副標(biāo)題：重大更新1：利用Xilinx JTAG下載器自動(dòng)下載6系列7系列（Spartan6、Artix7、Kintex7、Virtex7、ZYNQ）LabVIEW FPGA程序（支持在線前面板交互式運(yùn)行和調(diào)試）

我們始終在想一個(gè)問題：就是這幾十年市面上已有的海量的FPGA芯片、板子、板卡，起碼也有幾千萬個(gè)了，如何在不破壞板子、不飛線的情況下，還能以零成本的方式實(shí)現(xiàn)LabVIEW FPGA在線前面板交互式運(yùn)行和上位機(jī)FPGA引用讀寫訪問控件的功能？我們做到了！

1、重大突破：歷時(shí)半年，終于突破了Xilinx 7系列（Artix7、Kintex7、Virtex7）、U系列（KU、KU+、VU、VU+）以及ZYNQ等家族FPGA芯片的LabVIEW在線前面板交互式運(yùn)行和調(diào)試；當(dāng)然，還有以前就支持的Virtex5/Spartan3E/Spartan6等傳統(tǒng)的5系列、6系列FPGA芯片。

2、重大更新：我們是真正對(duì)市面上已有的、海量的、任何廠家的Xilinx FPGA板子或板卡，在不做任何改動(dòng)，不做任何飛線、不破壞板子的情況下，借助大家所熟知的0成本的Xilinx JTAG下載器或者我們研發(fā)的SDMC FPGA Downloader以太網(wǎng)下載器，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的FPGA VI在線前面板交互式運(yùn)行和調(diào)試功能，這是我們與其他封閉式友商最大的不同！

3、重要理念：我們的LabVIEW My FPGA圖形化軟件工具包和RIO開發(fā)方案具有普適性，只有這樣，才能讓廣大用戶自由選擇市面上已有的、海量的FPGA芯片、板子、板卡或者用戶自己自由設(shè)計(jì)硬件，而不是被其他友商固定的硬件而綁架了。

4、始終秉持：“為所有想用又不敢用、正在使用和將要使用FPGA的廣大用戶，提供一套通用的國(guó)產(chǎn)化、圖形化、開源化RIO解決方案”；讓所有FPGA芯片、板子、板卡都能享受到圖形化編程的樂趣，真正擺脫友商限制，讓用戶的FPGA產(chǎn)品低成本量產(chǎn)成為可能性，并且牢牢抓住FPGA的靈魂程序！

正文摘錄：

????????經(jīng)過半年時(shí)間的攻關(guān)，我們終于可以像開發(fā)Spartan6家族芯片那樣來開發(fā)Xilinx 7系列（Artix7、Kintex7、Virtex7、KU）FPGA和ZYNQ家族芯片了，借助大家平時(shí)常用的Xilinx JTAG下載器來完成這個(gè)在線前面板交互式運(yùn)行和調(diào)試功能！這是本寶典最大的創(chuàng)新點(diǎn)之一！下面聽我慢慢道來！

?????5.5.1：LabVIEW FPGA開發(fā)環(huán)境準(zhǔn)備工作

????????熟悉我們Pro1開發(fā)寶典的用戶知道，要想通過Xilinx JTAG下載器對(duì)早期的Xilinx 5系列和6系列FPGA進(jìn)行在線前面板交互式運(yùn)行調(diào)試的話，需要安裝4號(hào)文件（ISE 14.7編譯器）和6號(hào)驅(qū)動(dòng)包（DEFB），因?yàn)镮SE編譯器里面含有IMPACT.exe下載工具，DEFB里面含有NICobs工具鏈dll；所以，如果想要對(duì)Xilinx 7系列（Artix7、Kintex7、Virtex7）和ZYNQ系列FPGA進(jìn)行在線下載和在線前面板交互式運(yùn)行調(diào)試的話，我們也需要借助這個(gè)IMPACT和NICobs來實(shí)現(xiàn)！

????????所以，前面第3章的軟件安裝部分，我們更新了寶典，強(qiáng)調(diào)了要把云盤里面的安裝軟件文件夾里面的4號(hào)ISE 14.7編譯器和6號(hào)DEFB驅(qū)動(dòng)包一并安裝上。安裝過程中有一些注意事項(xiàng)，不記得的用戶可以回看一下寶典第3章相關(guān)內(nèi)容。

?????? ?注意1：目前高版本里面只有LabVIEW 2017、2018版本對(duì)應(yīng)的ISE 14.7編譯器默認(rèn)是不支持Win10系統(tǒng)的，而LabVIEW 2015、2019、2020對(duì)應(yīng)的ISE編譯器則不限制系統(tǒng)安裝；Win7、Win10和Win11都能安裝并且無縫兼容，所以平時(shí)我們自己用的比較多的版本是2015和2019版本。

?????? ?注意2：LabVIEW 2015之所以沒有系統(tǒng)限制，是因?yàn)槟莻€(gè)時(shí)候Win10還沒有起來，NI忘記在安裝向?qū)Ю锩婕酉拗屏耍籐abVIEW 2019和2020可以，是因?yàn)镹I換了一種安裝方式，那就是通過NI Package Manager在線或者離線來安裝，所以支持安裝到Win7、Win10或者Win11里面去。下面的3幅截圖就是Win11系統(tǒng)下的LabVIEW 2019對(duì)應(yīng)的ISE 14.7編譯器安裝截圖。盡管在NI Package Manager頁面里面顯示不支持，但是依然可以執(zhí)行“下一步”安裝，但是唯獨(dú)2017和2018版本對(duì)應(yīng)的ISE編譯器，NI直接把“下一步”按鈕給禁用了，那就只能望洋興嘆了！

