Xilinx FPGA上电和配置 - 教程

Xilinx FPGA上电和配置

• ZYNQ系列上电和配置
• • 引脚说明
  • 芯片启动流程（Power-On Sequence）
  • • 阶段1：电源上电与复位
    • 阶段2：PS（处理器系统）启动
    • 阶段3：PL（可编程逻辑）安装
    • 阶段4：系统运行
    • 为什么INIT_B和DONE拉高顺序很重要

ZYNQ系列上电和配置

引脚说明

1、INIT_B（初始化结束）

• 开漏输出引脚，外部通常通过电阻上拉至BANK0电压3.3V
• 低电平表示器件正在进行初始化
• 高电平表示初始化完成，可以开始配置

2、PROGRAM_B（安装启动）

• 输入引脚（有内部上拉），外部通常通过电阻上拉至BANK0电压3.3V
• 低电平有效，强制器件重新配置
• 上电时保持低电平会延迟调整过程

3、CFGBVS（配置电压选择）

• 输入引脚，外部不接电阻直接接3.3V或2.5V
• 决定配置接口的电压标准（3.3V或2.5V）
• 必须根据VCCO_MIO0电压正确设置

4、DONE（配备完毕）

• 开漏双向引脚，外部通过470欧电阻上拉至BANK0电压3.3V
• 配置结束后变高电平
• 也用于多器件配置的菊花链控制

5、PS_POR_B（处理体系上电复位）

• 输入引脚
• 处理系统（PS）的全局复位信号
• 低电平有效，复位整个PS

6、PS_SRST_B（处理系统软复位）

• 输入引脚
• PS的软复位信号
• 仅复位PS部分，不影响PL配置

芯片启动流程（Power-On Sequence）

阶段1：电源上电与复位

1、电源稳定：

• 所有电源轨（VCCPINT、VCCPAUX、VCC_PSDDR等）按Zynq时序要求上电。
• 外部复位芯片保持 PS_POR_B = 0 和 PS_SRST_B = 0。

2、复位释放：

• 电源稳定后，复位芯片拉高 PS_POR_B → 触发PS（处理器体系）启动。
• PS_SRST_B 随后释放（通常与PS_POR_B同步或稍晚）。

这时候PROGRAM_B（输入）一直高；INIT_B（开漏输出）外部拉高；DONE（开漏输出）外部拉高。

阶段2：PS（处理器系统）启动

3、BootROM执行：

• PS读取 MIO[5:0] 引脚状态决定启动模式（QSPI, SD, JTAG等）。
• 初始化DDR、时钟、PLL等关键外设。

4、FSBL加载：

• 从选定设备（如QSPI Flash）加载FSBL（First Stage Bootloader）。
• FSBL初始化PS端外设和PL配置逻辑。

这时候PROGRAM_B（输入）一直高；INIT_B（开漏输出）外部拉高；DONE（开漏输出）外部拉高。

阶段3：PL（可编程逻辑）配备

5、上电/复位后（配置开始前）

• INIT_B：为低电平。这表示PL配置逻辑正在进行清除内部配置内存和初始化，尚未准备好接收调整材料。
• DONE：为低电平。这表示PL配置远未完成。

开漏，因此需要外部上拉，实际上外部上拉会试图保持高电平，但PL在配置开始前会将其拉低），表示PL正在初始化，尚未准备好接收设置数据。就是上电后，PL部分开始进行安装准备。此时，INIT_B被PL内部拉低（但因为

6、PL初始化完成，准备就绪

• INIT_B：从低电平变为高电平。这是第一个关键信号，表明PL内部的配备引擎已经准备就绪，可以开始接收比特流信息了。
• DONE：保持低电平。

当PL初始化完成（例如，清理配置内存等）后，PL会释放INIT_B，由于外部上拉，INIT_B变为高电平。这表示PL已经准备好接收配置数据。

7、比特流加载与校验，部署数据开始通过PCAP（或其他接口）加载到PL中。

• INIT_B：保持高电平。在整个比特流借助PCAP、SPI等接口传输到PL的过程中，INIT_B 会一直保持高电平，除非发生严重错误（如CRC校验失败）才会被拉低。
• DONE：保持低电平。

8、部署成功搞定

• INIT_B：保持高电平。
• DONE：从低电平变为高电平。这是第二个关键信号，表示比特流已全部加载完毕，并且CRC校验成功，PL的启动序列（如设置IO、释放内部复位）也已经完成。此时，PL进入用户模式，开始正常工作。

因此，在正常的配置流程中：先，INIT_B从低变高（表示PL准备好接收配置数据）。随后，在设置信息加载并校验通过后，DONE从低变高。所以，INIT_B先拉高，然后DONE再拉高。INIT_B 的上升沿标志着“可以开始配置”，DONE 的上升沿标志着“配置已经结束”。

只是注意：假设配置过程中出现错误，INIT_B会被拉低（表示配置错误），之后PL会尝试重新配置（如果设置了重试机制）或者需要外部干预（例如重新触发PROGRAM_B）。

总结顺序为：

• 上电后，INIT_B为低，DONE为低。
• PL初始化完成，INIT_B被释放，由外部上拉拉高。
• 配置素材加载开始。
• 配备完成且校验借助，DONE被拉高。

阶段4：系统运行

9、用户代码执行：

• PS启动操作系统或裸机程序。
• PL进入用户定义的功能状态。

为什么INIT_B和DONE拉高顺序很重要

故障诊断：这是调试PL配置失败的最重要依据。

• INIT_B 永远不拉高：说明PL基本初始化失败。可能原因：电源不正常、PROGRAM_B 被意外拉低、时钟挑战、硬件故障。
• INIT_B 拉高后，DONE 永远不拉高：说明比特流加载过程出错。可能原因：比特流内容损坏、配置时钟不稳定、Flash读取错误、CRC校验失败。

通过平台设计：某些系统逻辑可能需要监控这些信号来协调PS和PL的启动顺序。例如，PS端的软件能够轮询或中断监听 DONE 引脚，确认PL已就绪后，再向PL发送指令。