_EN (see Table 2-12)VCCO_0Spartan-3E and Extended Spartan-3A family FPGAs: User I/O after configuration. Controlled by the FPGA applicationSpartan-3 FPGA: Controlled by HswapenPin BitGen settingINIT_BSpartan-3E/3A/3AN/ Spartan-3A DSP FPGAs:VCCO_2Spartan-3 FPGA:VCCO_4 or VCCO_BOTTOMUser I/O after configuration. Controlled by the FPGA applicationTDI V CCAUX TdiPin BitGen setting TMS V CCAUX TmsPin BitGen setting TCK V CCAUX TckPin BitGen setting TDOV CCAUXTdoPin BitGen settingTable 2-10:Pins with Dedicated Pull-Up Resistors during Configuration (Extended Spartan-3A Family FPGAs Only)Pin Name Pull-Up Resistor Supply RailPost Configuration ControlM[2:0]VCCO_2User I/O after configuration. Controlled by the FPGA applicationVS[2:0]VCCO_2Pull-up resistors only active when M[2:0]=<0:0:1>, Master SPI mode, or in Spartan-3AN FPGAs when M[2:0]=<0:1:1>, Internal Master SPI mode. User I/O after configuration. Controlled by the FPGA applicationPin DescriptionsTable 2-15 lists the various pins involved in the configuration process, including which configuration mode, the pin’s direction, and a summary description. The table also describes how to use the pin during and after configuration.Table 2-13:Pull-Up Resistor Ranges by Spartan-3 Generation FamilyVoltage RangeSpartan-3 FPGASpartan-3E FPGASpartan-3A/3ANSpartan-3A DSP FPGAUnitsV CCAUX or V CCO = 3.0 to 3.6V5.1 to 23.9k ΩV CCO = 3.0 to 3.45V 1.27 to 4.11 2.4 to 10.8V CCAUX or V CCO = 2.3 to 2.7V1.15 to 3.252.7 to 11.8 6.2 to 33.1V CCO = 1.7 to 1.9V2.45 to 9.104.3 to 20.28.4 to 52.6Table 2-14:Recommended External Pull-Up or Pull-down Resistor Values to Define Input Values during Configuration PUDC_B, HSWAP , orHSWAP_EN Desired Pull Direction I/O StandardSpartan-3 FPGASpartan-3E FPGASpartan-3A/3AN Spartan-3A DSPFPGA= 0(also applies to all pins that have a dedicated pull-up resistor during configuration, see “Pins with Dedicated Pull-Up Resistorsduring Configuration,”page 62)Pull-UpAll No pull-up required. Internal pull-up resistors areenabled. See Table 2-13 for resistor range.Pull-Down(required to overcome maximum I RPU current and guarantee V IL )LVCMOS33LVTTL ≤ 330 Ω≤ 620 Ω≤ 1.1k ΩLVCMOS25≤ 470 Ω≤ 820 Ω≤ 1.8k ΩLVCMOS18≤ 510 Ω≤ 820 Ω≤ 3.3k ΩLVCMOS15≤ 820 Ω≤ 1.2 k Ω≤ 5.4k ΩLVCMOS12≤ 1.5 k Ω≤ 1.5 k Ω≤ 9.6k Ω= 1(optional pull-up resistors are disabledduringconfiguration. Does not apply to pins with dedicated pull-up resistors during configuration)Pull-Up (required to overcome single-load, maximum I L leakage current and guarantee V IH )LVCMOS33LVTTL ≤ 40k Ω≤ 100k ΩLVCMOS25≤ 60k ΩLVCMOS18≤ 37k ΩLVCMOS15≤ 28k ΩLVCMOS12≤ 38k ΩPull-Down(required to overcome single-load, maximum I L leakage current and guarantee V IL )LVCMOS33LVTTL ≤ 32k Ω≤ 80k ΩLVCMOS25≤ 70k ΩLVCMOS18≤ 38k ΩLVCMOS15LVCMOS12≤ 59k ΩTable 2-15:Spartan-3 Generation Configuration Pins, Associated Modes, and FunctionPin Name Config.Mode(s)FPGADirectionDescription During Configuration After ConfigurationHSWAPor PUDC_Bor HSWAP_EN (depends on FPGA family)All Input User I/O Pull-Up Control.When Low duringconfiguration, enablespull-up resistors in all I/Opins to respective I/O bankV CCO input.0: Pull-ups duringconfiguration1: No pull-upsDrive at valid logiclevel throughoutconfiguration.Spartan-3:Dedicated pin (don’tcare afterconfiguration)Spartan-3ESpartan-3ASpartan-3ANSpartan-3A DSP:User I/OM[2:0]All Input Mode Select. Selects theFPGA configuration modeas defined in Table2-1.Must be at the logiclevels shown inTable2-1, page50.Sampled when INIT_Bgoes High.User I/O (dedicatedon Spartan-3 FPGAs)DIN SerialModes, SPI Input Serial Data Input. for allserial configuration modesReceives serial datafrom PROM serial dataoutput.User I/OCCLK MasterModes, SPI,BPIOutput(treat asI/O forsignalintegrity)Configuration Clock.Generated by FPGAinternal oscillator.Frequency controlled byConfigRate bitstreamgenerator option. See“Configuration Clock:CCLK,” page56.Drives PROM’s clockinput.User I/O (dedicatedon Spartan-3 FPGAs)Slave Modes Input Configuration clock input.Input configurationclock