????????結(jié)論：推薦客戶使用LabVIEW?2011、2015、2019、2020這4個(gè)版本；LabVIEW?2017、2018不推薦！

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? ? ? ? ?提醒：如果有些用戶買的是正版的LabVIEW 2017或者2018，同時(shí)又找不到Win7系統(tǒng)的電腦，又不愿意換成其他版本的LabVIEW（譬如2015、2019、2020）或者安裝Win7虛擬機(jī)的話。為了解決這一痛點(diǎn)，我們專門研發(fā)了一款以太網(wǎng)下載器，取名為“SDMC FPGA Downloader”，可以直接通過網(wǎng)絡(luò)的方式將FPGA VI編譯下載到FPGA芯片里面運(yùn)行然后自動(dòng)進(jìn)入在線前面板交互式運(yùn)行模式，并且還支持上位機(jī)通過引用的方式來操作下位機(jī)FPGA VI前面板上的控件讀寫，跟NI的板卡完全一樣的使用效果！這樣，用戶就不需要安裝IMPACT和DEFB了，也就擺脫了2017、2018與系統(tǒng)兼容性方面的困擾了。實(shí)測(cè)我們這款以太網(wǎng)下載器SDMC FPGA Downloader，支持Spartan6、Artix7、Kintex7、Virtex7、Kintex UltraScale、ZYNQ等系列FPGA芯片，非常強(qiáng)大，具體的實(shí)戰(zhàn)演示可以參考寶典后面的第五章的5.7節(jié)內(nèi)容！

????????接下來，需要運(yùn)行一下本書配套云盤里面的“Xilinx全系列FPGA LabVIEW在線前面板激活程序.vi”這個(gè)程序，如圖5-87所示。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

????????雙擊運(yùn)行這個(gè)激活VI，在彈出來的頁面里面，點(diǎn)擊左上角的運(yùn)行箭頭，等待15s左右，如果右側(cè)指示燈點(diǎn)亮，說明當(dāng)前環(huán)境下的7系列FPGA在線前面板交互式運(yùn)行功能激活成功，如圖5-88所示。需要這個(gè)程序的用戶請(qǐng)聯(lián)系我們（郵箱：DLW30@126.com；微信：myview30）

????5.5.2：LabVIEW FPGA VI程序驗(yàn)證平臺(tái)

????????為了驗(yàn)證我們這套基于Xilinx JTAG下載器實(shí)現(xiàn)LabVIEW FPGA在線前面板交互式運(yùn)行調(diào)試的效果，我們準(zhǔn)備了3個(gè)廠家，4款不同的7系列FPGA開發(fā)板來測(cè)試驗(yàn)證。

?????? ?分別是：

?????? ?1黑金AX7103開發(fā)板（主芯片Artix7-100T）；

?????? ?2黑金AX7A200開發(fā)板（主芯片Artix7-200T）；

?????? ?3正點(diǎn)原子達(dá)芬奇Pro開發(fā)板（主芯片Artix7-100T）；

?????? ?4米聯(lián)客MA7K325開發(fā)板（主芯片Kintex7-325T）；

?????? ?以上4款FPGA開發(fā)板對(duì)應(yīng)的實(shí)物圖，分別如圖5-89~5-92所示。另外，我們平時(shí)還經(jīng)常用到黑金的一款K7-325T開發(fā)板AX7K325，由于手頭沒有這個(gè)板子，有這塊板子的用戶，在學(xué)完本節(jié)內(nèi)容之后可以自己嘗試驗(yàn)證一下在線前面板交互式運(yùn)行調(diào)試功能。

?????? ?關(guān)于這些廠家的FPGA板子介紹，前面第4章里面做過詳細(xì)的講解。當(dāng)然，大家也可以在各個(gè)廠家官網(wǎng)或者淘寶上找到更多信息，這些板子也是目前市面上存量最多的板子，性價(jià)比高，資料豐富，原理圖和元器件庫都是開源的，方便用戶學(xué)會(huì)之后自己二次開發(fā)，相比于國(guó)外的FPGA板子，國(guó)內(nèi)的廠家更加人性化！

????????另外，關(guān)于6系列FPGA芯片的LabVIEW在線前面板交互式運(yùn)行，原先我們就支持在線下載和前面板運(yùn)行，感興趣的用戶可以參考Pro1開發(fā)寶典，本書重點(diǎn)講解的是7系列和ZYNQ系列，所以本節(jié)就不單獨(dú)列出了！

?????? ?注意：由于黑金的ZYNQ開發(fā)板上集成的是Digilent HS1/2/3系列下載器，并且沒有將JTGA口預(yù)留出來，所以也就無法接入Xilinx JTAG下載器了，但是可以通過我們研發(fā)的SDMC FPGA Downloader以太網(wǎng)下載器來實(shí)現(xiàn)在線前面板交互式運(yùn)行和調(diào)試。

?????? ?這個(gè)我們會(huì)在后面的5.6節(jié)里面給用戶演示。當(dāng)然了，如果用戶的ZYNQ板子上有JTAG下載口，那么可以用本節(jié)的方法也就是Xilinx JTAG下載器實(shí)現(xiàn)在線前面板交互式運(yùn)行調(diào)試。?

