文章目錄

• 一、SoC FPGA 啟動配置方式介紹
• 二、USB Blaster 驅動安裝
• 三、sof 文件生成與燒寫
• 四、jic 文件生成與燒寫

一、SoC FPGA 啟動配置方式介紹

Cyclone V 的 FPGA 側是基于 SRAM 的結構的， 而 SRAM 中的數據掉電就會丟失，因此系統上電后，必須要由配置電路將正確的配置數據加載到 SRAM 中，然后 FPGA 才能夠正常的運行。

Intel Cyclone V SoC FPGA 支持在上電時根據啟動設置引腳的電平狀態選擇從 EPCS（一種配置器件） 或者 HPS（硬件處理器系統） 中啟動。一般的硬件板卡在設計時，都使用撥碼開關來設置啟動設置引腳的電平。具體是通過 EPCS 還是 HPS 啟動，由一個 6 位撥碼開關通過設置不同的值來決定。 下圖所示為 AC501-SoC 開發板上的啟動設置撥碼開關。

Cyclone V SoC FPGA 有 5 位的啟動設置引腳用于啟動方式的設置，為MSEL0~MSEL4。這四個引腳的不同狀態，會設定不同的啟動方式，詳細的啟動方式與 MSEL 腳狀態如下表所示。

配置方式MSEL4…0描述

AS（FPGA主動串行配置）	10010	FPGA從EPCS快速配置
AS（FPGA主動串行配置）	10011	FPGA從EPCS標準速度配置
FPPx32/Compression Enabled /Fast POR	01010	FPGA 從 HPS 軟件配置，在 應用程序中 讀取存儲在 SD 卡上的 rbf 文件，然后配置 FPGA
FPPx16/Compression Disable /Fast POR	00000	FPGA 從 HPS 軟件配置，在 U-Boot 階段 讀取存儲在 SD 卡上的 rbf 文件，然后配置 FPGA
JTAG方式	\	FPGA 的配置 bit 流文件直接被下載入Cyclone V SoC FPGA 中，下載之后 FPGA 就會按照該配置文件的信息運行。 但是一旦 FPGA 的供電被關閉了，配置信息也就丟失了

上表中，最常用的兩種數據配置方式如下：

• 1、使用 JTAG 編程： FPGA 的配置 bit 流文件直接被下載入Cyclone V SoC FPGA 中，下載之后 FPGA 就會按照該配置文件的信息運行。 但是一旦 FPGA 的供電被關閉了，配置信息也就丟失了。
• 2、使用 AS 方式： AS 方式全稱為主動串行配置（Active Serialconfiguration）， 此種方式下 FPGA 的配置 bit 流文件會被下載進串行配置器件（EPCS） 中， EPCS 是一種 SPI 接口的 Nor Flash 存儲器，即使掉電之后，數據依然存在不會丟失。當開發板下次上電時，如果 MSEL 撥碼開關設置了從 EPCS 中啟動，則 Cyclone V SoC FPGA 會自動從 EPCS 中加載配置數據。

一般的原廠或第三方合作廠商在設計硬件板卡時， 都直接在板卡上集成了對應的 USB Blaster II 下載調試電路，該電路實現了 USB 轉 JTGA 協議的功能，使用該電路就能實現 PC 通過 JTAG 協議和 SoC FPGA 芯片通信的功能。而在 AC501-SoC 開發板上， 并未設計板載的 USB Blaster II 下載調試電路， 但是提供了標準的 IDC3-10 的 USB Blaster 接口， 使用時可以使用獨立的 USB Blaster 設備， 通過該接口與 AC501-SoC 開發板上的 SoC FPGA 器件相連， 以支持 PC 使用 JTAG 協議連接 FPGA 和 HPS，并完成配置 bit 流的傳輸以及運行調試的功能。

和傳統的單芯片純 FPGA 方式不同， Cyclone V SoC FPGA 上的 JTAG 鏈同時連接了 FPGA 和 HPS。 因此在使用 JTAG 配置 FPGA 時過程也有一定的差別。 接下來以一個具體的例子分別講解配置 sof 到 FPGA 中和燒寫 jic 格式的配置文件到 EPCS 中的方法。