source.DOUT Output Serial Data Output. Not used in single-FPGA designs; DOUTis pulled up, notactively driving. In aserial daisy-chainconfiguration, this pinconnects to DIN inputof the next FPGA in thechain.User I/OINIT_B All Open-drainbidirec-tional I/O Initialization Indicator.Active Low. See“Initializing ConfigurationMemory, ConfigurationError: INIT_B,” page61.Drives Low afterpower-on reset (POR)or when PROG_Bpulsed Low while theFPGA is clearing itsconfiguration memory.If a CRC error detectedduring configuration,FPGA again drivesINIT_B Low.User I/O. If unusedin the application,drive INIT_B High orLow to avoid afloating value. SeeINIT_B “AfterConfiguration”.DONE All Open-drainbidirec-tional I/O FPGA ConfigurationDone. Low duringconfiguration. Goes Highwhen FPGA successfullycompletes configuration.Powered by V CCAUXsupply.0: FPGA not configured1: FPGA configuredSee “DONE Pin,” page52Actively drives Lowduring configuration.When High,indicates that theFPGA successfullyconfigured.PROG_B All Input Program FPGA. ActiveLow. When asserted Lowfor 500 ns or longer, forcesthe FPGA to restart itsconfiguration process byclearing configurationmemory and resetting theDONE and INIT_B pins. Ifdriving externally with a3.3V output, use an open-drain or open-collectordriver or use a currentlimiting series resistor. See“Program or Reset FPGA:PROG_B,” page56.Must be High duringconfiguration to allowconfiguration to start.Drive PROG_B Lowand release toreprogram FPGA.Spartan-3E Spartan-3A Spartan-3AN Spartan-3A DSPFPGA:VS[2:0]Master SPI Input Variant Select. Instructs theFPGA how to communicatewith the attached SPI FlashPROM.Must be at the logiclevels shown inTable4-2, page105.Sampled when INIT_Bgoes High.User I/OSpartan-3E Spartan-3A Spartan-3AN Spartan-3A DSPFPGA:MOSI Master SPI Output Serial Data Output. FPGA sends SPI Flashmemory readcommands andstarting address to thePROM’s serial datainput.User I/OSpartan-3E Spartan-3A Spartan-3AN Spartan-3A DSP FPGA:CSO_B Master SPI Output Chip Select Output. ActiveLow.Connects to the SPIFlash PROM’s SlaveSelect input. IfHSWAP/PUDC_B=1,connect this signal to a4.7 kΩ pull-up resistorto 3.3V.Drive CSO_B Highafter configuration todisable the SPI Flashand reclaim theMOSI, DIN, andCCLK pins.Optionally, re-usethis pin and MOSI,DIN, and CCLK tocontinuecommunicating withSPI Flash.Table 2-15:Spartan-3 Generation Configuration Pins, Associated Modes, and Function (Cont’d)Pin Name Config.Mode(s)FPGADirectionDescription During Configuration After ConfigurationSpartan-3E Spartan-3A Spartan-3AN Spartan-3A DSPFPGA:CSI_B Spartan-3FPGA:CS_B BPI, SlaveParallelInput Chip Select Input. ActiveLow.er I/O. If bitstreamoption Persist:Yes,becomes part ofSelectMap parallelperipheral interface.RDWR_B BPI, SlaveParallel Input Read/Write Control. ActiveLow write enable. Readfunctionality typically onlyused after configuration, ifbitstream optionPersist:Yes.Must be Lowthroughoutconfiguration. Do notchange logic levelwhile CSI_B is LowUser I/O. If bitstreamoption Persist:Yes,becomes part ofSelectMap parallelperipheral interface.Spartan-3E Spartan-3A Spartan-3AN Spartan-3A DSPFPGA:LDC0BPI Output PROM Chip Enable Connect to parallelPROM chip-selectinput (CS#). FPGAdrives this signal Lowthroughoutconfiguration.User I/O. If theFPGA does not accessthe PROM afterconfiguration, drivethis pin High todeselect the PROM.A[23:0], D[7:0],LDC[2:1], and HDCthen becomeavailable as user I/O.Spartan-3E Spartan-3A Spartan-3AN Spartan-3A DSPFPGA:LDC1BPI Output PROM Output Enable Connect to the parallelPROM output-enableinput (OE#). The FPGAdrives this signal Lowthroughoutconfiguration.User I/OSpartan-3E Spartan-3A Spartan-3AN Spartan-3A DSPFPGA:HDC BPI Output PROM Write Enable Connect to parallelPROM write-enableinput (WE#). FPGAdrives this signal Highthroughoutconfiguration.User I/OSpartan-3E Spartan-3A Spartan-3AN Spartan-3A DSPFPGA:LDC2BPI Output PROM Byte Mode This signal is not usedfor x8 PROMs. ForPROMs with a x8/x16data width control,connect to PROM byte-mode input (BYTE#).User