<think>
我们正在讨论如何将Verilog
程序固化到
FPGA开发板。所谓
固化，是指将
程序写入
开发板上的非易失性存储器（如Flash），使得
FPGA开发板在掉电重新上电后，
程序仍然能够自动加载运行。这与通过JTAG下载到
FPGA的易失性存储器（如SRAM）不同，因为后者掉电后
程序会丢失。
根据引用[4]中提到Vivado配置
FPGA固化功能（掉电保存），以及引用[2]中关于Quartus
程序下载与
固化的教程，我们可以知道
固化流程大致分为两个步骤：
1.
生成用于
固化的非易失性存储器
文件（如
MCS、
BIN文件等）。
2. 将该
文件烧录到
开发板的Flash存储器中。
下面将针对Vivado和Quartus两个主流工具分别说明
固化步骤。
### Vivado
固化流程（以Xilinx
FPGA为例）
#### 步骤1：
生成比特流
文件 (.bit)
- 在Vivado中完成综合与实现后，
生成比特流
文件（.bit）。这是通过JTAG直接下载到
FPGA运行的临时
文件，掉电丢失。
- 确保在
生成比特流前已经添加了正确的约束
文件（XDC），包括引脚约束和时序约束。
#### 步骤2：
生成固化文件（
MCS或
BIN）
-
固化文件需要根据目标板上的Flash存储器类型
生成。常见的Flash类型有SPI Flash（如Winbond、Micron等）。
- 在Vivado中打开`Tools -> Generate Memory Configuration File`。
- 选择输出
文件类型：通常为
MCS格式（用于通用烧写器）或
BIN格式（二进制格式）。
- 设置Flash存储器参数：
- 接口类型（Interface）：根据
FPGA连接Flash的方式，通常是SPIx1/x2/x4等。
- 存储器型号（Part）：选择具体型号（如`n25q128-3.3v-spi-x1_x2_x4`）。
- 加载模式（Load Data）：从比特流
文件（.bit）加载配置数据。
- 指定输出路径和
文件名。
- 点击`OK`
生成MCS/
BIN文件。
#### 步骤3：烧录到Flash
- 连接
开发板：通过JTAG（如Xilinx Platform Cable）连接
FPGA开发板，并确保
开发板供电（有些烧录需要外部供电）。
- 在Vivado中打开硬件管理器（Open Hardware Manager），并连接目标设备（
FPGA）。
- 在硬件管理器中，右键单击
FPGA设备，选择`Add Configuration Memory Device`。
- 在弹出的对话框中，搜索并选择目标Flash型号（如`n25q128-3.3v-spi-x1_x2_x4`）。
- 确认后，Vivado会将该Flash设备添加到硬件树中。
- 然后，右键单击新添加的Flash设备，选择`Program Configuration Memory Device`。
- 在对话框中：
- 指定
生成的
MCS文件路径。
- 勾选`Verify`（可选，用于验证烧写正确性）。
- 点击`OK`开始烧录。
- 烧录完成后，需要断电重启
开发板（或者通过重新上电触发
FPGA从Flash加载配置）。
### Quartus
固化流程（以Intel/Altera
FPGA为例）
#### 步骤1：
生成编程
文件 (.sof)
- 在Quartus中编译完成后，会
生成SOF（SRAM Object File）
文件，用于直接下载到
FPGA。
#### 步骤2：
生成固化文件 (.jic)
- 在Quartus中，打开`File -> Convert Programming Files`。
- 设置输出
文件类型：选择`JTAG Indirect Configuration File (.jic)`。
- 配置名称：指定输出
文件路径和名称。
- 在`Configuration device`中选择目标Flash型号（如EPCS64）。
- 在`Flash Loader`部分添加目标
FPGA型号（如Cyclone IV E）。
- 在`Input files to convert`部分，点击`Add SOF File`，添加之前
生成的SOF
文件。
- 点击`Generate`
生成.jic
文件。
#### 步骤3：烧录到Flash
- 连接
开发板：通过USB Blaster连接JTAG接口。
- 打开Quartus Programmer（`Tools -> Programmer`）。
- 点击`Add File`，选择
生成的.jic
文件。
- 在编程器界面：
- 选择编程模式为`JTAG`。
- 勾选`Program/Configure`和`Verify`（可选）。
- 点击`Start`开始烧录。
- 烧录完成后，重新上电即可从Flash加载。
### 关键注意事项
1. **Flash型号匹配**：必须正确选择
开发板上的Flash型号，否则烧录会失败。可查阅
开发板手册。
2. **烧录接口**：有些
开发板需要将跳线帽切换至Flash烧录模式（如JTAG模式）。
3. **烧录速度**：如果烧录失败，尝试降低时钟频率（在烧录配置中调整）。
4. **配置
文件路径**：避免路径中包含中文或空格，以免工具识别失败。
引用[4]提供了一个数码管项目