二、USB Blaster 驅動安裝

USBBlaster驅動是給FPGA下載程序時候用的，不安裝的話會無法下載程序到FPGA。需要注意的是，安裝USB Blaster之前，確保自己安裝好了Quartus軟件。

驅動安裝參考梅哥：http://www.corecourse.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=27738

注意，當USB Blaster 的USB一端連接上PC端后，理論上在設備管理器中就會更新出USB Blaster，無論下面哪種形式都可以：

如果并沒有出現上述兩種圖標，要么是線壞了（我的就是這種情況，多謝小慶幫忙解決！），要么就是USB Blaster壞了！

如果出現的是標黃的USB-Blaster，說明是驅動沒有安裝好，這時可以右擊USB-Blaster，選擇其中的“更新驅動程序”

然后選擇“瀏覽我的電腦以查找驅動程序（R）”

接著選擇quartus安裝目錄下的drivers所在目錄【注意一定是drivers所在目錄】，并勾選下面的“包括子文件夾（I）”后，點擊下一步，即可自自動安裝。

安裝完畢后，如下圖所示，單擊關閉即可。

而后再看設備管理器，會發現標黃的USB-Blaster會變成如下圖所示

至此USB-Blaster的驅動安裝完畢。

三、sof 文件生成與燒寫

在sof文件燒寫之前，還是有必要再回顧一下生成sof文件的方法，如下圖所示：

我們可以根據時間戳，判斷sof文件是否是最新生成的

接下來便是下載sof文件，在下載 sof 時，對 FPGA 的啟動方式設置無任何要求，任意一種狀態都可以，因為 JTAG 模式配置 FPGA 的優先等級最高， 不受啟動方式設置的影響。

打開一個 FPGA 工程，如本例以 FPGA 的 LED 測試工程“led”為例。（該工程位于：AC501-SoC開發板資料文件夾版\Demos\FPGA下，注意要將其拷貝到沒有中文的目錄下。）

在菜單欄中依次點擊 Tools > Programmer 或直接點擊 Programer 圖標以打開下載界面，如下圖所示。

打開之后，軟件可能會默認搜索到工程下的 led.sof 文件并添加進來了，如下圖所示。如果沒有添加也沒有關系， 因為添加的內容我們后面操作時也會手動將其刪除的。

需要我們關注的是其中的USB-Blaster[USB-0]一欄是否正常顯示，如果 Hardware Setup 一欄沒有自動找到 USB Blaster，則可能需要檢查以下兩個方面

• ①、USB Blaster 是否正常連接

• ②、USB Blaster 驅動是否裝好

  • 參考上面的 1.1 小節

• ③、正常連接并且驅動已經安裝好，但是沒有選中，選中方法如下：

單擊其中的，然后雙擊下圖中的USB-Blaster，雙擊完畢后該界面上方的 Currently selected hardware會顯示，最后Close。

close出來再看，會發現此時USB-Blaster[USB-0]便顯示出來了！

如果 USB Blaster 就緒了， 此刻我們直接點擊 Start 來下載添加的 sof 文件是會失敗的，這是因為 JTAG 鏈上連接了 FPGA 和 HPS 兩個設備，下載器不知道需要將文件下載到哪個設備中。首先點擊左側的 Auto Detect 按鈕，以使用 JTAG 鏈檢測其連接的設備型號。會提示同一個 JTAG ID 對應的多個設備， 根據我們使用的器件型號為 5CSEBA2， 因此選擇第一個然后 OK， 如下圖所示：

此時軟件會提示自動檢測到的設備和 Programer 中已經添加的設備不匹配，詢問是否更新，點擊 YES 更新即可， 如下圖所示。

更新完成后可以看到， Programer 窗口的下方展示了 JTAG 鏈上的設備關系， 如下圖所示。 主要是 TDI 這個信號線， 首先進入 SOCVHPS 中， 然后從SOCVHPS 的 TDO 端口流出，進入 FPGA（5CSEBA2） 的 TDI 端口，再從FPGA 的 TDO 端口流出，回到 JTAG 接口的 TDO 信號上。