I/O. Drive thispin High afterconfiguration to use ax8/x16 PROM in x16mode.Pin Name Config.Mode(s)FPGADirectionDescription During Configuration After ConfigurationPin Behavior During ConfigurationTable 2-16, Table 2-17, and Table 2-18 show how various pins on Spartan-3 generation FPGAs behave during the configuration process. The actual behavior depends on the settings applied to the M2, M1, and M0 (M[2:0]) mode select pins and the pin that controls the optional pull-up resistors, called HSWAP , PUDC_B , or HSWAP_EN depending on the specific Spartan-3 generation FPGA family. The M[2:0] mode select pins determine which of the I/O pins are active and borrowed during configuration and how they function. In JTAG configuration mode, no user-I/O pins are borrowed for configuration.The Dedicated Pull-Up Resistor column indicates pins that always have a pull-up resistor enabled during configuration, regardless of the PUDC_B , HSWAP , or HSWAP_EN input. After configuration, the behavior of these pins is either defined by specific bitstream generator options or by the FPGA application itself.Table 2-16, Table 2-17, and Table 2-18 show the FPGA pins that are either borrowed or dedicated during configuration. The specific pins are listed by FPGA configuration mode along the top. For each pin, the table also indicates the power rail that supplies the pin during configuration. A numeric value such as “2”, indicates that the associated pin is located in I/O Bank 2 and powered by the VCCO_2 supply inputs. Spartan-3E andExtended Spartan-3A family FPGAs have four I/O banks; the Spartan-3 FPGA family has eight I/O banks.The pin names are color-coded using the same colors used in the package pinout tables and footprint diagrams found in the respective Spartan-3 generation data sheet. Blackrepresents the dedicated JTAG pins; yellow represents the dedicated configuration pins; light blue represents the dual-purpose configuration pins that become user-I/O pins after configuration.Spartan-3E FPGA:A[23:0]Spartan-3ASpartan-3ANSpartan-3A DSPFPGA:A[25:0]BPIOutputParallel PROM Address outputsConnect to PROM address inputs.User I/O.D[7:0]Master Parallel, BPI, Slave Parallel,SelectMAPInput Data InputData captured by FPGAUser I/O. If bitstream option Persist :Yes , becomes part of SelectMap parallel peripheral interface.Spartan-3/Spartan-3E FPGA:BUSYBPI, Slave Parallel (SelectMAP )OutputFPGA Busy Indicator. Used primarily in Slave Parallel interfaces that operate at 50MHz and faster. Same function is on DOUT pin in the Extended Spartan-3A family.Not used during BPI mode configuration but actively er I/O. If bitstream option Persist :Yes , becomes part of SelectMap parallel peripheral interface.Pin Name Config. Mode(s)FPGA DirectionDescriptionDuring Configuration After ConfigurationSupported Platform Flash PROMsTable 3-4 shows the smallest available Platform Flash PROM to program one Spartan-3generation FPGA. A multiple-FPGA daisy-chain application requires a Platform Flash PROMlarge enough to contain the sum of the various FPGA bitstream sizes.Table 3-4: Number of Bits to Program a Spartan-3 Generation FPGA and SmallestPlatform Flash PROMFamily FPGANumber of Smallest Possible Configuration Bits Platform Flash PROMXC3S50A437,312XCF01SXC3S200A1,196,128XCF02S Spartan-3A XC3S400A1,886,560XCF02S (Spartan-3AN)XC3S700A2,732,640XCF04SXC3S1400A4,755,296XCF08Por XCF04S + XCF02SXC3SD1800A8,197,280XCF08PSpartan-3A DSP or two XCF04S PROMs XC3SD3400A11,718,304XCF16PXC3S100E581,344XCF01SXC3S250E1,353,728XCF02SSpartan-3E XC3S500E2,270,208XCF04SXC3S1200E3,841,184XCF04SXC3S1600E5,969,696XCF08Por XCF04S + XCF02SXC3S50439,264XCF01SXC3S2001,047,616XCF01SXC3S4001,699,136XCF02SXC3S10003,223,488XCF04S Spartan-3XC3S15005,214,784XCF08Por XCF04S + XCF02SXC3S20007,673,024XCF08Por 2 x XCF04SXC3S400011,316,864XCF16PXC3S500013,271,936XCF16PThere are two possible design solutions for FPGA designs that require 8 Mbit PROMs: use either a single 8 Mbit XCF08P parallel/serial PROM or two cascaded XCFxxS serial。

