FPGA入门-基础知识
《FPGA入门学习》课件
LED闪烁设计
总结词
通过LED闪烁设计，掌握FPGA的基本控制功能和数字逻辑设计。
详细描述
LED闪烁设计是FPGA入门学习的基本项目之一，通过该设计，学习者可以了解FPGA的基本控制功能 ，掌握数字逻辑设计的基本原理和方法。LED闪烁设计通常涉及到LED灯的驱动和控制，需要学习者 掌握基本的数字逻辑门电路和时序控制。
FPGA具有并行处理和高速计算的优点，适 用于数字信号处理中的实时信号处理和算 法加速。
数字滤波器设计
频谱分析和正交变换
FPGA可以实现高性能的数字滤波器，如 FIR滤波器和IIR滤波器，用于信号降噪和特 征提取。
FPGA可以高效地实现FFT等正交变换算法 ，用于频谱分析和信号频率成分的提取。
图像处理应用
优化设计技巧
时序优化
讲解如何通过布局布线、时序分析等手段优化 FPGA设计，提高时序性能。
资源共享
介绍如何通过资源共享减少FPGA资源占用，提 高设计效率。
流水线设计
讲解如何利用流水线设计技术提高系统吞吐量。
硬件仿真与调试技术
仿真工具使用
介绍常用HDL仿真工具（如ModelSim）的使用方法 。
03
CATALOGUE
FPGA开发实战
数字钟设计
总结词
通过数字钟设计，掌握FPGA的基本开发流程和硬件描述语言的应用。
详细描述
数字钟设计是FPGA入门学习的经典项目之一，通过该设计，学习者可以了解FPGA开 发的基本流程，包括设计输入、综合、布局布线、配置下载等。同时，数字钟设计也涉 及到硬件描述语言（如Verilog或VHDL）的应用，学习者可以掌握基本的逻辑设计和
基础语言。
FPGA开发流程
FPGA入门培训教材共45张PPT课件
# STEP#4: run router, report actual utilization and timing, write checkpoint design, run drc, write verilog and xdc out route_design write_checkpoint -force $outputDir/post_route report_timing_summary -file $outputDir/post_route_timing_summary.rpt report_timing -sort_by group -max_paths 100 -path_type summary -file $outputDir/post_route_timing.rpt report_clock_utilization -file $outputDir/clock_util.rpt report_utilization -file $outputDir/post_route_util.rpt report_power -file $outputDir/post_route_power.rpt report_drc -file $outputDir/post_imp_drc.rpt write_verilog -force $outputDir/bft_impl_netlist.v write_xdc -no_fixed_only -force $outputDir/bft_impl.xdc
fpga数字电路基础
fpga数字电路基础FPGA数字电路基础数字电路是现代电子技术的基础，而FPGA（Field-Programmable Gate Array）数字电路则是数字电路的一种重要形式。
本文将从FPGA的基本概念、工作原理、应用领域等方面介绍FPGA数字电路的基础知识。
一、FPGA的基本概念FPGA是一种可编程逻辑器件，它由可编程逻辑单元（PLU）、可编程互连资源（PIR）和可编程输入输出单元（PIO）等组成。
PLU是FPGA的核心部分，它由多个可编程逻辑门组成，可以实现各种逻辑功能。
PIR用于连接不同的PLU，形成不同的逻辑电路。
PIO则用于与外部设备进行通信。
二、FPGA的工作原理FPGA的工作原理可以简单描述为：根据用户编写的HDL （Hardware Description Language）代码，通过编译和综合工具将其转化为FPGA可识别的比特流文件，然后将该文件下载到FPGA芯片中，从而实现所需的数字电路功能。
三、FPGA的应用领域由于FPGA具有灵活可重构的特性，因此在各个领域都有广泛的应用。
以下是几个典型的应用领域：1. 通信领域：FPGA可以实现各种通信协议的解析、编码和解码，常用于无线通信系统、卫星通信系统等。
2. 图像处理领域：FPGA可以实现图像采集、图像处理和图像识别等功能，常用于数字摄像机、医疗影像设备等。
3. 数据存储与处理领域：FPGA可以实现数据的存储、处理和传输等功能，常用于数据库系统、数据中心等。