?????? ?大家平時(shí)常用的Xilinx JTAG下載器，如圖5-93所示，里面包含了各種不同封裝尺寸接口的JTAG線纜，可以兼容目前市面上所有廠家FPGA開發(fā)板上的JTAG接口。這里再次提醒一下大家，千萬別買錯(cuò)了下載器，一定要選擇Xilinx方案的下載器，而不是Digilent HS系列下載器。如果用戶不清楚怎么購(gòu)買Xilinx JTAG下載器，可以聯(lián)系我們神電測(cè)控（郵箱：DLW30@126.com；微信：myview30）。另外，Xilinx下載器的驅(qū)動(dòng)安裝相對(duì)麻煩一些，建議大家參考我們寶典里面的cmd命令方式來安裝這個(gè)下載器的驅(qū)動(dòng)比較好（寶典里面搜索cmd關(guān)鍵字進(jìn)快速定位）。

????5.5.3：LabVIEW FPGA VI程序編寫與編譯

????????為了驗(yàn)證7系列（Artix7、Kintex7、Virtex7）FPGA VI的LabVIEW前面板在線運(yùn)行和調(diào)試功能，我們重新編寫一個(gè)FPGA VI程序，通過控制第三方FPGA開發(fā)板上的LED燈閃爍頻率以及實(shí)時(shí)捕捉開發(fā)板上的按鍵狀態(tài)，來展示LabVIEW FPGA在線前面板的強(qiáng)大之處。我們可以通過修改前面板的寫入控件數(shù)值來實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的改變FPGA芯片里面的程序運(yùn)行周期，并且將按鍵狀態(tài)實(shí)時(shí)呈現(xiàn)在FPGA VI前面板上，而不需要單獨(dú)再去編寫上位機(jī)VI來跟下位機(jī)通信。

?????? ?這種下位機(jī)FPGA VI在線前面板交互式運(yùn)行和調(diào)試功能的好處就是，不需要反復(fù)編譯下位機(jī)FPGA VI了，避免了時(shí)間的浪費(fèi)，這就是LabVIEW FPGA在線前面板交互式運(yùn)行和調(diào)試的優(yōu)勢(shì)之處。

????????5.5.3.1：新建LabVIEW項(xiàng)目瀏覽器

????????點(diǎn)擊LabVIEW左上角的“文件”à“新建(N)”à“項(xiàng)目”，新建一個(gè)空白的LabVIEW項(xiàng)目瀏覽器，保存一下，命名為“LabVIEW 7 Serials FPGA Project-Xilinx JTAG.lvprog”，如圖5-94所示。

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????????5.5.3.2：新建FPGA終端設(shè)備

????????在剛剛新建出來的項(xiàng)目瀏覽器里面，右擊“我的電腦”，選擇“新建”à“終端和設(shè)備”，如圖5-95所示；然后在彈出來的終端設(shè)備列表里面，找到上面3個(gè)廠家4款開發(fā)板對(duì)應(yīng)的FPGA終端名稱，如圖5-96（abcd）所示。

????????選中之后雙擊或者點(diǎn)擊“確定”按鈕，即可將這4個(gè)FPGA開發(fā)板對(duì)應(yīng)的FPGA終端添加到項(xiàng)目里面來，如圖5-97所示。

????????展開之后，可以看出每個(gè)廠家的系統(tǒng)板載晶振特點(diǎn)：黑金喜歡在7系列FPGA板子上，將板載晶振弄成200MHz差分時(shí)鐘；正點(diǎn)原子喜歡用更低的50MHz單端時(shí)鐘板載晶振；米聯(lián)客則在二者之間取了一個(gè)中間值，比如100MHz單端時(shí)鐘。

????????實(shí)際上，F(xiàn)PGA系統(tǒng)默認(rèn)的Onboard時(shí)鐘晶振頻率太高和太低都不太好，太高會(huì)導(dǎo)致LabVIEW里面的普通while循環(huán)編譯出現(xiàn)定時(shí)錯(cuò)誤，太低的話，很多線程需要通過PLL或者M(jìn)MCM進(jìn)行倍頻才能通過提高速度減少資源的消耗。

????????因此，我們建議，用戶在設(shè)計(jì)自己的FPGA板卡時(shí)，盡量選擇一個(gè)中間檔位的板載時(shí)鐘頻率，比如50MHz或者100MHz。對(duì)NI比較熟悉的用戶知道，NI更喜歡用40MHz晶振作為系統(tǒng)時(shí)鐘。

????????為了更加形象生動(dòng)的展示FPGA VI前面板的在線實(shí)時(shí)運(yùn)行和調(diào)試功能，我們可以右擊FPGA終端設(shè)備名稱，選擇添加“FPGA I/O”，然后將LED指示燈和KEY按鍵對(duì)應(yīng)的FPGA引腳資源EIO節(jié)點(diǎn)添加到FPGA里面來，如圖5-98所示。