目前FPGA芯片仍是基于查找表技术的，但其概念和性能已经远远超出查找表技术的限制，并且整合了常用功能的硬核模块（如块RAM、时钟管理和DSP）。

图1-1所示为Xilinx公司FPGA的内部结构示意图（由于不同系列的应用场合不同，所以内部结构会有一定的调整），从中可以看出FPGA芯片主要由 6部分组成：可编程输入输出单元、基本可编程逻辑单元、完整的时钟管理、嵌入块式RAM、丰富的布线资源、内嵌的底层功能单元和内嵌专用硬件模块。

图1-1 FPGA芯片的内部结构每个模块的功能如下：1．可编程输入输出单元（IOB）可编程输入/输出单元简称I/O单元，是芯片与外界电路的接口部分，完成不同电气特性下对输入/输出信号的驱动与匹配要求，提供输入缓冲、输出驱动、接口电平转换、阻抗匹配以及延迟控制等功能，其一般示意结构如图1-2所示。

FPGA内的I/O按组分类，每组都能够独立地支持不同的I/O标准。

通过软件的灵活配置，可适配不同的电气标准与I/O物理特性，可以调整驱动电流的大小，可以改变上、下拉电阻。

目前，I/O口的频率也越来越高，一些高端的FPGA 通过DDR寄存器技术可以支持高达2Gbps的数据速率。

外部输入信号可以通过IOB模块的存储单元输入到FPGA的内部，也可以直接输入FPGA 内部。

当外部输入信号经过IOB模块的存储单元输入到FPGA内部时，其保持时间（Hold Time）的要求可以降低，通常默认为0。

为了便于管理和适应多种电器标准，FPGA的IOB被划分为若干个组（bank），每个bank的接口标准由其接口电压VCCO决定，一个bank只能有一种VCCO，但不同bank的VCCO可以不同。

只有相同电气标准的端口才能连接在一起，VCCO 电压相同是接口标准的基本条件。

2．可配置逻辑块（CLB）CLB是FPGA内的基本逻辑单元。

CLB的实际数量和特性会依器件的不同而不同，但是每个CLB都包含一个可配置开关矩阵，此矩阵由4或6个输入、一些选型电路（多路复用器等）和触发器组成。

复位和上电复位1 在上电时，这器件要求VCCINT在精确的上升时间内，单调的上升到标准工作电压值。

2 如果电压没满足要求，这器件就不能执行合适的上电复位。

3 上电运行的顺序：先PROM的OE/RESET保持低电平，在配置开始以前要求电源能达到它们各自的POR（上电复位电压）门限，OE/RESET被定时释放后对稳定电源的应用有更多的余地。

4 在系统利用慢上升电源时，另外增加一个电源监控电路能被用做延时配置直到系统电源达到最小的操作电源在OE/RESET一直为低电平。

5 当OE/RESET被释放，INIT就被上拉为高电平，允许FPGA有次序的配置。

6 如果电压低于POR门限时，PROM复位，OE/RESET再为低，直到达到POR 门限。

7 对于PROM电压正常时，只要OE/RESET=0或CE=1,复位就开始，当地址计数器复位时，CEO输出高电平，其它的数据输出脚为高阻态。

8 XCFXXS PROM 只要求OE/RESET被释放以前，VCCINT上升到POR门限就行了。

9 XFCXXP PROM 在OE/RESET被释放以前，不但要求VCCINT上升到POR 门限，而且还要求VCCO达到被推荐的正常工作电压。

配置1 当JTAG配置指令在PROM里被更新时，PROM暂时给CF一个低电平，接着就给CF一个高电平。

结合CF脚在外部加了上拉电阻，此时在CF脚输出一个‘高-低-高’的脉冲个FPGA的PROGRAM 脚。

此次FPGA就依次的开始配置。

2 在CF脚外部必须加个上拉电阻，防止CF脚产生一个浮动到低电平的值而引起复位。

3 当XCFXXP的PROM存有多重设计文件时，CF脚必须连接到FPGA的PROGRAM_B脚去保证重新安放那些被选中的设计文件(配置有效)。

4 对于XCFXXS的PROM，CF脚只是个输出，如果没有由于的功能的话，可以不用连接FPGA。

在SPARTAN FPGA系列中，INIT_B脚使用内部下拉有典型的补偿，外部上拉电阻在INIT_B脚时，能产生一个不明确的信号给PROM的OE/RESET脚，鉴别一个错误的配置，CRC错误在INIT_B脚。

Xilinx7系列FPGA架构之器件配置（一）引言：本系列博文描述7系列FPGA配置的技术参考。

作为开篇，简要概述了7系列FPGA的配置方法和功能。

随后的博文将对每种配置方法和功能进行更详细的描述。

本文描述的配置方法和功能适用于所有7系列家族器件，只有少数例外。

1.概述Xilinx®7系列FPGA通过将特定于应用程序的配置数据（位流）加载到内存中进行配置。

7系列FPGA可以主动从外部非易失性存储设备加载，也可以通过外部智能源（如微处理器、DSP处理器、微控制器、PC或板测试仪）被动进行配置。

在任何情况下，都有两个通用配置数据路径。

第一个是串行数据路径，这种情况需要最少的硬件管脚连接。

第二个数据路径是8位、16位或32位数据路径，用于更高性能或访问（或链接）行业标准接口，非常适合外部数据源，如处理器或x8或x16并行闪存。

与处理器和处理器外围设备一样，Xilinx FPGA可以在线重新编程，编程次数无限制。

由于Xilinx FPGA配置数据存储在CMOS配置锁存器（CCL）中，因此必须在断电后对其进行重新配置。

每次通过专用配置引脚将比特流加载到FPGA器件中。

这些配置引脚可以用作多种不同配置模式的接口：•主动-串行配置模式•从（或被动）-串行配置模式•主动-并行（SelectMAP）配置模式（x8和x16）•主动-并行（SelectMAP）配置模式（x8，x16和x32）•JTAG边界扫描模式•主动-串行SPI Flas配置模式（x1，x2，x4）•主动-字节BPI Flash配置模式（x8，x16），使用并行NOR Flash这些配置模式通过输入管脚M[2:0]设置不同的电平进行模式选择。

