Quartus II中FPGA管脚的分配策略
更新时间:2023-03-16 19:31:01 阅读量: 教育文库 文档下载
Quartus II中FPGA管脚分配策略
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二〇一 年 月 日
目 录
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目 录 ..........................................................................................I QUARTUS II中FPGA管脚分配策略 .........................................1 1. FPGA管脚介绍 ...................................................................1
1.1. 1.2. 1.3. 1.4.
电源管脚 ................................................................................................................................... 1 配置管脚 ................................................................................................................................... 2 普通I/O管脚 ............................................................................................................................ 2 时钟管脚 ................................................................................................................................... 2
2. FPGA管脚分配方法 ............................................................3
2.1. 2.2. 2.3. 2.4.
PIN PLANNER方式 ..................................................................................................................... 3 IMPORT ASSIGNMENTS方式 ........................................................................................................ 3 TCL SCRIPTS方式 ...................................................................................................................... 6 项目组统一使用方式 ................................................................................................................. 8
3. 编写FPGA管脚分配文件 ....................................................9
3.1. 3.2.
查看PDF格式的原理图 ............................................................................................................ 9 查看PRJPCB格式的原理图 ................................................................................................... 10
4. 保存FPGA管脚分配文件 .................................................. 11
4.1. 4.2. 4.3.
TCL格式或CSV格式 ............................................................................................................... 11 QSF格式 ................................................................................................................................. 11 项目组统一使用格式 ................................................................................................................ 11
附录 管脚类型说明 ...................................................................12
I
Quartus II中FPGA管脚分配策略
Quartus II中FPGA管脚分配策略
1. FPGA管脚介绍
FPGA的管脚从使用对象来说可分为两大类:专用管脚和用户自定义管脚。一般情况下,专用管脚大概占FPGA管脚数的20% ~ 30%,剩下的70% ~ 80%为用户自定义管脚。从功能上来说可分为电源管脚、配置管脚、时钟管脚、普通I/O管脚等。
下面以Altera公司的Cyclone IV E系列芯片EP4CE30F23C8为例,如图1所示,芯片总共包含484个芯片管脚。图中不同颜色的区域代表不同的Bank,整个芯片主要分为8个Bank,FPGA的各个管脚分布在不同的Bank中。
其中,三角形标记的管脚为电源管脚,正三角表示VCC,倒三角表示GND,三角内部的O表示I/O管脚电源,I表示内核电源。
圆形标记的管脚为普通用户I/O管脚,可以由用户随意使用。 正方形标记且内部有时钟沿符号的管脚为全局时钟管脚。 五边形标记的管脚为配置管脚。
图1 Wire Bond
1.1. 电源管脚
FPGA通常需要两个电压才能运行,一个是内核电压,另一个是I/O电压。每个电压通过独立的电源管脚来提供。内核电压是用来给FPGA内部的逻辑门和触发器供电。随着FPGA的发展,内核电压从5V、3.3V、2.5V、1.8V到1.5V ,变得越来越低。I/O电压用来给各个Bank供电,每个Bank都有独立的I/O电压输入。一般情况下,内核电压会比I/O电压低。
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图1中的VCCINT是内核电压管脚,VCCIO是I/O电压管脚。
1.2. 配置管脚
每个FPGA都需要配置管脚,以支持多种配置方式,例如JTAG、从串、从并、主串、主并等。对于配置管脚的控制信号来说,是专用管脚,不能作为普通的I/O管脚。而其数据信号可以作为普通的I/O管脚使用。
图1中的MSEL为配置模式选择信号,即选择AS模式、PS模式或FAST AS模式。MSEL[1:0]为00表示用AS模式,10表示用PS模式,01表示用FAST AS模式。如果用JTAG模式,MSEL[1:0]置00,JTAG模式和MSEL无关,即用JTAG模式时,MSEL会被忽略,但是因为MSEL不能浮空,所以置00。
图1中的TMS、TCK、TDI和TDO为JTAG接口的4根线,分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。常用的为AS模式和JTAG模式。
1.3. 普通I/O管脚
FPGA的I/O管脚是FPGA上较为丰富的资源,也是做管脚约束时最常用的资源。对于FPGA的普通I/O管脚,可以设定电平类型(TTL、LVTTL、LVCOMS、ECL等)、驱动电流、摆率等参数。
1.4. 时钟管脚
FPGA内部的时钟都需要通过专用时钟管脚连接内部PLL或者DCM等专用时钟处理单元,从而接入内部高速时钟网络。
对于一些外部同步信号的输入,如果时钟只用于采样当前的同步信号,其时钟可以不用连接到专用时钟管脚上,即不用接入全局时钟网络,但需要约束其管脚不使用全局时钟资源。否者,EDA工具会报错,提示其作为时钟输入而没有接在专用时钟管脚上。
更多的管脚类型说明见附录。
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2. FPGA管脚分配方法
FPGA管脚分配常用的有3种方式,分别为Pin Planner方式、Import Assignments方式和Tcl scripts方式。
2.1. Pin Planner方式
步骤1:在Quartus II软件中,选择“Assignments ? Pin Planner”,或者按快捷键“Ctrl+Shirt+N”,出现如图2所示的画面。
通过下拉菜单可以选择需要的管脚在Location选择了管脚后I/O Bank自动填充Bank内部的细分区域,非修改属性用于支持对应不同的电平标准,即VCCIO。每个Bank只能有一种电压标准对管脚内部的I/O逻辑进行约束驱动电流强度电压转换速率,表示单位时间内电压升高的幅值
图2 Pin Planner
图2主要包含了7个选择项,分别为Location、I/O Bank、VREF Group、I/O Standard、Reserved、Current Strength和Slew Rate。Location里可以选择所需要的芯片管脚,管脚确定后I/O Bank中的Bank数会自动填充,VREF Group也会自动填充。I/O Standard是每个Bank对应的电压标准,一个Bank只能有一种电压标准,一般情况下选择默认值就好。Reserved是对管脚内部的I/O逻辑进行约束,有6个选择项供选择,例As SignalProbe output、As bidirectional等。Current Strength是驱动电流强度,一般选择默认值,如果需要驱动大功率的电路,一般在FPGA外围加驱动电路。Slew Rate是电压转换速率,跟信号跳变时间有关,一般选择默认值。
在管脚分配的过程中,我们主要关心Location这一选项,其他选项采用默认值就可。 步骤2:在Location中选择管脚。所有管脚配置完成后关闭当前界面。
2.2. Import Assignments方式
步骤1:新建一个txt文件(或csv文件),按图3格式编写管脚分配内容。(编写格式有多种,
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