固化操作的视频教程链接，可以参考具体操作过程[^4]。引用[2]虽然描述的是Quartus的操作，但原理类似[^2]。
§§相关问题§§
1. Vivado中如何解决
生成MCS文件时Flash型号不匹配的问题？
2. Quartus
生成.jic
文件时出现错误如何排查？
3. 如何验证
FPGA是否成功从Flash启动了配置？
</think>
### Verilog
程序固化到
FPGA开发板的方法
固化（烧录到非易失性存储器）是确保
FPGA开发板掉电后
程序不丢失的关键步骤。以下是详细操作流程（以Vivado和Quartus平台为例）：
#### 一、Vivado
固化流程（Xilinx
FPGA）
1. **
生成比特流
文件**：
```tcl
# 在Tcl控制台执行
launch_runs impl_1 -to_step write_bitstream
wait_on_run impl_1
```
成功后在`<project_dir>/<project_name>.runs/impl_1`
生成`.bit`
文件
2. **
生成固化文件**：
- 打开`Tools > Generate Memory Configuration File`
- 设置参数：
- 格式：`
MCS`或`
BIN`（推荐
MCS）
- 接口：`SPIx4`（适配常见Flash芯片）
- 存储器型号：选择
开发板Flash型号（如`n25q128-3.3v`）
- 加载数据：选择`.bit`
文件位置
- 点击`Generate`
生成`.
mcs`
文件
3. **烧录到Flash**：
```tcl
# 连接设备后执行
open_hw_manager
connect_hw_server
open_hw_target
create_hw_cfgmem -hw_device [lindex [get_hw_devices] 0] -mem_dev [get_cfgmem_parts {n25q128-3.3v-spi-x1_x2_x4}]
set_property PROGRAM.BLANK_CHECK 0 [ get_property PROGRAM.HW_CFGMEM [lindex [get_hw_devices] 0]]
set_property PROGRAM.ERASE 1 [ get_property PROGRAM.HW_CFGMEM [lindex [get_hw_devices] 0]]
program_hw_devices [lindex [get_hw_devices] 0]
```
烧录成功后需**断电重启**
开发板[^4]。
#### 二、Quartus
固化流程（Intel/Altera
FPGA）
1. **
生成编程
文件**：
- 编译工程后
生成`.sof`
文件（SRAM Object File）
2. **转换
文件格式**：
- 打开`File > Convert Programming Files`
- 设置：
- 输出类型：`JTAG Indirect Configuration File (.jic)`
- 配置器件：选择
开发板Flash型号（如EPCS64）
- 添加`.sof`
文件到输入
文件列表
- 点击`Generate`
生成`.jic`
文件
3. **烧录到Flash**：
- 打开`Tools > Programmer`
- 添加`.jic`
文件
- 勾选`Program/Configure`和`Verify`
- 点击`Start`开始烧录[^2][^3]
#### 三、关键注意事项
1. **Flash型号匹配**：
- 必须准确选择
开发板Flash型号（查阅
开发板手册）
- 常见型号：Winbond W25Q128JV（SPI Flash），Micron MT25QL（QSPI）
2. **启动模式设置**：
-
开发板需设置为**Flash启动模式**
- 通过跳线帽设置：通常标为`BOOT_MODE[0:1]`
3. **烧录后验证**：
```tcl
# Vivado验证命令
verify_cfgmem -hw_device [lindex [get_hw_devices] 0] -file {path/to/file.
mcs}
```
返回`Verification complete`表示成功[^4]
4. **常见问题处理**：
- **烧录失败**：检查JTAG连接和供电稳定性
- **启动失败**：确认启动模式跳线设置
- **Flash不识别**：更新Vivado/Quartus到最新版本
#### 四、
固化原理
固化过程本质是将
FPGA配置数据写入非易失性存储器：
$$ \text{
FPGA配置数据} \xrightarrow{\text{烧写工具}} \text{Flash存储器} $$
开发板重新上电时：
1.
FPGA从Flash读取配置数据
2. 将配置载入SRAM配置存储器
3. 启动逻辑电路执行[^1][^4]
> ⚠️ **重要提示**：不同
开发板（如Digilent、Terasic等）的Flash型号和启动模式可能不同，请务必查阅具体型号的
开发板手册。
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