M2，M1和M0应该连接至DC电压常量，可以直接接GND或者VCCO_0或者通过上拉或下拉电阻（≤1kΩ）连接至GND或者VCCO_0。

上述几种配置模式中主或者从是以配置时钟管脚CCLK的方向为参考的。

摘要FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。

它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

目前以硬件描述语言（Verilog 或VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA 上进行测试，是现代IC 设计验证的技术主流。

这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路（比如AND、OR、XOR、NOT）或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。

在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器（Flip－flop）或者其他更加完整的记忆块。

系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，一个出厂后的成品FPGA的逻辑块的连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。

本文设计的实验板目的就是验证所设计的电路的逻辑功能。

实验板以EP1C6Q240C8为主，配以存储器、数据配置、复位、实时时钟、I/O口分配、扩展接口、独立按键及LED、液晶显示、数码管显示、蜂鸣器和电源等功能电路。

而其中的独立按键及LED、液晶显示、数码管显示、蜂鸣器就是验证时的直接展现。

关键字：FPGA,硬件原理图，测验ABSTRACTFPGA（Field－Programmable Gate Array），It is based on the further development of the product of PAL、GAL、CPLD etc.. It is in the field of application-specific integrated circuit （ASIC）for a half customize the circuit, it solves the shortage, and custom circuit overcomes original programmable gate device limited number of faults. Now completed the above circuit design by the Hardware description language, can pass by the simple integrated and layout, rapid replication to test on FPGA, it is the mainstream of modern IC design verification. These can edit component can be used to achieve some basic logic gate(such as AND、OR、XOR、NOT ) or, more complex combination of some functions such as decoder or mathematical equations. In most of the FPGA, these can edit component also includes memory devices such as flip-flop or other more complete memory block. According to the system designer, through the FPGA links can edit the internal logic pieces together. One of the products of the factory, logical block of FPGA can be changed according to the designer, so the FPGA can complete the required logic functions.The purpose of this experimental plate is to verify that the logic function of circuit. The primary device is EP1C6Q240C8 on this experimental plate, use with the circuit of memory, Data configuration, reset, real-time clock, I/O port, expand interface, independent buttons and LED, LCD display, digital display, buzzers and power etc.. And that the independent buttons and LED, LCD display, digital display show directly of the checkoutKey Words: FPGA, Hardware diagram, quiz目录第1章绪论 (1)设计背景 (1)设计目的和意义 (2)论文的结构安排 (2)第2章 FPGA开发板原理图分析 (3)FPGA电路 (4)存储电路 (6)Flash存储器 (6)SRSM存储器 (7)SDRAM存储器 (8)配置电路 (9)复位电路 (11)时钟电路 (12)FPGA I/O口分配电路 (13)扩展接口电路 (13)外扩I/O口PACK2 (18)外设PACK接口电路 (18)FPGA扩展接口电路 (19)验证功能电路 (17)按键及LED电路 (17)蜂鸣器电路 (18)七段数码管显示电路 (18)液晶显示电路 (19)实时时钟电路 (19)电源电路 (24)系统电源电路 (24)FPGA电源电路 (25)第3章实验板的测验 (28)读取按键信号 (28)第4章结论 (27)参考文献 (28)致谢 (29)第1章绪论设计背景半导体技术一直遵循著名的摩尔定律持续地发展，回顾半导体的发展历史，当一种技术具有可编程特性时，它就会处于支配的地位。

fpga现代数字系统设计教程——基于xilinx可编程逻辑在当今的数字系统设计领域中，基于现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）技术的应用日益普遍。

Xilinx是其中一家领先的FPGA厂商，其可编程逻辑芯片被广泛应用于各个领域。

本教程旨在介绍FPGA现代数字系统设计的基本概念与技术，重点关注基于Xilinx可编程逻辑的实践应用。

一、引言FPGA是一种可重构的硬件平台，具有高度的灵活性与可定制性。

通过不同的配置，FPGA可以实现各种数字电路功能，比如逻辑运算、数字信号处理、嵌入式系统等等。

Xilinx提供了一套完整的开发工具与设计流程，使得FPGA的设计与实现更加高效与简便。

二、FPGA基础知识介绍1. FPGA的基本结构与工作原理在FPGA中，逻辑资源（如逻辑门、寄存器）通过可编程的内部连接资源相互连接，形成不同的数字电路。

FPGA采用按位编程的方式，通过配置存储器将逻辑连接进行设定，从而实现不同的功能实现。

2. Xilinx系列FPGA概述Xilinx公司生产的FPGA主要分为Artix、Kintex、Virtex等系列，每个系列有不同的性能与资源规模适用于不同的应用场景。

本节将介绍主要的Xilinx系列FPGA及其特点。

三、FPGA设计实践1. 集成开发环境（Integrated Development Environment，IDE）概述设计FPGA系统需要使用特定的软件工具，例如Xilinx提供的Vivado开发环境。