????????5.5.3.3：編寫FPGA VI程序

????????接下來，我們可以通過編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的FPGA VI程序來驗(yàn)證我們的LabVIEW My FPGA在線前面板交互式運(yùn)行和調(diào)試功能可以在7系列FPGA上完美的呈現(xiàn)出來。

????????這個(gè)FPGA VI程序的具體編寫過程，這里就不在詳細(xì)展開了，因?yàn)槌绦蚩驁D比較簡(jiǎn)單，我們直接給出4個(gè)FPGA開發(fā)板終端對(duì)應(yīng)的FPGA VI前面板和程序框圖，分別如圖5-99~5-102所示。

????????這4個(gè)FPGA VI實(shí)現(xiàn)的功能都是相同的，那就是通過while循環(huán)實(shí)時(shí)捕捉FPGA開發(fā)板上的按鍵狀態(tài)，并在前面板上通過布爾指示燈顯示出來；另外一個(gè)功能通過程序周期性取反來控制FPGA板子上的LED指示燈進(jìn)行閃爍，閃爍頻率則由前面板上的輸入控件“控制循環(huán)周期(mSec)”里面的數(shù)值來決定；最后整個(gè)while循環(huán)的運(yùn)行次數(shù)，也就是i值通過顯示控件“Running”和“儀表”顯示在前面板上。

????????傳統(tǒng)的VHDL和Verilog是沒有辦法實(shí)現(xiàn)UI界面的，所以每次修改一個(gè)參數(shù)都需要重新花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行編譯；而我們的LabVIEW FPGA天生就有一個(gè)前面板可以充當(dāng)UI調(diào)試界面，這個(gè)與生俱來的功能就是本書重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的LabVIEW FPGA在線前面板交互式運(yùn)行、仿真、調(diào)試。

????????5.5.3.4：編譯FPGA VI程序

????????FPGA VI程序編寫完成后，接下來就是編譯了，用戶只需要點(diǎn)擊一下FPGA VI前面板左上角的運(yùn)行箭頭，即可彈出編譯提示對(duì)話框，首次彈出會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)程序生成規(guī)范，用戶需要在程序生成規(guī)范里面勾選“加載至FPGA時(shí)運(yùn)行”，不然后續(xù)在將FPGA bit文件固化到Flash芯片里面，F(xiàn)PGA加載后不會(huì)執(zhí)行的。因此，我們提前將這一步做掉，即在程序生成規(guī)范里面勾選“加載至FPGA時(shí)運(yùn)行”，如圖5-103所示。

????????當(dāng)我們點(diǎn)擊FPGA VI運(yùn)行箭頭，會(huì)彈出編譯器選擇對(duì)話框，如圖5-104所示，選擇默認(rèn)的第一項(xiàng)“使用本地編譯服務(wù)器”，因?yàn)槲覀冊(cè)谇懊娴?章的時(shí)候已經(jīng)將NI裁剪過的Vivado編譯器安裝到本地計(jì)算機(jī)上了！當(dāng)然也可以選擇網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器或者NI云編譯，關(guān)于這兩項(xiàng)的講解，請(qǐng)參考前面5.3節(jié)相關(guān)內(nèi)容，這里不再贅述！

????????點(diǎn)擊“確定”按鈕后，LabVIEW會(huì)自動(dòng)將FPGA VI程序框圖轉(zhuǎn)換成VHDL代碼，如圖5-105所示。

????????經(jīng)過綜合、布局布線、時(shí)間約束等步驟后，如果一切順利，大概兩三分鐘后，LabVIEW FPGA編譯狀態(tài)窗口會(huì)提示編譯完成，如圖5-106，通過這個(gè)編譯狀態(tài)窗口可以看到當(dāng)前消耗的FPGA資源情況。提醒：本節(jié)編譯很順利，跟前面5.3節(jié)里面報(bào)錯(cuò)完全不同，因?yàn)槲覀円呀?jīng)突破了7系列FPGA的編譯、下載和在線前面板交互式運(yùn)行和調(diào)試功能。

????????當(dāng)上面編譯完成后，會(huì)彈出一個(gè)“正在準(zhǔn)備交互式執(zhí)行”對(duì)話框，如圖5-107所示，這個(gè)想必用過NI或者看過我們Pro1的客戶很熟悉，正是LabVIEW FPGA啟動(dòng)在線前面板交互式運(yùn)行調(diào)試功能的提示框；如果大家還沒有將Xilinx JTAG下載器和FPGA開發(fā)板接到這臺(tái)電腦或者接的不是Xilinx JTAG下載器而是Digilent HS系列下載器，等一會(huì)會(huì)彈出一個(gè)超時(shí)錯(cuò)誤對(duì)話框，提醒用戶找不到下載通信線纜，也就是說主機(jī)找不到Xilinx JTAG下載器，如圖5-108所示。

????????重大更新：很多用戶關(guān)心的是Vivado編譯器編譯出來的原始bit文件，而不是NI的lvbitx文件，因?yàn)樵嫉腇PGA bit文件更靈活更方便，將這個(gè)原始的bit文件發(fā)給任何人都可以通過任何手段下載到FPGA里面運(yùn)行；雖然上面我們沒有連接下載器和FPGA板子到電腦上導(dǎo)致下載超時(shí)，但是LabVIEW項(xiàng)目瀏覽器所在路徑下的“FPGA Bitfiles”文件夾里面依然會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)同名的原始bit文件，如圖5-109所示。

