一、项目背景
明德扬(MDY)在2021年承担了多个基于XILINX芯片的研发项目，包括VPX网络透明传输项目(芯片为XC7K325T-2FBG900)、某高端测试仪项目(芯片为XCKU060-FFVA1156)、某网闸设备项目(芯片为XC7Z030-FBG676)等，其余，明德扬自研了基于XC7K325T-2FBG900和基于XC7K410T-2FBG900芯片的核心板，在XILINX研发领域拥有丰富的履历。纵然拥有丰富的履历和积累，每个新项目我们均要投入相称大的精力去研发。例如本文章分享的案例，在一个研发设备的压力测试中，每隔3分钟对设备进行断电复位重启，部分设备会涌现低于1%概率的FPGA加载不堪利，重启300多次，会存丰1~3次的加载失落败。
为定位此问题，花费了一个多月，先后投入多位专家，终极确定问题的根源是“上电的时序问题”，特为此给大家分享。
二、XILINX的上电启动流程
FPGA上电启动包含三大流程，分别是Setup，Bitstream Loading和Startup Sequence。本次故障的征象是FLASH有概率无法加载，因此定位涌现问题的流程是Setup。
在第一阶段的流程中，FPGA首先要上电，个中VCCINT、VCCBRAM、VCCAUX、VCCIO要以由低到高的顺序依次上电。当芯片上电后，电压达到VCCO后在10~50ms内，init_b会拉高，初始化完成，FPGA开始加载配置事情。
但是FPGA上电第一次加载时，与PROGRAM_B旗子暗记没有关系，只须要达到init_b的延迟韶光，当init_b拉高，FPGA就会加载配置。
三、问题缘故原由：
FPGA上电时序图如图1所示，时序哀求如表1所示。上电后init_b会延迟10~50ms后拉高，然后CCLK开始输出，加载外部FLASH。通过示波器实测Tpor大约是20ms旁边。而且经由反复丈量创造，Tpor的延时是相对付VCCINT电压启动后的。
图1：FPGA上电启动时序
表1：FPGA上电时序哀求
因此，如果FPGA的链路启动韶光过长，全体链路启动韶光超过50ms的时候，init_b旗子暗记的上升沿就会恰好卡在3.3V电压启动的过程中，如图2所示。此时FPGA认为已经可以进行加载流程，因此发送CCLK给外部FLASH。但是当前3.3V电压仅爬升到1.9V，还不敷以启动FLASH芯片，因此FLASH芯片不会相应，FPGA在得不到FLASH回应后，init_b旗子暗记再次拉低，表示FLASH加载过程涌现非常。导致连上仿真器创造FLASH没有加载成功。
图2：故障情形下的上电时序（黄线：3.3V 蓝线：init_b）
四、办理方案：
1、 减少电源链路启动的韶光，将韶光掌握在50ms以内，同时探求导通韶光更短的MOS管，让3.3V电压爬升的韶光缩短至1ms旁边。
2、 由于故障的根本缘故原由在于FPGA开始加载FLASH时，3.3V点没有达到FLASH的事情电压，因此可以考试测验改换一片宽压FLASH芯片，看看问题能否办理。
3、 前面两种方案是基于不改版的情形下。如果后期可以改版，还是建议利用PCIE上来的12V电源，来供应整板的供电。所有电压都通过电源芯片进行转换。然后将3.3V电源芯片的PGOOD引脚连接至init_b上。这种办法是人为延迟了init_b跳变的韶光，也便是说可以确保3.3V电压稳定之后，再去加载FLASH，这样就可以确保不会涌现该故障。而且纵然3.3V爬升速率很满，也可以在3.3V电源达到足够大的值之后再加载FLASH。图3便是在类似的板子上做了这样的试验，纵然3.3V的上升韶光达到了20ms，在init_b跳变的时候，3.3V电源也已经达到了3.0V的输出，完备可以担保FLASH芯片正常事情。
图3：故障修复后的上电时序（黄线：3.3V 蓝线：init_b）
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本问题涌如今XC7Z030-FBG676芯片，理论上大部分的XILINX型号均会存在此问题，涌现此征象时可以参考。
明德扬(MDY)除了承接项目外，还可为客户供应FPGA芯片、电源芯片、AD芯片等元器件，可找我们理解。