4. 工业控制领域：FPGA可以实现逻辑控制、运动控制和故障检测等功能，常用于工业自动化设备、机器人等。
5. 汽车电子领域：FPGA可以实现汽车电子系统的控制和管理，常用于发动机控制、车载娱乐系统等。
四、FPGA的优势与局限FPGA作为一种可编程逻辑器件，具有以下几个优势：1. 灵活可重构：FPGA可以根据需求进行灵活的硬件配置，支持实时更新和修改。
2. 高性能：FPGA可以实现并行处理，具有较高的运算速度和处理能力。
FPGA的基本原理(详细+入门)
门阵等效门：一个门阵等效门定义为一个两输入端的“与非”门。 系统门：是芯片上门的总数，是厂家指定给器件的一个门数。
十一、FPGA的封装
1、引脚数：FPGA芯片总的引脚数。 2、用户I/O数：指除了电源引脚、特殊功能引脚外的引脚，这些引脚可根据用户的需要进行配置。 3、 I/O驱动电流：8mA 或10mA。 4、时钟网络数：FPGA芯片可能包含1个、2个或4个时钟网络。 5、封装：PLCC，PQFP，CPGA等封装形式。 6、工作温度范围：FPGA芯片一般有商用、工业用及军用等不同的工作温度范围。 7、工作环境：一般分普通工作环境和航天工作环境。
ACT1模块是如何实现三输入与门的？
2、查表型FPGA结构 两输入与门： 4 X 1 RAM 表：
A
B
C
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
A1
A0
（二）、 什么是FPGA？ FPGA是英语（Field programmable Gate Array）的缩写，即现场可编程门阵。它的结构类似于掩膜可编程门阵（MPGA），由可编程逻辑功能块和可编程I/O模块排成阵列组成，并由可编程的内部连线连接这些逻辑功能块和I/O模块来实现不同的设计。 1、FPGA与MPGA的区别： MPGA利用集成电路制造过程进行编程来形成金属互连，而FPGA利用可编程的电子开关实现逻辑功能和互连。 2、FPGA与CPLD的区别： 1) 结构不同：FPGA是由可编程的逻辑模块、可编程的分段互连线和I/O模块组成，而CPLD是由逻辑阵列块、可编程连线阵列和I/O模块组成。 2) CPLD延时可预测（Predictable），FPGA的延时与布局布线情况有关。 3) CPLD 组合逻辑多而触发器较少，而FPGA触发器多。
fpga初学
大西瓜FPGA资料共享回顾刚开始学习FPGA的时候，感觉作为一个新手从AL TER A的FPGA入门比较好，资料也相对比较多，所以就选择了AL TERA的片子。
刚开始我是从VHDL学起的，在从老师那里拿了开发板之后，在好奇感和新鲜感的驱逐下如饥似渴地学起了FPGA，因为作为一个新手，同时之前学习单片机，所以一开始很难从程序设计转变到硬件设计的思想中，一开始无法体会到FPGA设计的原则。
同时，开发板配套的教程也不是很详细，只能靠着自己慢慢去琢磨、去积累。
经过一年的学习后，我们团队也总结了一些资料，同时也有了我们自己的心得。
后来，由于项目需要，我们团队必须制作一块FPGA板，FPGA板并调试通过我们便对PCB进行修改，就想打造属于我们团队FPGA 入门学习板，用于新手的学习，由此我们总结了我们FPGA学习之路，确定哪些模块适合新手入门学习、掌握FPGA的设计方法、为进一步深入学习FPGA做准备。
学习FPGA这个过程，发现关注FPGA的人越来越多，平时我们也经常关注阿莫的帖子，今天借阿莫宝地，共享我们的资料、教程，愿与广大莫友学习交流。
教程目录：教程编写风格：DDS信号发生器：51内核开发：自制教程：FPGA大西瓜开发板基础教程：FPGA大西瓜开发板进阶教程：数字基础例程：数字基础1：；数字基础2：开发板基础实验：基础实验part1:基础实验part2:进阶实验：LCD12864显示汉字：AD_TLC549采集模拟信号：DA_TLC5615（10位）驱动输出：IIC读写与串口PC显示：LCD12864显示汉字：LCD12864显示图片：PS2接口驱动串口显示：基于DDS的DA正弦波输出：基于ps2的lcd1602显示：任意波形频率、相位、幅值可调输出：基于51内核的开发：基于51内核的流水灯：基于51内核的电子钟：最后晒下板的图片：感谢广大莫友的支持，希望与大家交流学习进步！。
fpga语法知识点总结
fpga语法知识点总结一、Verilog语言Verilog是一种硬件描述语言（HDL），用于描述数字电路和系统级设计。
在FPGA设计中，Verilog语言常常用于描述逻辑功能和时序控制。
Verilog语言包括模块、端口、信号声明、组合逻辑、时序逻辑、行为模拟等部分。
1. 模块：Verilog中的模块是一个最基本的组织单位，它类似于面向对象编程中的类。
每个模块都有自己的输入输出端口和内部逻辑实现。
在FPGA设计中，通常会设计多个模块来实现不同的功能，然后将这些模块连接起来，构成一个完整的系统。
