本篇主要討論Xilinx A7 FPGA的上電啟動(dòng)的時(shí)間分析··········加快從flash啟動(dòng)時(shí)間

在測(cè)試板卡時(shí)，發(fā)現(xiàn)FPGA板卡上電啟動(dòng)后，從flash讀取配置信息的時(shí)間大約需要5、6秒的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間個(gè)人感覺(jué)有點(diǎn)長(zhǎng)了。

FPGA型號(hào)：XC7A35T-FGG484-2

Flash型號(hào)：n25q128

那為什么是5、6秒呢？

下面我們分析一波：

FPGA板卡上電啟動(dòng)后，需要從flash讀取配置信息。

flash的接口為spi。

我們?cè)诶胿ivado設(shè)計(jì)時(shí)，一般默認(rèn)spi的模式為spix1，也就是一個(gè)時(shí)鐘一根數(shù)據(jù)線傳輸一個(gè)bit。

那么我們一共需要從flash中讀取出來(lái)多少bit呢？

從上述綜合結(jié)果來(lái)看，大概是2141x1024x8個(gè)bit（注：配置文件的大小之和選擇的芯片有關(guān)系，和設(shè)計(jì)的復(fù)雜度無(wú)關(guān)）。

那么從flash讀取的時(shí)鐘是多少頻率呢？

我們?cè)诶胿ivado設(shè)計(jì)時(shí)，一般默認(rèn)為3MHz（這個(gè)不一定呦，和芯片也有一定的關(guān)系）。

如何查看這個(gè)默認(rèn)時(shí)鐘呢？

筆者使用軟件為vivado 2019.2，（其他版本應(yīng)該類似吧-----）。

打開(kāi)下述的任何一個(gè)即可。

點(diǎn)擊tools，選擇edit device properties····

選擇Configuration···················

可以看到默認(rèn)的配置時(shí)鐘的數(shù)據(jù)。

那么我們可以大概算一算了，bit文件的大小為：2141x1024x8個(gè)bit，利用3MHz的時(shí)鐘讀取，需要5.84秒左右（實(shí)際啟動(dòng)的時(shí)間要比這個(gè)長(zhǎng)，需要包括上電延遲、模式檢測(cè)、讀取時(shí)間、配置等等，不過(guò)這個(gè)讀取時(shí)間占據(jù)了主要比例）。

如果想著加快這段時(shí)間的話，我們可以通過(guò)加快這個(gè)配置時(shí)鐘，來(lái)進(jìn)行縮短這段時(shí)間。

筆者嘗試將此時(shí)鐘設(shè)置為6MHz。

上述改為6MHz后，點(diǎn)擊ok。然后點(diǎn)擊保存。xdc文件中會(huì)多一句話：

通過(guò)這句話來(lái)看，這個(gè)數(shù)字就是我們配置的時(shí)鐘速率，后續(xù)設(shè)計(jì)時(shí)，如果需要更改此頻率，可以直接在xdc中加入這句話，然后修改數(shù)字即可。

重新編譯，生成配置文件，然后配置。

經(jīng)過(guò)測(cè)試，重新上電后，時(shí)間大概3秒鐘左右即可啟動(dòng)成功（時(shí)鐘速率快了一半，時(shí)間也差不多縮小了一半）。

那我們?cè)O(shè)置為多少呢？覺(jué)得肯定是越高越好哈。那能不能寫成100呢？

這個(gè)是不能的哈。我們來(lái)看看軟件里面的值：

只能夠設(shè)置為這個(gè)里面的值，不能自己隨便寫。

那么我們可以選擇最大的那個(gè)（66MHz）嗎？

答案是不一定能選擇，這個(gè)去確定flash是否支持66MHz的讀寫速率，以及FPGA和flash之間的PCB連接線是否能夠跑這個(gè)速率。

筆者的flash經(jīng)過(guò)查看手冊(cè)，可以看到讀取的最大速率為54MHz。

結(jié)合一下，可以選擇50MHz（可以嘗試一下，需要看PCB連接線是否支持這個(gè)速率）。

經(jīng)過(guò)測(cè)試，是可以使用的，啟動(dòng)的速度是可以的。

很多的“教程”中一般要求學(xué)習(xí)者，不論三七二一，先把這句話寫入到xdc中，用于加速配置。

這個(gè)是不對(duì)的，不要養(yǎng)成習(xí)慣（下述實(shí)例為網(wǎng)絡(luò)查詢，筆者沒(méi)有驗(yàn)證）。

當(dāng)選擇不同的芯片時(shí)，配置所支持的速率是不同的。

如果在xdc中依然寫入50MHz的配置速率，那么就會(huì)出現(xiàn)無(wú)法匹配，進(jìn)而使用默認(rèn)最低速率配置。

關(guān)于配置的速率，在此告一段落。

我們還可以通過(guò)配置spi的模式，來(lái)進(jìn)行加快速率。有很多的flash是支持spix1、spix2、spix4（可以同時(shí)用多根線傳輸數(shù)據(jù)）的，另外也需要看flash與FPGA之間硬件連接是否支持。

通過(guò)查看硬件的鏈接方式，選擇自己模式。在選擇spix4時(shí)，如果選擇的頻率過(guò)高，并且pcb鏈接沒(méi)有等長(zhǎng)（線長(zhǎng)差距較大時(shí)），可能會(huì)導(dǎo)致配置失敗，可以酌情降低配置速率。

配置模式選擇，然后點(diǎn)擊OK即可。

xdc中就會(huì)多出下面這句話：

筆者經(jīng)過(guò)測(cè)試，在筆者的板卡中，時(shí)間確實(shí)縮短了。

另外還有一種方式可以縮短這段時(shí)間，就是壓縮配置文件。方式可以參考：

Xilinx的A7 FPGA板卡上電啟動(dòng)后，從flash讀取配置信息的時(shí)間太長(zhǎng)····（一）