FPGA（现场可编程门阵列）是一种可通过编程实现特定数字逻辑功能的集成电路，广泛应用于嵌入式系统、信号处理、通信设备等领域。在FPGA的开发过程中，下载配置数据到FPGA内部是必不可少的一步，它涉及到数据的存储和传输方式。本文主要介绍了FPGA的两种串行下载模式：串行主模式（Serial Master Mode）和串行从模式（Serial Slave Mode）。
串行主模式是指使用外部存储器（如PROMXC18V01）来保存FPGA配置数据文件，然后由FPGA从该存储器中读取并加载配置数据。这种模式下，FPGA扮演了“主设备”的角色，自行控制数据的读取和配置过程。而串行从模式则指直接将数据文件从PC机下载到FPGA内部RAM中，由PC机提供配置数据和下载控制信号，FPGA作为“从设备”接收并配置数据。
FPGA的配置模式是由配置功能引脚M0、M1、M2的电平状态决定的。根据不同的电平组合，FPGA可以被设置为不同的配置模式。例如，电平信号为000/001时，FPGA设置为串行主下载模式；电平信号为110/111时，设置为串行从下载模式。边界扫描模式和并行从下载模式也有对应的电平设置。
在进行FPGA配置时，通常需要先清除FPGA片内存储器中的旧配置数据，以确保新的配置数据能正确加载。配置过程开始时，FPGA会把DONE管脚拉低，并进入配置存储器清除阶段。如果INIT管脚被拉低，则开始清除配置存储器。此时，如果想延迟配置，可以保持PROGRAM和INIT管脚为低电平，这样FPGA将停留在配置存储器清除阶段而不继续下一步操作。一旦FPGA的硬件监控到存储器清除过程完成，它就会开始从配置数据源读取数据，并将其加载到配置存储器中。配置完成后，FPGA的DONE管脚会被拉高，表明配置成功。
FPGA的下载流程和各个功能管脚的状态对于成功配置FPGA至关重要。FPGA的数据下载过程可以通过多种方式进行，包括上电初始自动配置和运行时重配置。上电初始自动配置是在FPGA上电时自动开始的配置过程，而运行时重配置是指在FPGA运行过程中，通过PROGRAM信号（低电平有效）管脚的输入信号来触发的配置过程。为了实现FPGA的正确配置，必须确保内核电源Vccint和管脚电源Vcco满足相应的电压条件。
此外，文章提到的XILINX公司Spartan-II系列FPGA是基于SRAM LUT结构的器件，其配置数据存储在SRAM中。这也意味着FPGA在断电后配置数据会丢失，因此需要在上电后重新加载配置数据。
在数字信号处理板调试中，采用在线调试和脱机运行两种调试方式，与之对应，FPGA的下载模式也可根据调试方式的特性灵活选择。串行主模式和串行从模式的交叉使用，能够显著提升系统板的调试效率。
了解FPGA的串行下载模式，有助于工程师在实际开发中根据不同的需求和条件选择合适的配置方式，以优化整个系统的设计和性能。同时，对于自动化技术领域而言，掌握FPGA的配置和下载技术也是实现自动化系统设计的基础之一。