本节将介绍Vivado的基本功能与使用方法。

2. 基于Xilinx可编程逻辑的数字电路设计通过Vivado IDE，我们可以使用硬件描述语言（HDL）如VHDL或Verilog来描述数字电路。

本节将介绍如何使用HDL进行FPGA设计，包括逻辑门设计、时序控制、状态机设计等。

3. FPGA系统集成设计除了单个模块的设计，FPGA设计还需要进行系统级集成。

Xilinx F PGA引脚功能详细介绍注：技术交流用，希望对大家有所帮助。

IO_LXXY_# 用户10引脚XX代表某个Bank内唯一的一对引脚，Y=[PIN]代表对上升沿还是下降沿敏感，#代表bank 号2.IO_LXXY_ZZZ_#多功能引脚ZZZ代表在用户IO的基本上添加一个或多个以下功能。

Dn： I/O （在readback期间），在selectMAP或者BPI模式下,D[15:0]配置为数据口。

在从SelectMAP读反馈期间，如果RDWR_B=1,则这些引脚变成输出曰。

配置完成后，这些引脚又作为普通用户引脚。

D0_DIN_MISO_MISOl: I,在并口模式（SelectMAP/BPI）下,DO 是数据的最低位，在Bit-serial模式下，DIN是信号数据的输入；在SPI模式下，MISO是主输入或者从输出；在SPI*2或者SPI*4模式下，MISO1是SPI总线的第二位。

D1_M1SO2, D2_MISO3：I,在并口模式下,D1和D2是数据总线的低位；在SPI*4模式下,MISO2和MISO3是SPI总线的MSBsoAn： 0, A[25:0]为BPI模式的地址位。

配置完成后，变为用户I/O 口。

AWAKE： O,电源保存挂起模式的状态输出引脚。

SUSPEND是一个专用引脚，AWAKE 是一个多功能引脚。

除非SUSPEND模式被使能，AWAKE被用作用户I/O。

MOSI_CSI_B_MISOO： I/O,在SPI模式下，主输出或者从输入；在SelectMAP模式下, CSI_B 是一个低电平有效的片选信号；在SPI*2或者SPI*4的模式下，MISOO是SPI总线的第一位数据。

FCS_B： 0, BPI flash 的片选信号。

FOE_B： O, BPI flash的输出使能信号FWE_B： O, BPI flash的写使用信号LDC： O, BPI模式配置期间为低电平HDC： O, BPI模式配置期间为高电平CSO_B： O,在并口模式下，工具链片选信号。

FPGA开发全攻略——配置电路展开全文配置电路FPGA配置方式灵活多样，根据芯片是否能够自己主动加载配置数据分为主模式、从模式以及JTAG模式。

典型的主模式都是加载片外非易失( 断电不丢数据) 性存储器中的配置比特流，配置所需的时钟信号( 称为CCLK) 由FPGA内部产生，且FPGA控制整个配置过程。

从模式需要外部的主智能终端( 如处理器、微控制器或者DSP等) 将数据下载到FPGA中，其最大的优点就是FPGA 的配置数据可以放在系统的任何存储部位，包括：Flash、硬盘、网络，甚至在其余处理器的运行代码中。

JTAG 模式为调试模式，可将PC 中的比特文件流下载到FPGA中，断电即丢失。

此外，目前赛灵思还有基于Internet 的、成熟的可重构逻辑技术System ACE解决方案。

(1) 主模式在主模式下，FPGA上电后，自动将配置数据从相应的外存储器读入到SRAM中，实现内部结构映射；主模式根据比特流的位宽又可以分为：串行模式( 单比特流) 和并行模式( 字节宽度比特流) 两大类。

如：主串行模式、主SPI Flash 串行模式、内部主SPI Flash串行模式、主BPI 并行模式以及主并行模式，如图5-19所示。

(2) 从模式在从模式下，FPGA 作为从属器件，由相应的控制电路或微处理器提供配置所需的时序，实现配置数据的下载。

从模式也根据比特流的位宽不同分为串、并模式两类，具体包括：从串行模式、JTAG模式和从并行模式三大类，其概要说明如图5-20所示。

(3)JTAG模式在JTAG模式中，PC和FPGA通信的时钟为JTAG接口的TCLK，数据直接从TDI进入FPGA，完成相应功能的配置。

图5-19 常用主模式下载方式示意图图5-20 常用的从模式下载方式示意图目前，主流的FPGA芯片都支持各类常用的主、从配置模式以及JTAG，以减少配置电路失配性对整体系统的影响。

在主配置模式中，FPGA自己产生时钟，并从外部存储器中加载配置数据，其位宽可以为单比特或者字节；在从模式中，外部的处理器通过同步串行接口，按照比特或字节宽度将配置数据送入FPGA芯片。

FPGA硬件电路设计及FPGA平台介绍FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，通过在硬件电路中配置逻辑元件和互连资源来实现特定功能。

