原创 【原创】ARM对FPGA进行FPP模式的远程配置

        最近的一个项目里有一项功能是，用ARM来配置FPGA，配置模式是FPP模式。这么做的目的是，ARM可以实现通过网络来实现FPGA配置文件的远程升级，从而实现FPGA的远程配置。

         参考FPGA的芯片手册中关于其FPP配置的描述，FPGA要想实现FPP配置，需要完成三步：

        第一步：硬件连接。硬件连接只要按照FPGA芯片手册中提供的参考电路连接即可，要注意手册中关于FPGA的模式选择的配置电路。

        第二步：配置文件的生成。测试的时候我们使用的配置文件时.rbf格式的，由Quartus II软件直接生成，也可由.sof转换得来。

        第三步：按照FPP配置时序来写入配置文件。FPGA芯片手册中给出了FPP配置的时序图，按照这个时序图来编写实现FPGA配置的程序(这里是ARM程序)。

        在完成第三步以后，FPGA并不能初始化成功，测量FPGA引出来的CONF_DONE引脚，也是一直为低(CONF_DONE为低，说明FPGA在配置阶段就没有成功)。起初怀疑是FPP配置的连接电路有问题，检查排除了这个可能。后猜测可能是发送的数据不对的原因，可能是ARM这边发送一个数据，但FPGA这边接收的确实错误的数据，因为这块电路板上，ARM部分的最高电压是1.8V，而FPGA这边的最高电压是3.3V。打算编写程序测试一下是否是由于传输过程中数据不能正常接收的，但是由于一些原因，最终没有测试。而是一直在测是不是ARM的配置程序有问题，问题没有找到原因。偶然一个测试发现，在ARM发送.rbf文件的数据给FPGA时，nSTATUS信号会被拉低，而不是正常写入数据是的拉高。猜测nSTATUS被拉低的原因是由于nCONFIG信号被置低了，用示波器测量在写入配置数据期间nCONFIG的变化情况，果然nCONFIG被置低，导致FPGA重新开始配置过程。为什么写入.rbf的配置数据时，nCONFIG会被置低呢？测试发现，当不写入任何数据时，只用ARM拉高nCONFIG信号，nCONFIG不会变低。我们把写入的数据换成足够多数量的0x55数据组成的数组，重新写入到FPGA中，nCONFIG信号不会被置低。由此推断nCONFIG被置低应该是写入.rbf配置文件导致的。写入.rbf文件的过程是这样的，在ARM中读取.rbf文件，把读出的数据放到一个buffer里，然后发送给FPGA。因此我们就直接把.rbf文件中的数据读出并打印出来，然后做成一个数组，重新写入FPGA，nCONFIG依然会被置低。由于之前测试过把这个数组里的数据换成0x55，nCONFIG不会被置低，因此应该不是.rbf文件的读取并写入到FPGA的过程引发的问题，而是.rbf文件本身的问题导致nCONFIG被置低的。重新在Quartus II里设置配置模式(Configure Scheme)，把AS模式更改为FPP模式，并且设置成配置文件不压缩的方式，重新编译生成.rbf文件。把更改后的.rbf文件写入到FPGA中，问题就解决了，FPGA也可以正常配置并正常进入到用户模式，自此，应用ARM对FPGA进行FPP配置就大功告成了。可是，问题虽然解决了，但是还有一些疑问没有消除，如果说只是.rbf文件的格式不对，那为什么只写入0x55时nCONFIG不被置低呢？还有为什么更改后的.rbf文件就可以实现FPGA的正常配置，而之前的.rbf不能实现FPGA的配置，而且会出现nCONFIG被置低的问题？猜测问题可能的原因是，没更改的.rbf文件由于生成的时候，在Quartus II中设置的配置模式是AS模式，因此在把这个.rbf文件数据写入的时候，FPGA被引导成AS模式，所以nCONFIG会被置低。写入更改后的.rbf文件到FPGA，在这个文件中FPGA的配置模式被设成了FPP模式，所以可以实现FPGA的正常配置。写入0x55，nCONFIG不被置低，有可能是因为0x55组成的数组中，并没有FPGA配置模式的引导数据，所以nCONFIG不会被FPGA置低，而是由ARM控制，被一直拉高。