FPGA加载时间的研究

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1^# 发表于 2015-06-15 06:36:12

Xilinx的FPGA加载时是需要时间的。在最初设计的时候，我们确实从来没研究过这个问题。因为每次上电后，加载的都很顺利，系统也能很快识别PCIE设备（顺便提一下，我们做的是带PCIE的网络设备），但在最近一次偶然事件中，发现了此问题的重要性。
当PROM的芯片驱动时钟频率较低时，其烧写FPGA的速度确实很慢。
在FPGA加载逻辑文件时，需考虑很多问题，如上电顺序，板卡的可靠性，和其他设备的互操作性。如果板卡上有PCIE控制器，需保证在系统识别PCIE之前，对FPGA的逻辑加载成功。不幸的是，很多设备一开始并没有考虑这个问题。
V6系列（本人用的，其他的类似）的FPGA在上电后配置加载的过程如下：
1 等待上电复位信号（power on reset），这里的上电指FPGA的各类电源，如VCCINT，VCCAUX，VCCO等；
2 等待初始化（INIT）完成信号，只有初始化完成后，才能接受从外部（PROM或JTAG或其他方式）发送来的bit流逻辑文件；
一般地，上述步骤1和步骤2总的时间不超过50ms
3 等待bit流完成信号DONE，此等待的时间为bit流进入FPGA完成烧录的时间，取决于以下几个要素：

bit流文件的大小
烧写时钟的频率
Flash芯片的传输类型（SPI、BPI、PFP）

下图为V6系列在ATX主板上的bit流加载时间

下图为V6系列在非ATX主板上的bit流加载时间

bit流的加载时间基本上是可以确定的。其和主板的要求是什么关系呢？
理想情况下可参考下面的公式：
FPGA Configuration Time ≤ T(PWRVLD) + T(PVPERL)
其中：
T(PWRVLD) ---- 指主板从上电开始到上电OK经过的时间，在ATX主板上，一般在100ms-500ms
T(PVPERL) ---- 指主板从上电OK到首次复位信号无效（高电平）的时间，最小值有100ms
所以上述公式可简化为：FPGA Configuration Time ≤ T(PWRVLD) + 100ms

考虑到实际情况，主板会有两次复位，而两次复位中间的时间是不影响FPGA所在板卡上的加载时间的，所以实际情况下的修正公式为：
FPGA Configuration Time ≤ T(PWRVLD)+ T(PERSTPERIOD) + 100 ms
其中：
T(PERSTPERIOD) ----- 指第1次复位无效（高电平）的时间+第2次复位前的复位时间（低电平）。
此时间可能和主板的设计有关，从网上查找的资料看有的描述是1ms，有的描述是至少100ms，甚至大于300ms。
具体的若想探讨主板的上电顺序及时间，可从网上找相关资料查询。
至少本篇文章可以对V6系列的bit流加载设计起到指导作用。

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