相比于专用集成电路（ASIC），FPGA具有灵活性、可重构性和可编程性的优势，适用于需要频繁修改或定制的应用场景。

1.需求分析：明确目标应用的功能和性能需求，包括输入输出接口、处理算法和时序要求等。

2.架构设计：根据需求分析，设计FPGA电路的系统级架构，确定各个模块之间的功能关系和数据流。

3.模块设计：将系统级架构划分为若干个功能模块，对每个模块进行详细设计，包括模块功能、接口定义和内部逻辑电路的设计。

4.时序设计：对FPGA电路进行时序约束和分析，保证各个模块之间的时序关系和时序容限满足系统要求。

5. 逻辑综合：将设计的RTL（Register Transfer Level，寄存器传输级）描述转化为门级电路网表，在逻辑综合阶段可以对电路进行优化。

6.物理布局：将逻辑电路的网表转化为物理布局，在硬件电路中确定各个逻辑元件和互连线的具体位置。

7.静态时序分析：通过静态时序分析工具对布局完成的电路进行时序验证，保证时序约束满足需求。

FPGA平台是指进行FPGA硬件电路设计的基础工具和开发平台。

常见的FPGA平台有Xilinx、Altera等厂商提供的开发工具和FPGA开发板。

以下是对两个常见的FPGA平台的介绍：1. Xilinx：Xilinx是一家全球领先的可编程逻辑器件和开发工具提供商。

Xilinx的FPGA产品系列包括Zynq、Spartan、Virtex等多个系列，分为低端、中端和高端，适用于不同的应用场景和性能需求。

对于FPGA硬件电路设计，Xilinx提供了Vivado开发套件，包括设计工具、仿真工具和调试工具等，方便用户进行设计、验证和调试。

2. Altera（Intel FPGA）：Altera是一家全球领先的可编程逻辑器件和高速通信解决方案提供商，2024年被英特尔收购并更名为Intel FPGA。

fpga配置芯片FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种灵活可编程的芯片，可以通过配置来实现不同的电路功能。

它拥有矩阵式的可编程逻辑单元（PLU）和可编程的连线资源（Interconnect）。

配置芯片是将特定的逻辑电路输出信号烧录到FPGA内部的存储器中，使其在运行时能够按照所需的功能来工作。

FPGA配置芯片的过程主要包括以下几个步骤：1. 设计和编写硬件描述语言（HDL）代码：首先，需要使用HDL语言（如Verilog、VHDL）来描述所需的逻辑电路功能。

HDL代码可以分为结构化编程和行为编程两种方式，具体编写的内容包括输入输出端口的定义、逻辑门的连接等。

2. 仿真和验证设计：在进行配置芯片之前，需要使用仿真工具对HDL代码进行验证，确保设计的正确性。

通过仿真可以检查逻辑电路是否按照预期工作，并可以进行调试和优化。

3. 合成：合成是将HDL代码转换为实际的逻辑电路的过程。

合成工具将HDL代码进行优化和转换，生成一个包含逻辑门和连线的网络表示。

4. 实现：在实现过程中，将逻辑网进行布局和布线，将逻辑门放置在FPGA芯片的逻辑单元中，并将它们之间的连线连接起来。

布局是指确定逻辑门在FPGA芯片上的位置，布线是指将逻辑门之间的连接线路连接起来，确保信号能够正确传输。

5. 生成比特流文件：配置芯片的最后一步是将实现的电路转化为比特流文件。

这些文件包含了逻辑门和连线的配置信息，以及其他必要的控制信号等。

6. 下载比特流文件：最后，在配置芯片的时候，需要将比特流文件下载到FPGA芯片的内存中。

下载可以通过专用的下载线缆或者其他接口来进行。

FPGA配置芯片的优点是它的可编程性和灵活性。

通过重新配置FPGA芯片，可以实现不同的电路功能，极大地提高了开发和测试的效率。

同时，FPGA配置芯片还可以减少硬件设计的成本和时间，并且能够快速响应市场需求的变化。

总的来说，FPGA配置芯片是将特定的逻辑电路功能烧录到FPGA芯片中的过程，它通过硬件描述语言的编写和优化、仿真和验证设计、合成、实现、生成比特流文件和下载等步骤来完成。

xilinx 7系列fpga ddr3硬件设计规则本文档旨在为使用Xilinx 7系列FPGA的设计师提供DDR3硬件设计规则的指导，确保设计的性能和可靠性满足要求。