2. 端口：在Verilog中，端口用于定义模块与外部环境的接口。
端口可以被定义为输入端口（input）、输出端口（output）、双向端口（inout）等，用于进行与外部信号的通信。
3. 信号声明：在Verilog中，信号用于传递逻辑信息。
信号可以是单个的位（bit）信号，也可以是多位（bus）信号。
在FPGA设计中，对信号的声明和使用是非常重要的，可以影响到设计的性能和资源占用。
4. 组合逻辑：组合逻辑是一种不含时钟的逻辑电路，其输出仅由输入决定。
在Verilog中，组合逻辑常常使用逻辑运算符和条件语句来描述。
5. 时序逻辑：时序逻辑是一种包含时钟信号的逻辑电路，其输出由时钟信号和输入信号共同决定。
在FPGA设计中，时序逻辑和时序约束非常重要，可以影响到设计的时序性能。
6. 行为模拟：行为模拟是一种用于验证设计功能和性能的技术。
在Verilog中，可以使用行为模拟语句来描述设计的行为，并进行仿真验证。
二、VHDL语言VHDL（VHSIC Hardware Description Language）是一种硬件描述语言，用于描述数字电路和系统级设计。
在FPGA设计中，VHDL语言和Verilog语言一样，用于描述逻辑功能和时序控制。
VHDL语言包括实体、端口、信号声明、组合逻辑、时序逻辑、行为模拟等部分。
1. 实体：在VHDL中，实体是描述一个硬件单元的基本描述。
FPGA入门教程
FPGA入门教程FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，可以根据用户的需求进行配置，用于实现各种不同的逻辑电路。
相比于ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）, FPGA在设计周期、成本和灵活性方面具有明显的优势。
本教程将介绍FPGA的基本概念、设计流程和常见的编程方法。
一、FPGA的基本概念FPGA由可编程逻辑单元（Look-Up Tables, LUTs）、寄存器和多路复用器等基本元件组成。
这些元件通过一系列的可编程连线来连接，从而实现用户所需的电路功能。
用户可以通过编程来配置FPGA的连线和逻辑单元，从而实现不同的电路功能。
二、FPGA的设计流程1.需求分析：明确设计的目标和需求，确定需要实现的功能。
2.电路设计：将所需的功能转化为电路设计，包括逻辑门电路的设计和连线规划。
3.编程语言选择：选择一种适合的编程语言进行FPGA的编程。
常见的编程语言包括VHDL和Verilog。
4.编写代码：使用选定的编程语言编写FPGA的代码，其中代码包括包括逻辑电路和连线规划。
5.仿真验证：通过仿真软件对FPGA的代码进行验证，确保电路的正确性。
6.综合和布局布线：将FPGA的代码进行综合，将其转换为真正的逻辑电路。
然后进行布局布线，将逻辑电路映射到FPGA的可编程连线中。
8.测试和调试：对FPGA进行测试和调试，检查功能和性能是否符合设计需求。
三、FPGA的编程方法1.结构化编程：采用模块化设计方法，将FPGA的功能划分为若干个模块，每个模块负责实现特定的功能。
然后，将这些模块进行实例化和连接，构建成完整的电路。
2.状态机设计：利用状态机的概念来描述和实现电路的行为。
将电路分为若干个状态，并定义状态之间的转移条件。
通过寄存器和逻辑门来实现状态机的转移和控制逻辑。
3.时序分析：对FPGA的时序进行分析，在设计和布局布线过程中保证电路的正常工作。
FPGA 基础知识
FPGA基础知识1、查找表LUT和编程方式第一部分：查找表LUTFPGA是在PAL、GAL、EPLD、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。
它是作为ASIC领域中的一种半定制电路而出现的，即解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路有限的缺点。
由于FPGA需要被反复烧写，它实现组合逻辑的基本结构不可能像ASIC那样通过固定的与非门来完成，而只能采用一种易于反复配置的结构。
查找表可以很好地满足这一要求，目前主流FPGA都采用了基于SRAM工艺的查找表结构，也有一些军品和宇航级FPGA采用Flash或者熔丝与反熔丝工艺的查找表结构。
通过烧写文件改变查找表内容的方法来实现对FPGA的重复配置。
根据数字电路的基本知识可以知道，对于一个n输入的逻辑运算，不管是与或非运算还是异或运算等等，最多只可能存在2n种结果。
所以如果事先将相应的结果存放于一个存贮单元，就相当于实现了与非门电路的功能。
FPGA的原理也是如此，它通过烧写文件去配置查找表的内容，从而在相同的电路情况下实现了不同的逻辑功能。
查找表（Look-Up-Table）简称为LUT，LUT本质上就是一个RAM。
目前FPGA中多使用4输入的LUT，所以每一个LUT可以看成一个有 4位地址线的的RAM。
