FPGA调试过程与特殊管脚

FPGA调试过程与特殊管脚之前调试一块FPGA板卡，上电后总是无法正常工作。

现象：nSTATUS指示灯不停的闪烁，测试用的LED（FPGA的GPIO）无法点亮，即FPGA没有进入正常工作状态。调试过程：1、FPGA在上电后，会立刻将nSTATUS配置状态管脚置成低电平，并在上电复位（POR）完成之后释放它，将它置为高电平。作为配置状态输出管脚，在配置过程中如果有任何一个错误发生了，则nSTATUS脚会被置低。nSTATUS不停的闪烁（低电平点亮），说明FPGA没有配置成功。2、为进一步确定原因，测量FPGA的CONF_DONE引脚。上电后，发现CONF_DONE引脚始终为低。正常情况下，在配置过程中该引脚会被置为低电平，一旦配置数据正确的接收完成，FPGA则进入初始化周期和用户模式，并将CONF_DONE释放，其变为高电平。因此，进一步确定了FPGA没有配置成功。3、测量FPGA相关配置引脚阻抗，发现CONF_DONE引脚对地阻抗为600欧左右，对VCC_3.3V阻抗为1.26k欧左右；正常时对地和对VCC_3.3V阻抗约为9.88k欧和10.85k欧。去掉上拉电阻（10k）后再次测量，对地和对3.3V阻抗为634欧和1.74k欧，正常应都为5.75M欧左右。4、因此，确定FPGA内部配置电路已损坏。哎，可惜了FPGA芯片啊。附：FPGA之特殊管脚1.I/O,ASDO在AS模式下是专用输出脚，在PS和JTAG模式下可以当I/O脚来用。在AS模式下，这个脚是CII向串行配置芯片发送控制信号的脚。也是用来从配置芯片中读配置数据的脚。在AS模式下,ASDO有一个内部的上拉电阻，一直有效，配置完成后，该脚就变成三态输入脚。ASDO脚直接接到配置芯片的ASDI脚（第5脚）。2.I/O,nCSO在AS模式下是专用输出脚，在PS和JTAG模式下可以当I/O脚来用.在AS模式下，这个脚是CII用来给外面的串行配置芯片发送的使能脚。在AS模式下,ASDO有一个内部的上拉电阻，一直有效。这个脚是低电平有效的。直接接到配置芯片的/CS脚（第1脚）。3.I/O,CRC_ERROR当错误检测CRC电路被选用时，这个脚就被作为CRC_ERROR脚，如果不用默认就用来做I/O。但要注意，这个脚是不支持漏极开路和反向的。当它作为CRC_ERROR时，高电平输出则表示出现了CRC校验错误（在配置SRAM各个比特时出现了错误）。CRC电路的支持可以在setting中加上。这个脚一般与nCONFIG脚配合起来用。即如果配置过程出错，重新配置.4.I/O,CLKUSR当在软件中打开EnableUser-supplledstart-upclock(CLKUSR)选项后，这个脚就只可以作为用户提供的初始化时钟输入脚。在所有配置数据都已经被接收后，CONF_DONE脚会变成高电平，CII器件还需要299个时钟周期来初始化寄存器，I/O等等状态，FPGA有两种方式，一种是用内部的晶振（10MHz），另一种就是从CLKUSR接进来的时钟（最大不能超过100MHz）。有这个功能，可以延缓FPGA开始工作的时间，可以在需要和其它器件进行同步的特殊应用中用到。5.I/O,VREF用来给某些差分标准提供一个参考电平。没有用到的话，可以当成I/O来用。6.DATA0专用输入脚。在AS模式下，配置的过程是：Cyclone将nCSO置低电平，配置芯片被使能。Cyclone然后通过DCLK和ASDO配合操作，发送操作的命令，以及读的地址给配置芯片。配置芯片然后通过DATA脚给Cyclone发送数据。DATA脚就接到Cyclone的DATA0脚上。Cyclone接收完所有的配置数据后，就会释放CONF_DONE脚（即不强制使CONF_DONE脚为低电平），CONF_DONE脚是漏极开路（Open-Drain）的。这时候，因为CONF_DONE在外部会接一个10K的电阻，所以它会变成高电平。同时，Cyclone就停止DCLK信号。在CONF_DONE变成高电平以后（这时它又相当于变成一个输入脚），初始化的过程就开始了。所以，CONF_DONE这个脚外面一定要接一个10K的电阻，以保证初始化过程可以正确开始。DATA0,DCLK,NCSO,ASDO脚上都有微弱的上拉电阻，且一直有效。在配置完成后，这些脚都会变成输入三态，并被内部微弱的上拉电阻将电平置为高电平。