????????這個(gè)自動(dòng)生成原始FPGA bit文件的功能是我們?cè)诤笈_(tái)幫大家實(shí)現(xiàn)的，也就是說，用戶再也不需要像前面5.3節(jié)那樣總是開著獲取bit文件的程序才能得到原始bit文件。很明顯經(jīng)過我們重大更新后的寶典和My FPGA工具包更方便更易用，體驗(yàn)效果跟NI完全一樣！

????????5.5.4：FPGA開發(fā)板+Xilinx JTAG下載器連接實(shí)物圖

????????接下來，將Xilinx JTAG下載器接到黑金、米聯(lián)客、正點(diǎn)原子的4款FPGA開發(fā)板上面，另外一頭接到開發(fā)電腦上，如圖5-110~5-113所示。

????????注意1：由于每個(gè)廠家的FPGA開發(fā)板預(yù)留的JTAG座子封裝尺寸都不一樣，好在國(guó)人做的Xilinx JTAG下載器配套了很多種轉(zhuǎn)接線，可以完全兼容市面上所有的FPGA硬件，真正做到以不變應(yīng)萬變！

????????注意2：再次強(qiáng)調(diào)一下，Xilinx JTAG下載器的驅(qū)動(dòng)安裝方法，推薦使用cmd命令方式來安裝，尤其是需要管理員權(quán)限和數(shù)字簽名的系統(tǒng)，這種方法最好；用戶可以在寶典里面搜索關(guān)鍵字“cmd”，快速定位到安裝那一節(jié)內(nèi)容。

????????下載器驅(qū)動(dòng)安裝好之后，可以在設(shè)備管理器里面找到，如圖5-114所示。

????????5.5.5：LabVIEW FPGA在線前面板交互式運(yùn)行（基于傳統(tǒng)的Xilinx JTAG下載器）

????????接下來，就是見證奇跡的時(shí)刻了，大家屏住呼吸哈

????????硬件接好之后，給FPGA開發(fā)板上電，然后再點(diǎn)擊一下編譯過的FPGA VI前面板左上角的運(yùn)行箭頭，可以看到幾秒之后，奇跡發(fā)生了，下位機(jī)FPGA VI前面板竟然活了，就像我們開發(fā)的LabVIEW STM32工具包那樣，LabVIEW前面板成功地進(jìn)入了FPGA在線交互式運(yùn)行模式，并且下位機(jī)FPGA VI前面板上的“Running”和“儀表”，這兩個(gè)顯示控件里面的數(shù)值會(huì)按照500ms的速度進(jìn)行+1遞增，如圖5-115~5-118所示。

????????同時(shí)可以看到，4款FPGA開發(fā)板上的LED指示燈按照1Hz的頻率一齊同步閃爍，亮滅持續(xù)時(shí)間各500ms，如圖5-119~5-122所示。

????????如果我們?cè)贔PGA VI交互式前面板上修改一下“控制循環(huán)周期(mSec)”控件里面的數(shù)值，比如改成100，如圖5-123(abcd)所示，此時(shí)FPGA開發(fā)板上的LED閃爍頻率明顯加快了，并且儀表盤的指針也開始加速移動(dòng)！

????????接著，我們嘗試按壓FPGA開發(fā)板上的按鍵KEY，發(fā)現(xiàn)FPGA VI前面板上相對(duì)應(yīng)的布爾指示燈也跟著發(fā)生變化，如圖5-124(abcd)所示。這就是進(jìn)入在線交互式運(yùn)行前面板之后的LabVIEW FPGA強(qiáng)大之處，通過讀寫FPGA內(nèi)部的寄存器將FPGA前面板上的所有控件信息自動(dòng)投射關(guān)聯(lián)并實(shí)時(shí)顯示到當(dāng)前FPGA VI前面板上。

????????說明下位機(jī)FPGA實(shí)時(shí)捕捉到的狀態(tài)通過在線交互式運(yùn)行模式自動(dòng)呈現(xiàn)在了FPGA VI前面板上了，非常直觀！媽媽再也不用擔(dān)心反復(fù)編譯、再也無須借助串口打印來調(diào)試了！

????????5.5.6：LabVIEW FPGA程序固化到Flash（基于傳統(tǒng)的Xilinx JTAG下載器）

????????當(dāng)我們借助LabVIEW FPGA強(qiáng)大的在線交互式運(yùn)行前面板調(diào)試完FPGA VI程序后，就可以將這個(gè)FPGA VI進(jìn)行批量部署了，也就是把編譯出來的FPGA原始bit文件轉(zhuǎn)成mcs或者bin文件固化到FPGA開發(fā)板上的Flash芯片里面。

????????前面5.4節(jié)我們向大家介紹了可以通過Vivado手動(dòng)將FPGA bit文件固化到Flash芯片里面，但是那個(gè)方法過于復(fù)雜，操作起來非常不方便！感興趣的用戶可以自行了解一下即可，無須深入學(xué)習(xí)5.4節(jié)，除非是一種特殊的情況，那就是你設(shè)計(jì)的FPGA產(chǎn)品賣給了你的用戶，當(dāng)你的FPGA bit文件升級(jí)了，你把最新的bit文件發(fā)給遠(yuǎn)在其他城市的客戶，需要將這個(gè)bit文件重新固化到你的FPGA板子里面去，但是你的客戶又不懂LabVIEW，此時(shí)，你可以教他如何利用Vivado進(jìn)行手動(dòng)下載和固化。