当用户通过原理图或HDL语言描述了一个逻辑电路以后，PLD/FPGA开发软件会自动计算逻辑电路的所有可能结果，并把真值表（即结果）事先写入 RAM，这样，每输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址进行查表，找出地址对应的内容，然后输出即可。
下面给出一个4与门电路的例子来说明LUT实现逻辑功能的原理。
例1-1：给出一个使用LUT实现4输入与门电路的真值表。
从中可以看到，LUT具有和逻辑电路相同的功能。
实际上，LUT具有更快的执行速度和更大的规模。
第二部分：编程方式由于基于LUT的FPGA具有很高的集成度，其器件密度从数万门到数千万门不等，可以完成极其复杂的时序与逻辑组合逻辑电路功能，所以适用于高速、高密度的高端数字逻辑电路设计领域。
新手的FPGA学习必备的四个基础知识详解
新手的FPGA学习必备的四个基础知识详解FPGA已成为现今的技术热点之一，无论学生还是工程师都希望跨进FPGA 的大门。
网络上各种开发板、培训班更是多如牛毛，仿佛在告诉你不懂FPGA你就OUT 啦。
那么我们要玩转FPGA必须具备哪些基础知识呢？下面我们慢慢道来。
（一）要了解什么是FPGA既然要玩转FPGA，那我们首先最重要的当然是要了解什么FPGA。
FPGA （Field-Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列。
看到编程两个字码农就笑了，不就是编程嘛，那可是我们的强项。
且慢，此编程非彼编程。
一定要把FPGA的编程和软件编程区分开来。
软件的编程，处理器会逐条的把语言翻译成各种控制信号，去控制内部电路完成一个个运算或操作。
那么FPGA的编程是怎么实现的呢？无论Altera家还是Xlinix家的FPGA，叫法有什么差异，基本单元都相似，都是由真值表和D触发器构成。
改变真值表的值就改变了逻辑功能，再通过和D触发器组合来实现任何时序逻辑。
所以我们对FPGA的编程，实际上就是去修改这些真值表和连接关系，使他们组成一张专门的真值表，去实现特定的功能。
这和软件编程一步步运行程序有本质的区别。
要想玩转FPGA，就必须理解FPGA内部的工作原理，学习如何利用这些单元实现复杂的逻辑设计。
（二）正确理解HDL语言HDL（Hardware DescripTIon Language），硬件描述语言。
通过名称我们能看出来，HDL 语言是一种描述语言，这一点和C语言是有本质区别的。
正确理解描述的含义，对学好HDL语言很有帮助。
HDL语言只是用文本的方式把硬件电路描述出来。
我们在阅读HDL 程序的时候，在脑子里应该能反映出一个完整的硬件电路结构。
从另一方面说，我们在编写HDL语言之前，就已经对要实现的电路有清晰的概念。
所以HDL语言只是一个描述我们头脑中具体电路的工具，玩转FPGA的根本不是语言而是逻辑电路设计。
FPGA入门学习教材
VHDL是一种硬件描述语言，用于描述数字电路的行为和结构 VHDL语言包括实体、结构体、进程等基本元素 VHDL语言可以用于描述FPGA的逻辑功能 VHDL语言可以用于仿真和验证FPGA设计
简介：Xilinx Vivado是一款 用于FPGA设计 的集成开发环
境
功能：支持硬 件设计、仿真、 综合、布局布 线和实现等全
测试流程：制定测试计划、 编写测试代码、执行测试、
分析测试结果、优化设计
FPGA与CPU： FPGA更擅长并行 计算，而CPU更擅 长串行计算
FPGA与GPU： FPGA更灵活，可 以定制硬件结构FPGA开发周期短， 成本低，而ASIC 性能更高，但开发 周期长，成本高
优化算法：选择合 适的算法，提高计 算效率
并行处理：利用 FPGA的并行处理 能力，提高设计性 能
流水线设计：采用 流水线设计，提高 设计性能
资源优化：合理利 用FPGA的资源， 提高设计性能
测试方法：功能测试、性能 测试、压力测试等
测试目的：确保FPGA设计 的正确性和可靠性
测试工具：逻辑分析仪、示 波器、协议分析仪等
FPGA在物联网 数据分析中的应 用：进行大数据 分析和人工智能 处理
FPGA在云计算数 据中心的应用
FPGA在虚拟化技 术中的应用
FPGA在云存储中 的应用
FPGA在云安全中 的应用
汇报人：XXX
XXX,a click to unlimited possibilities
汇报人：XXX
概念：可编程逻辑门是一种可编程的电子设备，可以改变其内部逻辑功能。
工作原理：可编程逻辑门通过可编程的寄存器和逻辑单元来实现逻辑功能。
应用：可编程逻辑门广泛应用于电子设备、通信、计算机等领域。 优点：可编程逻辑门具有较高的灵活性和可扩展性，可以适应不同的应用需 求。
FPGA零基础入门班
工作原理：通过按键输入信号，FPGA处理并执行相应操作
