原创 【博客大赛】小梅哥FPGA学习笔记之Altera FPGA使用JIC文件配置固化教程

    很多做过单片机的朋友都知道，我们在对MCU烧写完程序固件后，那么该程序固件就存储在了该MCU内部。即使MCU断电了再重新上电，程序也能继续运行。这是因为对MCU烧写固件的实质就是将程序固件写入到MCU的片上程序存储器ROM中，而现代的大部分MCU这个ROM都是FLASH存储器。FLASH存储器能够掉电保持数据，所以可以实现掉电程序不丢失。Altera或Xilinx的FPGA芯片，使用的是基于SRAM结构的查找表，而SRAM的一大特性就是掉电数据会丢失，当我们使用JTAG将SRAM配置文件（.sof）配置到FPGA芯片中后，这些数据是直接存储在SRAM结构的查找表中的，因此，一旦芯片掉电，则SRAM中的数据将丢失，再次上电后，SRAM中将不再有有效的数据。这也就是我们常见的，使用JTAG下载SOF固件到FPGA中后，板子重新上电，则之前下载的固件又不在了的原因。当我们的系统做稳定后并量产时，当然希望能够永久保持电路固件，即让FPGA上电后其查找表中就被写入有效的数据。但是我们又不能总是每次系统上电了就用JTAG去下载一次程序固件。因此，FPGA支持另外一种配置方式：主动串行配置。

   所谓主动串行配置，就是在FPGA芯片外部放置一片能够掉电数据不丢失的存储器，例如最常见的EPCS、QFLASH、并口FLASH，来存储设计好的电路固件。而FPGA芯片内部，则设计了一个专用的硬件电路，在芯片刚上电的时刻就主动去读取存储在该存储器中的固件，并配置到FPGA芯片的每一个SRAM中去。通过这样一种方式，即可在不改变FPGA芯片SRAM工艺的查找表结构前提下，让每次芯片上电后，都能获得有效的配置数据。外部存储电路配置信息的芯片，我们称之为配置芯片。前些年，Altera的FPGA芯片指明只能使用其公司自己发售的EPCS芯片作为外部配置器件，该EPCS芯片实质就是一个SPI接口的串行FLASH芯片，不过是经过了Altera的严格测试，性能优异。而近些年，随着芯片生产工艺的不断发展，很多其他厂家生产的SPI接口的FLASH芯片也能够达到EPCS的技术标准，因此Altera就放开了该限制，并指出可以使用其他芯片厂家生产的SPI接口的FLASH芯片代替EPCS。我们芯航线starter board上就使用了一片ST公司生产的16Mbit的串行FLASH芯片M25P16来作为配置芯片。该芯片性能优异，完全能够达到EPCS的性能标准，而成本则只有相同容量的EPCS芯片的一半不到。

   当我们需要将设计好的配置固件固化到该器件中时，有两种方式，第一种方式，也就是传统的方式是使用专用AS接口（与JTAG 10针接口独立）来直接烧写该配置芯片，该种方式需要在电路板上设置一个独立的AS接口，占用PCB板面积。第二种方式，也是现在流行的方式则是通过JTAG接口，经由FPGA芯片间接烧写该配置芯片。我们的开发板没有做独立的AS接口，因此只支持第二种烧写方式。以下对该种烧写方式以一个实际例子来进行讲解说明。

四、在input files to convert一栏中，点击Flash Loader一项，在右侧点击Add Device选项，如下图所示：（温馨提示：点击图片可查看高清大图）

五、点击Add Device选项后在弹出的选项卡中，选择EP4CE10，然后点击OK，如下图所示：（温馨提示：点击图片可查看高清大图）

六、点击OK后会回到先前的配置页面，此时再次鼠标点击SOF Data，再点击右侧的Add File，如下图所示：（温馨提示：点击图片可查看高清大图）

七、在弹出的窗口中，在output files文件夹下找到“key_filter.sof”文件，点击open，即可添加进来，如下图所示：（温馨提示：点击图片可查看高清大图）

八、点击open后，回到配置页面，点击Generate按钮，如下图所示：（温馨提示：点击图片可查看高清大图）

九、点击Generate按钮后，则软件开始转换文件，转换成功后弹出成功提示窗口，如下图所示：（温馨提示：点击图片可查看高清大图）

十、点击OK即可，然后close窗口。

十一、打开Quartus II中的下载工具programmer，将原有的sof文件移出，重新添加key_filter.jic文件进来，勾选programming/configuration，如下图所示：（温馨提示：点击图片可查看高清大图）

十二、设置完成后，点击Start（前提是下载器与开发板已经正确连接），则软件开始烧录固件，整个烧录时间大约花费20秒钟左右。烧录完成后，此时固件已经保存在了配置芯片中，但是此刻FPGA还不能运行该固件，因为当前的固件是存在配置芯片中的，并没有被配置到FPGA中，因此需要让FPGA执行一次从配置芯片中主动配置固件的过程，方法很简单，给开发板断电后重新上电即可。此时，我们按下按键0或者按键1，就可以看到LED的状态发生变化了。断电再上电，固件依旧保持，整个设计固化工作完成。

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小梅哥

芯航线电子工作室