選中 Device 一欄中的 5CSEBA2 項， 右鍵單擊，在彈出的對話框中選擇 Change File，然后找到該工程output_files目錄下的 led.sof 文件并添加，如下圖所示：

選擇后的顯示效果如下圖所示，同時此時led.cdf后面會顯示一個*，表示修改了未保存，可以通過ctrl+s進行保存！

點擊 sof 文件對應的 Program/Configure 復選框以選中（最后修改完畢后，別忘了保存led.cdf文件），然后點擊 Start 按鈕，就可以開始配置 sof 文件到 FPGA 中了，如下圖所示：

燒寫成功后，右上角會顯示Successful！

配置完成后， 可以看到開發板上的兩個 FPGA_LED 燈分別閃爍，其中 FPGA_LED0 的閃爍頻率是 FPGA_LED1的兩倍。

四、jic 文件生成與燒寫

通過以上方式，完成了 sof 文件下載到 FPGA 中的功能。但是此時下載的數據是保存在 FPGA 的 SRAM 中的，掉電之后數據就丟失了，為了能夠實現FPGA 上電自動配置的功能，可以將配置數據 bit 文件轉化為 jic 文件，燒寫到 EPCS 存儲器中，并設置 FPGA 從 EPCS 中啟動，這樣 FPGA 下次上電時就能夠自動從 EPCS 中加載配置數據了， 無需再用 JTAG 下載。

接下來講解 AC501-SoC 開發板上所用 Cyclone V SoC FPGA 器件的 jic 文件生成以及燒寫方式。

當需要燒寫 jic 文件到 epcs 中時，需要首先設置 FPGA 從 EPCS 中啟動，即設置 MSEL[4…0]為 10010 ，即 FPGA從EPCS快速配置。

同樣還是打開一個設計好的 FPGA 工程，如 led，然后在菜單欄中依次點擊 File > Convert Programming Files，如下圖所示。

在打開的窗口中， 選擇 Programming file type 為 JTAG Indirect ConfigurationFile（jic）、 Configuration device 為 EPCS16， 注意， 是 EPCS128， 不是EPCQ128， File name 設置一個有辨識度的名字，例如 led.jic，如下圖所示：

接著選中下方的 Flash Loader，然后點擊右側的 Add Device， 如下圖所示：

在彈出的對話框中選擇用戶使用的開發板上使用的 FPGA 器件。例如對于AC501-SoC，應該選擇 5CSEBA2。 而如果用戶使用的是 DE10-Nano-SoC 開發板，則應該選擇 5CSEBA6， 然后點擊 OK，如下圖所示：

選中 SOF Data 選項，然后點擊右側的 Add File，添加 led.sof 并確認，如下圖所示：

然后選擇output_files文件夾下的led.sof文件，并單擊Open。

添加好之后，點擊右下角的 Generate 按鈕， 就能生成 jic 文件了，如下圖所示：

在生成過程中，會彈出問你是否要覆蓋led.jic文件，選擇Yes即可！

生成完畢后，彈出如下圖所示提示框，點擊OK即可關閉，如下圖所示：

而后點擊叉號關閉Convert Programming File窗口，如下圖所示：

接著進行燒寫，依然是先通過 Auto Detect 檢測器件，然后選中 FPGA 器件右擊以Change File，只是添加 File 的時候，選擇剛剛 generate 好的 led.jic 文件。 勾選Program/Configure 選項，然后點擊 Start，就能夠完成燒寫到 EPCS 的功能了。如下圖所示：

燒寫完成后，給開發板重新上電， 可以看到開發板上的兩個 FPGA_LED 燈分別閃爍，其中 FPGA_LED0 的閃爍頻率是 FPGA_LED1的兩倍，并且斷電再上電后仍可以保持程序不丟失！

總結

以上是生活随笔為你收集整理的【SoC FPGA学习】十、SoC FPGA 开发板的 FPGA 配置数据下载和固化的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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