设计流程：按键输入信号采集、按键状态判断、按键处理逻辑设计
实例分析：基于FPGA的按键输入与处理系统设计
FPGA进阶学习与拓展
PART 05
FPGA高级编程技巧
掌握Verilog/VHDL等硬件描述语言
理解FPGA内部结构，如CLB、IOB、PLL等
编程方式：使用硬件描述语言（HDL）进行编程
设计流程：编写代码、综合、布局布线、仿真、调试、实现
FPGA开发流程
需求分析：明确FPGA需要实现的功能
设计输入：编写Verilog或VHDL等硬件描述语言代码
综合：将硬件描述语言代码转换为门级网表
布局布线：根据门级网表进行布局布线，生成物理级网表
仿真验证：使用仿真工具对设计进行功能验证和时序验证
1990年代，FPGA开始广泛应用于通信、军事、航天等领域
2020年代，FPGA在AI、大数据、云计算等领域的应用越来越广泛
FPGA基本结构
FPGA芯片：包含可编程逻辑块、输入输出块、互连资源等
可编程逻辑块：实现各种逻辑功能的基本单元
输入输出块：与外部设备进行数据交互的接口
互连资源：实现逻辑块之间信号传递的通道
硬件仿真器配置：在Quartus Prime中设置FPGA型号、时钟频率、I/O端口等参数。
硬件仿真器使用：在Quartus Prime中编写测试程序，编译、下载到FPGA，观察仿真结果。
硬件仿真器安装：下载并安装相应的硬件仿真器软件，如Quartus Prime。
FPGA编程语言与设计方法
PART 03
学习高级时序控制技巧，如异步时钟处理、多时钟域设计等
掌握高级功能实现方法，如FIFO、RAM、乘法器等
fpga自学流程
fpga自学流程FPGA（现场可编程门阵列）是一种可编程逻辑器件，具有广泛的应用领域，包括计算机科学、电子工程、通信等。
如果你对FPGA感兴趣，并希望自学这一领域，下面是一些流程和步骤，帮助你开始学习。
1. 学习数字电子学基础知识：在开始学习FPGA之前，了解数字电子学的基础知识非常重要。
这包括数字电路、逻辑门、组合逻辑和时序逻辑等内容。
有了这些基础知识，你将更好地理解FPGA的工作原理和应用。
2. 学习HDL（硬件描述语言）：HDL是用于描述FPGA设计的语言，常见的HDL包括VHDL和Verilog。
选择一种HDL语言，并系统地学习它。
掌握HDL将使你能够描述和设计FPGA电路，并能将其实现在硬件上。
3. 学习FPGA开发工具和平台：学习并熟悉FPGA开发工具和平台是必不可少的一步。
常用的FPGA开发工具包括Xilinx的Vivado和Altera的Quartus等。
这些工具提供了设计、仿真和综合FPGA电路所需的环境和工具。
4. 完成入门项目：在开始复杂的FPGA设计之前，先从一些入门级项目开始。
这些项目旨在帮助你熟悉FPGA开发流程和基本的电路设计。
一些常见的入门项目包括LED闪烁、数码管显示和按钮输入等。
5. 深入学习FPGA设计技术：一旦你完成了入门项目，就可以开始深入学习更高级的FPGA设计技术。
学习如时钟管理、状态机设计、并行处理和通信接口等高级概念。
还可以尝试设计更复杂的项目，如数字信号处理和图像处理等。
6. 参与在线社区和论坛：在学习过程中，参与在线FPGA社区和论坛可以帮助你与其他FPGA爱好者交流经验和获取实际指导。
在这些平台上，你可以提问问题、分享项目经验，并从其他人的经验中学习。
7. 实践和不断练习：FPGA是一门实践性很强的学科，通过实践和不断练习你的技能将得以提高。
尝试设计不同类型的项目，并挑战自己解决问题的能力。
通过不断实践和尝试，你会逐渐成为一位熟练的FPGA工程师。
fpga知识点
fpga知识点
FPGA（Field-Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，是
在PAL、PLA和CPLD等可编程器件的基础上进一步发展起来的一种更
复杂的可编程逻辑器件。
它是ASIC领域中的一种半定制电路，既解决
了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路有限的缺点。
FPGA的基本结构包括可编程输入输出单元、可配置逻辑块、数字时钟
管理模块、嵌入式块RAM、布线资源、内嵌专用硬核、底层内嵌功能单元。
FPGA的设计流程包括算法设计、代码仿真以及设计、板级调试，设计
者根据实际需求建立算法架构，利用EDA建立设计方案或HDL编写设
计代码，通过代码仿真保证设计方案符合实际要求，最后进行板级调试，利用配置电路将相关文件下载至FPGA芯片中，验证实际运行效果。
由于FPGA需要被反复烧写，它实现组合逻辑的基本结构不可能像ASIC 那样通过固定的与非门来完成，而只能采用一种易于反复配置的结构，查找表（Look Up Table，LUT），可以很好地满足这一要求。
LUT实质就是一个RAM，由布尔代数理论可知，对于一个n输入的逻辑运算，最多产生2^n个不同的组合。
