Lattice FPGA开发全攻略--十余种输出文件格式及其区别

Lattice FPGA开发全攻略：详解.bit、.jed等十余种输出文件格式及其区别

在Lattice FPGA的开发流程中，当我们使用Lattice Diamond、Radiant或早期的ispLEVER软件完成设计、综合、布局布线后，会生成多种格式的输出文件。这些文件是连接我们逻辑设计与物理硬件的桥梁，用于不同的编程场景——有的直接烧录FPGA的SRAM进行在线调试，有的固化于内部Flash实现上电启动，还有的用于外部配置芯片。本文将为你详细梳理Lattice FPGA常见的输出文件格式，帮助你在不同的应用场景下选择正确的文件。

一、核心编程文件：SRAM vs. 非易失性存储

根据编程目标是FPGA的易失性SRAM还是其内部/外部的非易失性存储器（如Flash），Lattice的编程文件主要分为以下两大类。

1. .bit 文件（比特流文件）

这是Lattice FPGA最常用的比特流文件之一，适用于所有基于SRAM配置的FPGA（如ECP系列、CrossLink-NX、Certus-NX等）。

• 定义 ：.bit文件是用于配置FPGA器件SRAM单元的配置数据文件。它包含了配置FPGA内部所有可编程资源（查找表、触发器、块内存等）的完整数据。
• 格式 ：它是一种二进制文件，通常以十六进制格式表示，不可打印。
• 用途 ：主要用于通过JTAG等方式直接下载到FPGA的SRAM中，进行在线调试或功能验证。由于SRAM是易失性的，掉电后数据会丢失，因此每次上电都需要重新配置。
• 生成 ：在Lattice Radiant或Diamond软件中，完成实现（Implement）流程后，会自动生成.bit文件。

2. .jed 文件（JEDEC文件）

JEDEC文件是遵循JEDEC标准（Joint Electron Device Engineering Council）的编程文件格式，主要用于配置Lattice的非易失性器件，如CPLD（如MachXO家族）或带有内部Flash的FPGA（如MachXO2、MachXO3等）。

• 定义 ：.jed文件是符合JEDEC 42.1C标准的编程数据文件。它包含了要写入器件内部非易失性存储器（如配置Flash、用户Flash存储器、特征行等）的所有配置信息。
• 格式 ：与二进制.bit文件不同，.jed文件是一种 ASCII文本格式 ，由ASCII字符“1”和“0”组成，因此是可打印的。这使得它容易被第三方编程器解析，用于大规模生产编程。
• 用途 ：直接编程到器件的 内部非易失性存储器 （如Flash）中。编程成功后，器件掉电后不会丢失配置，上电即可自动将内部Flash中的数据加载到SRAM中启动。
• 适用器件 ：适用于所有带有内部非易失性存储器的Lattice器件，包括MachXO家族、Platform Manager等。

核心区别：

• .bit ：用于配置易失性的SRAM，适合在线调试。
• .jed ：用于编程非易失性的内部Flash，用于固化程序，实现上电自启动。

二、辅助编程与配置文件：用于不同配置模式

在实际产品应用中，对于纯SRAM FPGA（如ECP5、CrossLink-NX），通常需要外挂一个SPI Flash来存储配置数据，由FPGA在上电时主动加载。为此，我们需要生成适用于外部Flash的文件。

3. .mcs 文件（PROM文件）

虽然Intel和Xilinx常用.pof或.mcs，但在Lattice Diamond软件中，也可以通过工具生成Intel格式的.mcs文件，用于编程外部PROM（可编程只读存储器）。

• 用途 ：用于对板载的外部SPI Flash进行编程。

三、Lattice特有的工程与IP文件

除了最终的编程文件，Lattice的开发工具还会生成一系列特有的中间文件，用于管理IP核、约束和工程设置。

4. .lpc 文件（Lattice参数配置文件）

这是Lattice Diamond和Radiant软件中与IP核生成相关的核心文件。

• 定义 ：.lpc文件是一个 文本文件 ，包含了用户在IPexpress或IP Catalog中为某个IP模块或IP核输入的所有配置参数值。
• 用途 ：
• 配置存储 ：当需要修改或重新生成IP时，双击.lpc文件可以直接打开IP配置界面，并载入之前设置的所有参数，方便进行修改或重新生成。
• 工程占位符 ：在Project Navigator中，.lpc文件作为组成该IP核的多个文件（如.v、.vhd、.ngo）的占位符，保持了工程结构的简洁。