????????5.5.6.1：LabVIEW FPGA VI Flash固化簡(jiǎn)介

????????為了讓我們的LabVIEW My FPGA工具包，跟NI FPGA硬件開發(fā)有著相同的用戶體驗(yàn)，我們將整個(gè)FPGA bit文件到mcs/bin文件格式的轉(zhuǎn)換、下載器速度的設(shè)置以及各種Flash芯片的選擇，全部在后臺(tái)自動(dòng)完成，極大的方便了用戶的使用！

????????具體操作方法非常簡(jiǎn)單，跟Pro1開發(fā)寶典里面操作6系列FPGA一樣。用戶只需要右擊編譯好的FPGA VI名稱，在彈出的菜單中選擇“Download Bit to Flash”這個(gè)選項(xiàng)，如圖5-125所示，就可以將7系列（Artix7、Kintex7、Virtex7、ZYNQ）FPGA bit文件自動(dòng)固化到FPGA板子上的Flash里面。

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????????點(diǎn)擊之后，會(huì)彈出一個(gè)Flash芯片型號(hào)選擇頁面，這個(gè)對(duì)話框頁面是我們專門為了方便用戶開發(fā)的，如圖5-126所示。我們已經(jīng)將目前所有已知的Flash芯片型號(hào)、容量大小、以及SPI/BPI讀寫數(shù)據(jù)位寬等，全部封裝到下拉列表里面，用戶無須記憶任何TCL指令，只要查看一下FPGA硬件原理圖上的Flash芯片型號(hào)即可，然后在下拉列表里面選擇即可。

????????但是需要注意的是：很多廠家做的FPGA板子為了降低硬件成本，實(shí)際焊接的Flash芯片跟其提供的說明書有時(shí)候?qū)Σ簧?，?dǎo)致固化總是不成功，此時(shí)，保險(xiǎn)起見，最好用眼睛實(shí)際觀察一下FPGA板子上Flash芯片的具體型號(hào)和廠家，這種情況時(shí)有發(fā)生！經(jīng)驗(yàn)之談、少走彎路！

????????下面我們還是先簡(jiǎn)單介紹一下這個(gè)軟件的功能和注意事項(xiàng)，然后再結(jié)合黑金、米聯(lián)客、正點(diǎn)原子等幾家FPGA開發(fā)板上的Flash芯片型號(hào)來實(shí)際測(cè)試一下固化效果。

????????首先是Flash存儲(chǔ)芯片的類型，我們將其分成3類，如圖5-127所示。分別是第三方SPI接口的Flash芯片、Xilinx官方的PROM芯片、第三方BPI接口的Flash芯片。其中，SPI接口的Flash因?yàn)閺S家眾多，性價(jià)比高而被廣大FPGA廠商所采用；Xilinx官方的PROM兼容性最好，讀寫速度快，一般用于高端產(chǎn)品里面；BPI接口的Flash基本上很少見。

????????使用過很多FPGA板子的用戶知道，目前國(guó)內(nèi)的FPGA廠家基本上選擇的都是SPI接口的Flash作為存放FPGA bit文件的存儲(chǔ)芯片。

????????當(dāng)選擇好Flash芯片類型之后，比如，最為常見的SPI接口Flash芯片；然后下方的Flash下拉列表里面就會(huì)自動(dòng)出現(xiàn)各種不同封裝和不同容量大小的Flash型號(hào)，如圖5-128所示。其中，SPI接口的Flash種類大致可以劃分為W25Q系列、N25Q系列、S25FL系列、AT45DB系列等等；關(guān)于BPI接口和Xilinx官方的PROM型號(hào)，感興趣的用戶可以在我們這個(gè)軟件里面瀏覽一下便知，這里不再贅述！

????????需要注意的是，位于Flash芯片型號(hào)右側(cè)的“Flash_Size(MBytes)”是指當(dāng)前選擇的Flash芯片容量大小，單位是M字節(jié)，不是小bit，而Flash芯片型號(hào)名稱里面的數(shù)字往往表示的容量單位卻是M小bit。

????????舉例說明，比如我們選擇了N25Q256這款芯片，那么右側(cè)的容量需要填寫32MB，因?yàn)镹25Q256字符里面的256是小Mbit，需要除以8，才是大寫的Mbyte；另外，這個(gè)Flash容量大小，需要用戶自己手動(dòng)輸入，切記不要填錯(cuò)了！

????????最后需要注意的是：FPGA終端模板對(duì)應(yīng)的xdc約束文件里面定義的Flash SPI讀寫數(shù)據(jù)位寬是×幾模式的，比如正點(diǎn)原子達(dá)芬奇Pro板子里面我們?cè)O(shè)置的SPI位寬是X4，如圖5-129所示；那么就需要在固化頁面的“Flash SPI/BPI Datawidth”下拉列表里面選擇SPIx4 mode，保持一致，如圖5-130所示，否則固化會(huì)失??！如果xdc約束文件里面沒有定義SPI讀寫數(shù)據(jù)位寬的話，那么下拉列表里面選擇默認(rèn)的SPIx1模式來固化即可。