所以，如果预先将相应的结果保存在一个
存储单元中，就相当于实现了与非门电路的功能。
以上信息仅供参考，建议查阅专业书籍或者咨询专业人士了解更多信息。
FPGA零基础新手入门
数字信号处理设计实践
数字信号处理概述：介绍数字信号处理的基本概念、原理和应用领域。
数字滤波器设计：讲解数字滤波器的原理、类型和设计方法，以及在FPGA 上的实现方式。
频域分析：介绍频域分析的基本原理、方法和应用，以及在FPGA上的实现 方式。
数字信号处理算法优化：讲解常用数字信号处理算法的优化方法，以及在 FPGA上的实现方式。
开发工具： Vivado、 Vivado HL、 Vivado HLS等
安装步骤：下载 安装包、运行安 装程序、按照提 示进行安装
配置步骤：启动 开发工具、选择 合适的FPGA器 件型号、配置IP 核、设置约束文 件等
常见问题及解决 方法：安装失败、 配置错误等问题 的解决方法
03
FPGA编程语言基础
功耗优化技巧
动态功耗管理：通过关闭不使用的资源来降低功耗 时钟门控：减少不必要的时钟信号，降低功耗 优化算法：选择低功耗算法，避免资源浪费 硬件优化：使用低功耗硬件，如低功耗存储器
可靠性优化技巧
冗余设计：在 关键路径上增 加冗余模块， 提高系统的可
靠性
容错技术：采 用奇偶校验、 循环冗余校验 等技术，检测
通信系统设计实践
基于FPGA的通信系统设计流程
通信协议栈的实现与优化
添加标题
添加标题
通信系统硬件平台选择与搭建
添加标题
添加标题
通信系统的测试与验证
图像处理设计实践
使用FPGA实现 图像采集
基于FPGA的图 像预处理算法实 现
基于FPGA的图 像特征提取与匹 配
基于FPGA的图 像压缩与传输
05
HDL语言简介
HDL定义：硬件描述语言，用于描述数字电路和系统行为的语言 HDL功能：描述逻辑电路的行为和结构，支持逻辑合成和验证 HDL种类：Verilog和VHDL是最常用的两种HDL语言 HDL编程：采用文本编辑器或集成开发环境进行编程
0基础小白如何制定fpga学习计划
0基础小白如何制定fpga学习计划在当今科技日新月异的时代，硬件编程越来越受到重视，FPGA（Field-Programmable Gate Array）作为一种可编程的逻辑芯片，在各种应用领域都有着广泛的应用。
而对于0基础小白而言，想要学习FPGA编程可能会感到困惑和迷茫。
因此，本文将为0基础小白制定一份FPGA学习计划，帮助他们逐步掌握FPGA编程的相关知识和技能。
第一阶段：入门基础1.了解FPGA的基本概念FPGA是一种可编程逻辑芯片，它可以通过编程来实现不同的逻辑功能。
小白需要了解FPGA的基本原理和结构，包括FPGA的硬件资源、布线和时序控制等方面的知识。
2.学习Verilog或VHDL语言Verilog和VHDL是FPGA编程的两种主流语言，小白可以选择其中一种语言进行学习。
通过学习Verilog或VHDL语言，理解逻辑门、组合逻辑、时序电路等基本概念，并能够编写简单的逻辑电路代码。
3.掌握常用的FPGA开发工具在学习FPGA编程过程中，开发工具是必不可少的。
小白可以选择常用的FPGA开发工具，如Quartus、Vivado等，并学习其基本操作和使用方法。
第二阶段：深入学习1.学习FPGA的高级应用除了基本的逻辑设计外，FPGA还可以应用在数字信号处理、通信系统、图像处理等领域。
小白可以学习FPGA的高级应用，了解FPGA在各个领域的具体应用场景和实现方法。
2.了解FPGA的硬件架构FPGA的硬件架构包括逻辑单元、存储单元、时序控制等部分，小白可以深入学习FPGA的硬件架构，理解FPGA内部的工作原理和结构。
3.实践项目通过实践项目，小白可以将理论知识与实际应用相结合，提高自己的编程能力。
可以选择一些简单的FPGA项目，如LED灯控制、数码管显示、信号发生器等，逐步提高自己的编程和调试能力。
第三阶段：提升水平1.参加FPGA竞赛或比赛参加FPGA竞赛或比赛是一个锻炼自己的好机会，通过参加比赛，小白可以将自己的FPGA编程能力与他人进行比拼，在竞赛中学习和提高。
fpga基础知识
fpga基础知识
FPGA（Field Programmable Gate Array），是一种可编程逻辑器件，它是一种集成电路芯片，与ASIC（Application Specific Integrated Circuit）和微处理器不同，FPGA不是预先设计好的芯片，而是可以根据用户的需要进行定制化设计的芯片。
FPGA的主要特点是：可编程性、灵活性和可重构性。
FPGA的基础知识包括：
1.器件结构：FPGA由可编程逻辑单元（CLB）、可编程输入输出单元（IOB）、时钟管理器（Clock Manager）和全局路由器（Global Router）等部分组成。
