本节目录
一、配置数据文件格式1、文件格式差异2、FPGA比特流内容3、位交换二、配置时序步骤1、步骤一：设备通电2、步骤二：清除配置内存3、步骤三：采样模式引脚4、步骤四：同步5、步骤五：检查设备ID6、步骤六：加载配置数据帧7、步骤七：冗余循环检查8、步骤八：启动
本节内容
一、配置数据文件格式
7系列的FPGA配置数据文件格式，有五种文件格式，BIT、RBT、BIN、MCS和HEX。对于FPGA开发工作者来说，使用最多的应该是四种格式的文件，BIT、BIN、MCS和HEX。其实，bit文件用于调试，通过JTAG进行在线烧录调试，BIN和MCS用于固化，生成存储于flash的固化文件。对于HEX,可能很多人没有用过，但是与软件打过交道的人，应该会使用过，比如跟软件约定文件格式，自定义配置通过网络、PCIe接口方式进行配置数据的更新，当然，有些应用场景直接使用BIN文件或者MCS文件也可以用于在线升级。
1、文件格式差异
这几种配置数据文件格式的差异在哪里？
从上表中可以看出来，bit文件包含头信息，头信息里面包含了vivado的开发平台以及日期等等，下图中左侧为bit文件，右侧为BIN文件，没有头信息。
2、FPGA比特流内容
7系列FPGA比特流包括三个部分：总线宽度自动检测、同步字和FPGA配置。总线宽度自动检测模式插入在每个比特流的开始。它用于并行配置模式，以自动检测配置总线宽度。因为它出现在Sync字之前，串行配置模式会忽略它。总线宽度自动检测对大多数用户来说是透明的，因为Xilinx工具生成的所有配置位流（BIT或RBT文件）都包括总线宽度自动探测模式。如果模式引脚设置为主串行、从串行、JTAG或SPI模式，配置逻辑将忽略这些模式。
这个功能仅了解即可，从项目应用中来说，通常采用主SPI模式，但是生成的配置文件中这些内容一直存在。下图为一个bit文件，图中阴影部分就与上述中的总线宽度模式以及同步字等一一对应，同步字之后才是FPGA设计功能的配置内容。
3、位交换
位交换是交换字节内的位。MCS PROM文件格式总是进行位交换，除非使用了SPI配置模式的PROMGen -spi选项或write_cfgmem -interface spi1|spi2|spi4选项。HEX文件格式可以进行位交换，也可以不进行位交换，这取决于用户的选项。比特流文件(BIT, RBT, BIN)从不进行位交换。HEX文件格式只包含配置数据。其他PROM文件格式包括不应该发送到FPGA的地址和校验和信息。地址和校验和信息被一些第三方设备编程人员使用，但没有被编程到PROM中。
需要注意的是：无论数据的方向如何，每个字节的MSB都将进入D0引脚:•在数据交换的版本中，进入D0的位是最右边的位•在非交换数据中，进入D0的位是最左边的位。
二、配置时序步骤
7系列FPGA的配置过程，通过三大设置过程，即8个小步骤来对模式引脚进行采样，从而确定配置模式，三大设置过程分别为：Setup、Bitstream Loading和Finish。
1、步骤一：设备通电
对于配置，7系列设备需要在VCCO_0, VCCAUX, VCCBRAM和VCCINT引脚上电。所有JTAG配置引脚都位于具有专用电压电源(VCCO_0)的单独专用组中。多功能引脚位于bank14和bank15。所有专用输入引脚工作在VCCO_0 LVCMOS电平。所有有源专用输出引脚在VCCO_0电压电平下工作，输出标准设置为LVCMOS, 12mA驱动，快速摆压率。对于所有使用多功能I/O的模式，必须将相关的VCCO_14或VCCO_15连接到合适的电压上，以匹配配置设备的I/O标准。引脚也是LVCMOS, 12mA驱动，配置时转换速度快。对于上电，VCCINT电源引脚必须提供1.0V或0.9V(对于-2L)源。在JTAG模式下配置7系列FPGA时，除了VCCO_0外，其他I/O电压电源都不需要上电。当选择使用多功能引脚(即Serial, Master BPI, SPI, SelectMAP)的配置模式时，还必须提供VCCO_14, VCCO_15或两者。
2、步骤二：清除配置内存
在设备上电、PROGRAM_B引脚脉冲为低之后、使用JTAG JPROGRAM指令或IPROG命令之后，或者在回退重试配置序列期间，配置内存都会被顺序清除。块RAM被重置到初始状态，触发器通过全局重置(GSR)的断言被重新初始化。在此期间，除了少数配置输出引脚外，通过使用全局三态(GTS)将I/ o置于高阻状态，并且如果PUDC_B低，将具有内部上拉。INIT_B在初始化时被内部驱动为低，在上电的情况下在TPOR(图5-4)后释放，在其他情况下为TPL。如果INIT_B引脚在外部保持低，设备在初始化过程中等待这个点，直到引脚被释放，并且满足TPOR或TPL延迟。
3、步骤三：采样模式引脚
当INIT_B引脚转换为高电平时，如果处于主模式，设备将对M[2:0]模式引脚进行采样并开始驱动CCLK。此时，设备开始在配置时钟的上升沿对配置数据输入引脚进行采样。对于BPI和SelectMAP模式，总线宽度最初为x8，状态寄存器反映了这一点。在总线宽度检测序列之后，状态寄存器被更新。仅在通过电源循环或PROGRAM_B的断言进行重新配置时，才再次对模式引脚进行采样。
4、步骤四：同步
对于BPI、Slave SelectMAP和Master SelectMAP模式，必须首先检测总线宽度（参见总线宽度自动检测）。总线宽度检测模式被从串行、主串行、SPI和JTAG模式忽略。然后，必须向配置逻辑发送一个特殊的32位同步字（0xAA9955566）。同步字提醒设备即将到来的配置数据，并将配置数据与内部配置逻辑对齐。
5、步骤五：检查设备ID
设备同步后，必须通过设备ID检查才能加载配置数据帧。这可以防止使用为不同设备格式化的比特流进行配置。如果在配置过程中发生ID错误，设备将尝试进行回退重新配置。
6、步骤六：加载配置数据帧
在加载同步字并检查设备ID之后，加载配置数据帧。
7、步骤七：冗余循环检查
7系列设备使用32位CRC校验。CRC校验被设计用于捕获传输配置比特流时的错误。当加载配置数据帧时，设备根据配置数据包计算循环冗余校验（CRC）值。在加载配置数据帧之后，配置比特流可以向设备发出校验CRC指令，随后是期望的CRC值。如果设备计算的CRC值与比特流中的预期CRC值不匹配，则设备将INIT_B拉低并中止配置。
8、步骤八：启动
在加载配置帧之后，比特流指示设备进入启动序列。启动顺序由8相（0–7相）顺序状态机控制。
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