????????全部選擇好之后，點(diǎn)擊“Download”下載按鈕，等待一會(huì)就會(huì)提示下載成功，具體時(shí)間要看選擇的Flash芯片質(zhì)量了；固化成功后，如果彈出的提示框里面提醒用戶雖然固化了bit文件，但是重新上電FPGA程序并沒有運(yùn)行的話，那就需要檢查一下，看看程序生成規(guī)范里面是不是忘記了勾選“加載至FPGA時(shí)運(yùn)行”；如果沒有勾選，需要重新勾選一下這個(gè)“加載至FPGA時(shí)運(yùn)行”，然后重新編譯一下FPGA VI，最后再做一次固化流程就可以了，如圖5-131.

????????為了驗(yàn)證固化到Flash里面的FPGA bit程序功能是否正常，可以將FPGA硬件重新上電或者按下FPGA開發(fā)板上的Prog編程鍵測(cè)試一下。

????????注意：固化Flash的過程，是不限制下載器類型的，Xilinx JTAG和Digilent HS系列下載器均可以。

????????接下來，進(jìn)入實(shí)戰(zhàn)環(huán)節(jié)，將前面編譯好的FPGA VI通過右擊的方式固化到黑金、米聯(lián)客、正點(diǎn)原子這4款FPGA開發(fā)板的Flash里面去。

????????5.5.6.2：LabVIEW FPGA VI固化到黑金FPGA開發(fā)板的Flash芯片里面

????????首先根據(jù)黑金、米聯(lián)客、正點(diǎn)原子提供的FPGA開發(fā)板原理圖找到上面的Flash芯片具體型號(hào)，比如黑金的AX7103和AX7A200開發(fā)板上的Flash芯片都是N25Q128，如圖5-132所示。可以看出，這款Flash容量是128Mbit，換成大B就是16MByte。

????????然后找到黑金FPGA開發(fā)板AX7103和AX7A200對(duì)應(yīng)的終端模板文件所在的路徑，如圖5-133和5-134所示。到這個(gè)文件夾里面找到xdc約束文件，為了區(qū)分，我們特地在AX7103開發(fā)板對(duì)應(yīng)的xdc沒有添加SPI位寬定義，相當(dāng)于默認(rèn)的x1模式；而AX7A200開發(fā)板對(duì)應(yīng)的xdc約束里面我們加了set_property BITSTREAM.CONFIG.SPI_BUSWIDTH 4 [current_design]這句話，如圖5-135所示，那就意味著FPGA VI編譯生成的bit文件內(nèi)部將讀寫位寬設(shè)置的是x4模式，也就是當(dāng)FPGA上電從Flash里面可以通過SPI x4模式并行讀取，提高了bit文件加載和啟動(dòng)速度。

????????所以，通常情況下，只要FPGA板子上的Flash芯片引腳支持x4的話，建議大家在xdc約束文件加上set_property BITSTREAM.CONFIG.SPI_BUSWIDTH 4 [current_design]這句話，這樣后續(xù)FPGA程序加載啟動(dòng)速度更快，體驗(yàn)更好！

????????知道了上面的信息，我們就可以在LabVIEW FPGA VI固化頁面的下拉列表里面選擇對(duì)應(yīng)的類型即可。

????????1）針對(duì)黑金AX7103 FPGA開發(fā)板，可以右擊該終端下編譯過的FPGA VI名稱，選擇菜單里面的“Download Bit to Flash”，如圖5-136所示。然后在彈出來的頁面里面，F(xiàn)lash芯片型號(hào)選擇N25Q128；容量設(shè)置為16MByte；SPI數(shù)據(jù)讀寫位寬選擇x1模式，如圖5-137所示。

????????2）針對(duì)黑金AX7A200 FPGA開發(fā)板，同樣右擊該終端下的FPGA VI名稱，選擇菜單里面的“Download Bit to Flash”，然后在彈出來的頁面里面，F(xiàn)lash芯片型號(hào)選擇N25Q128；容量設(shè)置為16MByte；SPI數(shù)據(jù)讀寫位寬選擇x4模式，如圖5-138所示。

????????3）最后，點(diǎn)擊頁面“Download”下載按鈕，出現(xiàn)一個(gè)bit文件下載進(jìn)度條，大約等待幾十秒，會(huì)彈出Flash燒寫成功提示框，如圖5-139所示。然后將黑金FPGA開發(fā)板斷電再上電，就能看到先前我們編寫的FPGA VI程序成功的被加載和運(yùn)行了。

????????5.5.6.3：LabVIEW FPGA VI固化到正點(diǎn)原子FPGA開發(fā)板的Flash芯片里面

????????正點(diǎn)原子達(dá)芬奇Pro開發(fā)板（Artix7-100T）上的Flash芯片也是N25Q128，如圖5-132所示。這款Flash芯片容量是128Mbit，換成大B就是16MByte。