5. .ipx 文件（IP核清单文件）

在Lattice Radiant软件中，IP核的配置信息也常以.ipx格式存在。

• 用途 ：类似于.lpc，.ipx文件是Radiant中IP核的清单文件。点击该文件可以重新打开IP配置器，对IP进行修改或重新生成。

6. .ldf 文件（Diamond工程文件）

这是Lattice Diamond软件的主工程文件。

• 用途 ：用于在Diamond中管理和实现所有工程文件。它记录了工程中包含的源文件、约束文件以及各种实现策略。

四、调试与约束文件

7. .lpf 文件（Lattice偏好设置文件 - Lattice Preference File）

这是Lattice FPGA设计中最主要的约束文件。

• 用途 ：.lpf文件用于存储 逻辑约束 ，包括引脚分配（Location）、I/O电平标准（I/O Type）、以及时序约束（如时钟频率、输入输出延迟）等。它是布局布线过程的输入。

8. .ldc / .sdc 文件（设计约束文件）

• 用途 ：用于为Lattice综合引擎（LSE）或第三方综合工具（如Synplify Pro）指定设计特定的 时序约束 。.ldc是Lattice的版本，而.sdc是行业标准的Synopsys设计约束格式。

9. .rvl 文件（Reveal Inserter调试文件）

Lattice的Reveal逻辑分析仪工具是片上调试的核心。

• 定义 ：.rvl文件定义了Reveal调试工程及其模块，标识了要追踪和触发的信号，并存储了追踪和触发的选项。
• 用途 ：当你需要在FPGA运行时观察内部节点信号时，通过Reveal Inserter配置好探针和触发条件，这些设置就保存在.rvl文件中。综合实现时，这些设置会以额外的逻辑形式被植入到原有的设计中。

10. .rva 文件（Reveal Analyzer文件）

• 用途 ：与.rvl配合使用，.rva文件定义了Reveal Analyzer工程，包含了波形视图中信号显示的相关数据。用于在采集到数据后进行分析。

五、中间文件与报告文件

在设计的各个阶段，Lattice工具也会生成各种中间文件和报告，用于调试、网表传递和设计检查。

文件后缀	主要用途	关键特点
.ngd	原生通用描述文件，包含设计的逻辑描述和层次结构	ngdbuild的产物，用于映射到物理元件
.ncd	原生电路描述文件，分为_map.ncd（映射后）和最终带布局布线信息的.ncd	相当于FPGA的物理版图描述
.ngo	原生通用对象文件，由EDIF转换而来，是映射过程的输入	可作为黑盒模块
.edf/.edn	EDIF网表文件，综合工具（如Synplify）的标准输出	用于在不同EDA工具间传递设计
.v/.vhd	Verilog/VHDL源文件或仿真文件	设计的逻辑描述
.vo/.vho	后仿真网表文件（Verilog/VHDL格式）	用于布局布线后的功能仿真
.sdf	标准延时格式文件，包含时序信息	用于后仿真中的时序标注
.twr	时序报告文件，TRACE工具的产物	分析设计是否满足时序要求
.par	布局布线报告文件	查看布局布线过程中的信息和警告
.ior	I/O时序分析报告	查看端口的建立、保持时间和时钟到输出的延时

总结：如何为你的Lattice项目选择正确的文件？

• 在线调试 ：选择 .bit 文件，通过编程器直接下载到FPGA的SRAM中，快速验证逻辑功能。
• 固化到内部Flash（如MachXO2） ：生成 .jed 文件，直接编程器件，实现上电启动。
• 固化到外部SPI Flash（如ECP5） ：通过Diamond或Radiant的编程工具，生成 .mcs 或 .hex 文件，用于烧录外部Flash。
• 使用IP核 ：记住 .lpc (Diamond) 或 .ipx (Radiant) 文件是你修改和配置IP的关键入口。
• 进行时序约束和引脚分配 ：你需要编辑 .lpf 文件。
• 片上调试 ：你需要创建 .rvl 文件来配置探针，并用 .rva 来分析波形。
• 查看设计结果 ：翻阅 .twr (时序)、 .par (布局布线) 等报告文件，确认设计质量和健康状况。

理解这些文件格式，将帮助你在Lattice FPGA的开发道路上更加得心应手，无论是进行前期的调试，还是最终的量产部署。