Quartus-II中FPGA管脚的分配策略

QuartusII中FPGA管脚分配策略QuartusII中FPGA管脚的分配策略编写：***校核：审核：二〇一年月日目录I目录目录..........................................................................................IQUARTUSII中FPGA管脚分配策略.........................................11.FPGA管脚介绍...................................................................11.1.电源管脚...................................................................................................................................11.2.配置管脚...................................................................................................................................21.3.普通I/O管脚............................................................................................................................21.4.时钟管脚...................................................................................................................................22.FPGA管脚分配方法............................................................32.1.PINPLANNER方式.....................................................................................................................32.2.IMPORTASSIGNMENTS方式........................................................................................................32.3.TCLSCRIPTS方式......................................................................................................................62.4.项目组统一使用方式.................................................................................................................83.编写FPGA管脚分配文件....................................................93.1.查看PDF格式的原理图............................................................................................................93.2.查看PRJPCB格式的原理图...................................................................................................104.保存FPGA管脚分配文件..................................................114.1.TCL格式或CSV格式...............................................................................................................114.2.QSF格式.................................................................................................................................114.3.项目组统一使用格式................................................................................................................11附录管脚类型说明...................................................................12QuartusII中FPGA管脚分配策略长园深瑞继保自动化有限公司第1页QuartusII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CycloneIVE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1WireBond1.1.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。QuartusII中FPGA管脚分配策略长园深瑞继保自动化有限公司第2页图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FASTAS模式。MSEL[1:0]为00表示用AS模式，10表示用PS模式，01表示用FASTAS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。QuartusII中FPGA管脚分配策略长园深瑞继保自动化有限公司第3页2.FPGA管脚分配方法FPGA管脚分配常用的有3种方式，分别为PinPlanner方式、ImportAssignments方式和Tclscripts方式。2.1.PinPlanner方式步骤1：在QuartusII软件中，选择“AssignmentsPinPlanner”，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/OBank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2PinPlanner图2主要包含了7个选择项，分别为Location、I/OBank、VREFGroup、I/OStandard、Reserved、CurrentStrength和SlewRate。Location里可以选择所需要的芯片管脚，管脚确定后I/OBank中的Bank数会自动填充，VREFGroup也会自动填充。I/OStandard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AsSignalProbeoutput、Asbidirectional等。CurrentStrength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。SlewRate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.ImportAssignments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，QuartusII中FPGA管脚分配策略长园深瑞继保自动化有限公司第4页但这种格式最简单。）【注】To和Location两个关键字中间有一个半角逗。图3管脚分配格式步骤2：在QuartusII软件中，选择“AssignmentsImportAssignments”，出现如图4所示的画面，导入xxx.txt或者xxx.csv文件。图4ImportAssginments导入后QuartusII软件的Message信息栏会弹出如图5所示的内容，显示ImportCompleted，表示文件没有语法错误。图5Message步骤3：在QuartusII软件中，选择“AssignmentsPinPlanner”，验证管脚是否分配正确。如图6所示。QuartusII中FPGA管脚分配策略长园深瑞继保自动化有限公司第5页图6验证管脚是否分配正确常见错误1：分配的管脚不属于FPGA芯片。如果分配的管脚不属于FPGA芯片，在PinPlanner中会出现如图7所示的错误提示，表示管脚PIN_GC21不属于该FPGA芯片，找不到对应的I/OBank和VREFGroup。图7管脚不属于FPGA若信号比较多，人工不能发现存在的错误，可