????????然后找到正點(diǎn)原子達(dá)芬奇Pro FPGA開發(fā)板對(duì)應(yīng)的終端模板文件所在的路徑，如圖5-141所示。到這個(gè)文件夾里面找到xdc約束文件，雙擊打開這個(gè)xdc文件，可以看到正點(diǎn)原子達(dá)芬奇Pro A7-100T開發(fā)板對(duì)應(yīng)的xdc約束文件里面也有這句話：set_property BITSTREAM.CONFIG.SPI_BUSWIDTH 4 [current_design]，如圖5-142所示，意味著FPGA VI編譯生成的bit文件內(nèi)部讀寫位寬是x4模式，當(dāng)FPGA上電從Flash里面可以通過SPIx4模式以4bit并行讀取，提高了加載啟動(dòng)速度。

????????再次提醒：只要FPGA板子上的Flash芯片引腳支持x4的話，建議用戶在xdc約束文件加上set_property BITSTREAM.CONFIG.SPI_BUSWIDTH 4 [current_design]這句話，這樣FPGA重新上電之后的程序加載會(huì)更快！

????????根據(jù)以上信息，直接在LabVIEW FPGA VI固化頁面的下拉列表里面選擇對(duì)應(yīng)的Flash器件型號(hào)和容量即可。

????????針對(duì)正點(diǎn)原子達(dá)芬奇Pro FPGA開發(fā)板，可以右擊該終端下編譯過的FPGA VI名稱，選擇菜單里面的“Download Bit to Flash”，如圖5-143所示。然后在彈出來的頁面里面，F(xiàn)lash芯片型號(hào)選擇N25Q128；容量設(shè)置為16MByte；SPI數(shù)據(jù)讀寫位寬選擇x4模式，如圖5-144所示?？梢钥闯觯c(diǎn)原子的達(dá)芬奇Pro跟黑金的A7板子配置基本一樣。

????????然后，點(diǎn)擊“Download”下載按鈕，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)進(jìn)度條，大約等待幾十秒，彈出Flash燒寫成功提示框，如圖5-145所示。最后，將正點(diǎn)原子FPGA開發(fā)板斷電再上電，就能看到先前編寫的FPGA VI程序成功地被加載和運(yùn)行了。

????????5.5.6.4：LabVIEW FPGA VI固化到米聯(lián)客FPGA開發(fā)板的Flash芯片里面

????????米聯(lián)客MA7K325開發(fā)板（Kintex-325T）上的Flash芯片是S25FL256，如圖5-146所示。這款Flash芯片容量是256Mbit，換成大B就是32MByte。

????????注意：米聯(lián)客，有些批次的K7開發(fā)板上用的Flash芯片換成了W25Q256或者N25Q256，但是原理圖上沒有改，所以大家一定要用肉眼觀察一下FPGA開發(fā)板或者核心板上的Flash具體廠家和型號(hào)。

????????然后找到米聯(lián)客MA7K325 FPGA開發(fā)板對(duì)應(yīng)的終端模板文件所在的路徑，如圖5-147所示。到這個(gè)文件夾里面找到xdc約束文件，雙擊打開這個(gè)xdc文件，可以看到米聯(lián)客MA7K325開發(fā)板對(duì)應(yīng)的xdc約束文件里面同樣也有這句話：set_property BITSTREAM.CONFIG.SPI_BUSWIDTH 4 [current_design]，如圖5-148所示，意味著FPGA VI編譯生成的bit文件內(nèi)部讀寫位寬是x4模式，當(dāng)FPGA上電從Flash里面可以通過SPIx4模式以4bit高速并行讀取，提高了bit文件的加載速度。

????????提醒：只要FPGA板子上的Flash芯片接線支持x4的話，建議大家在xdc約束文件加上set_property BITSTREAM.CONFIG.SPI_BUSWIDTH 4 [current_design]這句話，這樣FPGA重新上電之后的程序加載會(huì)更快！

????????根據(jù)以上信息，直接在LabVIEW FPGA VI固化頁面的下拉列表里面選擇對(duì)應(yīng)的Flash型號(hào)和容量即可。

????????針對(duì)米聯(lián)客MA7K325 FPGA開發(fā)板，可以右擊該終端下編譯過的FPGA VI名稱，選擇菜單里面的“Download Bit to Flash”，如圖5-149所示。然后在彈出來的頁面里面，F(xiàn)lash芯片型號(hào)選擇S25FL256S；容量設(shè)置為32MByte；SPI數(shù)據(jù)讀寫位寬選擇x4模式，如圖5-150所示。可以看出，米聯(lián)客選擇的Flash跟黑金和原子不是一個(gè)廠家的，因?yàn)榫幾g出來的Kintex7 FPGA bit文件要比Artix7大一些，所以用來存放bit文件的Flash容量也要大一些。

????????然后，點(diǎn)擊“下載”按鈕，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)進(jìn)度條，大約等待幾十秒，彈出Flash燒寫成功提示框，如圖5-151所示。最后，將正點(diǎn)原子FPGA開發(fā)板斷電再上電，就能看到先前編寫的FPGA VI程序成功地被加載和運(yùn)行了。

????????結(jié)論：通過4個(gè)板子上電從Flash里面加載bit文件的速度可以看出，SPI x4秒殺SPI x1，因此，建議用戶在設(shè)計(jì)自己的FPGA板子時(shí)，盡量選擇支持SPI x4模式的Flash芯片。