2.CLB：CLB是FPGA的基本单元，包括查找表（LUT）、触发器（FF）和多路选择器（MUX）等，可以实现各种逻辑功能。
3.IOB：IOB是FPGA与外部环境交互的接口，包括输入输出引脚、电平转换器、上拉电阻等。
4.时钟管理器：时钟管理器用于产生、分配和缓存时钟信号，保证时序的正确性。
5.全局路由器：全局路由器是FPGA内部信号的主要传输路径，它连接了FPGA内部的所有资源，包括CLB、IOB、时钟管理器等。
6.配置方式：FPGA的配置方式包括SRAM配置、Flash配置和Antifuse配置等。
7.设计流程：FPGA设计流程包括设计、仿真、综合、布局布线和配置等步骤。
FPGA具有广泛的应用领域，如数字信号处理、图像处理、通信系统、计算机网络、嵌入式系统等。
由于其可重构性和灵活性，FPGA
可以根据具体应用的需求进行定制化设计，相对于ASIC和微处理器具有更高的性能和更快的开发速度。
FPGA学习需要哪些东西？
FPGA学习需要哪些东西？作为一个FPGA初级工程师，分享一下我的经验，FPGA作为一个将设计者的设计方法实现的工具。
学习FPGA的最终目的，就是能够熟练应用并且在规定时间段内，设计出完美的时序逻辑电路。
我以为应该从以下六方面着手：一、数字电路等基础知识FPGA是一个可编程逻辑器件。
在学习FPGA之前，必须熟练掌握乃至精通数字电路的知识如：组合逻辑电路（译码器、编码器、逻辑门）、时序逻辑电路（RAM、ROM、触发器、计数器、FIFO、双口RAM等）、数制与编码（常用的几种编码格式尤其是独热码）、状态机、接口与、时序图（SPI、I2C、USB等）、波形图。
有些知识可能在开发时你容易忽略如，亚稳态、开关噪声（SSN）。
这些基础知识都要学习。
二、FPGA的内部结构了解FPGA内部结构，有助于方案器件选型与解决方案设计。
也是对FPGA器件使用的最基本要求。
三、FPGA的开发与调试FPGA开发包含开发工具和开发语言的选择。
开发FPGA的厂商很多，如Intel Altera，Xilinx等。
所以需要针对一门开发工具和仿真工具进行学习。
开发工具包含设计工具和仿真工具（如modelsim、QuestaSim）。
然后再根据不同的开发工具选择不同的开发流程。
具体工具入门可参考网上相关教程。
开发语言可选Verilog HDL 与VHDL 其中一种进行学习，随后根据需要可以再学习另一门语言。
语言学习时，需要注意编写规范。
FPGA的调试是比较复杂的一个过程，包含板级调试和算法调试。
算法调试必须借助JTAG调试接口与相关工具（逻辑分析仪、示波器、MATLAB）进行。
因此必须掌握JTAG、逻辑分析仪、示波器、MATLAB等相关工具使用。
四、FPGA的系统级设计如果未来准备从事板级类开发，就要学习FPGA外围硬件原理图。
涉及到电源设计（LDO、DC-DC）、接口电路（SPI、CAMISP、总线）、外设硬件（ADC、DAC、驱动器）、时钟模块等部分。
FPGA学习资料
1.18 查找表的原理与结构？
查找表（look-up-table）简称为 LUT，本质上是一个 RAM。目前 FPGA 中多使用 4 输 入的 LUT，所以每一个 LUT 可以看成一个有 4 位地址线的 16x1 的 RAM。 当用户通过原 理图或 HDL 语言描述了一个逻辑电路以后，PLD/FPGA 开发软件会自动计算逻辑电路的所 有可能的结果，并把结果事先写入 RAM，每输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地 址进行查表，找出地址对应的内容，然后输出。
电平敏感的存储期间称为锁存器。 可分为高电平锁存器和低电平锁存器， 用于不同时钟 之间的信号同步。 由交叉耦合的门构成的双稳态的存储原件称为触发器。分为上升沿触发和下降沿触发。 可以认为是两个不同电平敏感的锁存器串连而成。前一个锁存器决定了触发器的建立时间， 后一个锁存器则决定了保持时间。
1.11 FPGA 芯片内有哪两种存储器资源？
1.19 ic 设计前端到后端的流程和 eda 工具？
设计前端也称逻辑设计，后端设计也称物理设计，两者并没有严格的界限，一般涉及到 与工艺有关的设计就是后端设计。 1：规格制定：客户向芯片设计公司提出设计要求。 2：详细设计：芯片设计公司（Fabless）根据客户提出的规格要求，拿出设计解决方 案和具体实现架构，划分模块功能。目前架构的验证一般基于 systemC 语言，对价后模型 的仿真可以使用 systemC 的仿真工具。例如：CoCentric 和 Visual Elite 等。 3：HDL 编码：设计输入工具：ultra ，visual VHDL 等 4：仿真验证：modelsim 5：逻辑综合：synplify 6：静态时序分析：synopsys 的 Prime Time 7：形式验证：Synopsys 的 Formality.