2.DDR3简介DDR3（Double Data Rate 3）是一种高性能、高带宽的内存接口标准。

Xilinx 7系列FPGA支持DDR3 SDRAM，它具有更高的数据传输速度和较低的功耗。

3.电源和地线设计在DDR3硬件设计中，正确的电源和地线设计是保证稳定、可靠操作的关键。

以下是一些必须考虑的要点：- 为DDR3提供稳定的电源供应，包括供电线路的降噪和绕线规则。

- 将VCCINT和VCCAUX分别与主要飞线供电器件的专用电源连接。

- 使用低噪声电源滤波器和电源剥离电感，以降低电源噪声。

4.时钟设计DDR3使用时钟信号来同步数据传输。

以下是一些关键的时钟设计注意事项：- 使用低噪声时钟源，并且确保时钟信号干净和稳定。

- 时钟信号的布线要尽量短，以降低时钟抖动和延迟。

- 时钟信号分配必须满足时钟频率要求和布线规则。

5.布线和信号完整性良好的布线和信号完整性是DDR3硬件设计中的关键要点。

以下是一些布线和信号完整性设计注意事项：- DDR3接口线长度必须匹配，以确保信号同步和正常传输。

- 使用差分布线技术来减少噪声和串扰。

- 保持信号线和差分对之间的间距足够大，以降低串扰和干扰。

- 使用终端电阻来匹配DDR3总线阻抗，并提高信号完整性。

- 严格遵守DDR3布线规则，如保持信号线的最小长度、最大长度等。

6.时序约束为确保DDR3的正确操作，必须正确设置时序约束。

以下是几个重要的时序约束要点：- 根据DDR3存储器的数据手册和Xilinx 7系列FPGA的时序规格表，确定正确的时序约束。

- 确保时钟和时钟相关信号的约束满足要求，以保证数据传输的准确性。

- 将时序约束尽可能地贴近实际硬件设计，并进行时序分析和优化。

7.布局和引脚分配良好的布局和引脚分配是确保DDR3性能和可靠性的关键。

fpga 常用外围电路FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，具有可编程的逻辑、电路和存储单元，可以被重新配置以实现各种不同的电路功能。

FPGA 广泛应用于各种电子设备中，包括通信设备、嵌入式系统、工业控制、图像处理等领域。

在实际应用中，FPGA通常需要与其他外围电路搭配使用，以满足应用需求。

下面将介绍FPGA常用的外围电路。

1. 时钟电路：FPGA通常需要一个稳定的时钟信号来同步内部逻辑电路的操作。

时钟电路由晶振和锁相环（PLL）组成，晶振产生基准信号，PLL将信号倍频、分频和延迟，以生成多个时钟信号，满足不同模块的时序要求。

2. 存储器：FPGA通常需要存储数据、配置信息或程序代码。

常见的存储器包括SRAM（静态随机存取存储器）和DRAM（动态随机存取存储器）。

SRAM适用于需要高速读写和频繁更新的应用，而DRAM适用于需要大容量存储的应用。

3. 数据接口电路：FPGA需要与其他设备进行数据交换，因此需要相应的接口电路。

常见的接口包括UART（通用异步收发器）、SPI（串行外设接口）、I2C（串行总线接口）和Ethernet（以太网接口）。

这些接口电路可以扩展FPGA的通信和连接能力。

4. 电源电路：FPGA需要适当的电源供应以保证正常运行。

电源电路包括DC-DC 转换器、稳压器和滤波电路等，用于提供稳定的工作电压和电流，并滤除噪声和干扰。

5. 时序电路：FPGA内部的逻辑设计通常需要满足特定的时序要求。

时序电路包括锁存器、触发器和时钟分频电路，用于控制信号的时序生成和同步。

6. 输入输出电路：FPGA需要与周围设备进行输入输出，因此需要相应的输入输出电路。

常见的输入输出电路包括缓冲器、电平转换器、电流驱动器和阻抗匹配电路。

这些电路可以提供适当的电平和电流来满足不同设备之间的接口要求。

7. 电源管理电路：为了提高FPGA的能效和功耗管理能力，通常需要电源管理电路。

Xilinx FPGA 内部结构深入分析作者：fpga001。

论坛：芯片动力（SocVista）。

网页地址：/bbs/viewthread.php?tid=3443&extra=page%3D2&page=7发表时间：2009.12IOB的结构请大家看到手册的第1页，这是IOB的review部分。

IO block 是高手的领地，一般接触FPGA第一年都不会太关心到这个部分。

注意看，IOB有三个数据通道：输入、输出、三态控制。

每个通道都有一对存储器件，他们可以当做寄存器或者锁存起来使用，视乎你的设置。

输入通道有可编程的延迟模块，可以确保hold time为零。

（这是在什么场合使用？请达人补充！）另外可以看到输入输出通道都有完备的DDR支持，这个在后面可以看到。

所有图都请参考PDF原文，这里就不再粘贴了。

可编程输入延迟看到手册第3页，这个像两根鱼骨似的构造就是输入延迟了。

输入延迟一共16节，每节250ps，所以总共的延迟在0~4ns之间。

这个鱼骨的构造非常巧妙，前面8节直接级联，只有一个输出。

这样8节以内的调整就跳过这根长鱼骨；而超过8节的调整就直接利用第一根鱼骨，然后在后面的8节中进行微调。

调整的输出分别供给IOB中的异步和同步单元，异步就是直接穿过IOB，同步则是经由存储单元流出IOB。

异步单元精度较高，可以单节调整，所以精度为250ps；同步单元精度稍低，两个节为单位调整，所以精度只有500ps。

上述内容看图便知可编程输入延迟的设置输入延迟的设置只能在Image配置的时候建立，在设备工作期间无法改变。

我想有两种方法可以改变输入延迟的设置：1. 通过延迟原语在代码中设置；2. 通过FPGA editor在P&R完成后在ngc文件中修改。

存储单元存储单元可以配置为D触发器，就是我们常说的FF，Xilinx称之为FD；也可以配置为锁存器，Xilinx称之为LD。

输出和三态通路各有一对寄存器外加一个MUX。