在AS模式下，DATA0就接到配置芯片的DATA(第2脚）。7.DCLKPS模式下是输入，AS模式下是输出。在PS模式下，DCLK是一个时钟输入脚，是外部器件将配置数据传送给FPGA的时钟。数据是在DCLK的上升沿把数据，在AS模式下，DCLK脚是一个时钟输出脚，就是提供一个配置时钟。直接接到配置芯片的DCLK脚上去（第6脚）。无论是哪种配置模式，配置完成后，这个脚都会变成三态。如果外接的是配置器件，配置器件会置DCLK脚为低电平。如果使用的是主控芯片，可以将DCLK置高也可以将DCLK置低。配置完成后，触发这个脚并不会影响已配置完的FPGA。这个脚带了输入Buffer，支持施密特触发器的磁滞功能。8.nCE专用输入脚。这个脚是一个低电平有效的片选使能信号。nCE脚是配置使能脚。在配置，初始化以及用户模式下，nCE脚必须置低。在多个器件的配置过程中，第一个器件的nCE脚要置低，它的nCEO要连接到下一个器件的nCE脚上，形成了一个链。nCE脚在用JTAG编程模式下也需要将nCE脚置低。这个脚带了输入Buffer，支持施密特触发器的磁滞功能。9.nCONFIG专用的输入管脚。这个管脚是一个配置控制输入脚。如果这个脚在用户模式下被置低，FPGA就会丢失掉它的配置数据，并进入一个复位状态，并将所有的I/O脚置成三态的。nCONFIG从低电平跳变到高电平的过程会初始化重配置的过程。如果配置方案采用增强型的配置器件或EPC2,用户可以将nCONFIG脚直接接到VCC或到配置芯片的nINIT_CONF脚上去。这个脚带了输入Buffer，支持施密特触发器的磁滞功能。实际上，在用户模式下，nCONFIG信号就是用来初始化重配置的。当nCONFIG脚被置低后，初始化进程就开始了。当nCONFIG脚被置低后，CII就被复位了，并进入了复位状态，nSTATUS和CONF_DONE脚被置低，所有的I/O脚进入三态。nCONFIG信号必须至少保持2us。当nCONFIG又回到高电平状态后，nSTATUS又被释放。重配置就开始了。在实际应用过程中可以将nCONFIG脚接一个10K的上拉电阻到3.3V.10.DEV_OEI/O脚或全局I/O使能脚。在QuartusII软件中可以使能DEV_OE选项（EnableDevice-wideoutputEnable)，如果使能了这一个功能，这个脚可以当全局I/O使能脚，这个脚的功能是，如果它被置低，所有的I/O都进入三态。11.INIT_DONEI/O脚或漏极开路的输出脚。当这个脚被使能后，该脚上从低到高的跳变指示FPGA已经进入了用户模式。如果INIT_DONE输出脚被使能，在配置完成以后，这个脚就不能被用做用户I/O了。在QuartusII里面可以通过使能EnableINIT_DONE输出选项使能这个脚。12.nCEOI/O脚或输出脚。当配置完成后，这个脚会输出低电平。在多个器件的配置过程中，这个脚会连接到下一个器件的nCE脚，这个时候，它还需要在外面接一个10K的上拉电阻到Vccio。多个器件的配置过程中，最后一个器件的nCEO可以浮空。如果想把这个脚当成可用的I/O，需要在软件里面做一下设置。另外，就算是做I/O，也要等配置完成以后。13.nSTATUS这是一个专用的配置状态脚。双向脚，当它是输出脚时，是漏极开路的。在上电之后，FPGA立刻将nSTATUS脚置成低电平，并在上电复位（POR）完成之后，释放它，将它置为高电平。作为状态输出脚时，在配置过程中如果有任何一个错误发生了，nSTATUS脚会被置低。作为状态输入脚时，在配置或初始化过程中，外部控制芯片可以将这个脚拉低，这时候FPGA就会进入错误状态。这个脚不能用作普通I/O脚。nSTATUS脚必须上拉一个10K欧的电阻。14.CONF_DONE这是一个专用的配置状态脚。双向脚，当它是输出脚时，是漏极开路的。当作为状态输出脚时，在配置之前和过程中，它都被置为低电平。一旦配置数据接收完成，并且没有任何错误，初始化周期一开始，CONF_DONE就会被释放。当作为状态输入脚时，在所有数据都被接收后，要将它置为高电平。之后器件就开始初始化再进入用户模式。它不可以用作普通I/O来用。这个脚外成也必须接一个10K欧的电阻。15.MSEL[1:0]这些脚要接到零或电源，表示高电平或低电平。00表示用AS模式，10表示PS模式，01是FASTAS模式.如果用JTAG模式，就