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FPGA入门1．数字电路设计入门2．FPGA简介3．FPGA开发流程4．RTL设计5．QuartusⅡ设计实例6. ModelSim和Testbench1.数字电路设计入门1.1数字电路设计数字电路设计的核心是逻辑设计。
通常，数字电路的逻辑值只有‘1’和‘0’，表征的是模拟电压或电流的离散值，一般‘1’代表高电平，‘0’代表低电平。
高低电平的含义可以理解为，存在一个判决电平，当信号的电压值高于判决电平时，我们就认为该信号表征高电平，即为‘1’。
反之亦然。
当前的数字电路中存在许多种电平标准，比较常见的有TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVDS、HSTL、SSTL等。
这些电平的详细指标请见《补充教程1：电平标准》。
数字电路设计大致可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。
一般的数字设计的教材中对组合逻辑电路和时序逻辑电路的定义分别为：组合逻辑电路的输出仅与当前的输入有关，而时序逻辑电路的输出不但与输入有关，还和系统上一个状态有关。
但是在设计中，我们一般以时钟的存在与否来区分该电路的性质。
由时钟沿驱动工作的电路为时序逻辑电路。
大家注意，这两种电路并不是独立存在的，他们相互交错存在于整个电路系统的设计中。
1.1.1组合逻辑电路组合逻辑电路由任意数目的逻辑门电路组成，一般包括与门、或门、非门、异或门、与非门、或非门等。
一般的组合逻辑电路如下图：其中A,B,C,D,E,F为输入，G为输出。
1.1.2时序逻辑电路时序逻辑电路由时钟的上升沿或下降沿驱动工作，其实真正被时钟沿驱动的是电路中的触发器（Register），也称为寄存器。
触发器的工作原理和参数如下图：下面是两个简单的时序逻辑电路例子：(1)、时钟分频电路该时序电路的功能为实现对时钟’clk’的4分频，其中’clk_2’为2分频时钟，’clk_4’为4分频时钟，’enable’为该电路的使能信号。
其功能仿真波形如下图所示：(2)、序列检测器该时序电路实现了一个序列检测器，当输入序列‘datain’中出现‘101’时，标志位F将输出‘1’，其他时刻输出‘0’。
电路中‘clk’为时钟信号，‘D1’，‘D2’，‘D3’为移位寄存器的输出，’enable’为该电路的使能信号。
其功能仿真波形如下图所示：可见，时序电路设计的核心是时钟和触发器，这两者也是我们设计电路时需重点关注的。
1.2毛刺的产生与消除1.2.1竞争与冒险当一个逻辑门的输入有两个或两个以上的变量发生改变时，由于这些变量是经过不同路径产生的，使得它们状态改变的时刻有先有后，这种时差引起的现象称为竞争（Race）。
竞争的结果将很可能导致冒险（Hazard）发生（例如产生毛刺），造成错误的后果，并影响系统的工作。
组合逻辑电路的冒险仅在信号状态改变的时刻出现毛刺，这种冒险是过渡性的，它不会使稳态值偏离正常值，但在时序电路中，冒险是本质的，可导致电路的输出值永远偏离正常值或者发生振荡。
避免冒险的最简单的方法是同一时刻只允许单个输入变量发生变化，或者使用寄存器采样的办法。
1.2.2毛刺的产生与危害信号在FPGA器件中通过逻辑单元连线时，一定存在延时。
延时的大小不仅和连线的长短和逻辑单元的数目有关，而且也和器件的制造工艺、工作环境等有关。
因此，信号在器件中传输的时候，所需要的时间是不能精确估计的，当多路信号同时发生跳变的瞬间，就产生了“竞争冒险”。
这时，往往会出现一些不正确的尖峰信号，这些尖峰信号就是“毛刺”。
让我们来具体看一下毛刺是如何产生的。
下图是一个与门电路，我们期望的设计是，a和b信号同时变化，这样输出OUT将一直为0，但是实际中OUT 产生了毛刺，它的仿真波形如下所示：可见，即使是在最简单的逻辑运算中，如果出现多路信号同时跳变的情况，在通过内部走线之后，就一定会产生毛刺。
而现在数字电路设计中的信号往往是由时钟控制的，如果将带有毛刺的输出信号直接连接到时钟输入端、清零或置位端口的设计，可能会导致严重的后果；此外对于多数据输入的复杂运算系统，每个数据都由相当多的位数组成。
这时，每一级的毛刺都会对结果有严重的影响，如果是多级的设计，那么毛刺累加后甚至会影响整个设计的可靠性和精确性。
判断一个逻辑电路在某些输入信号发生变化时是否会产生毛刺，首先要判断信号是否会同时变化，然后判断在信号同时变化的时候，是否会产生毛刺，这可以通过逻辑函数的卡诺图或逻辑函数表达式来进行判断。
1.2.3毛刺的消除毛刺是数字电路设计中的棘手问题，它的出现会影响电路工作的稳定性、可靠性，严重时会导致整个数字系统的误动作和逻辑紊乱。
可以通过以下几种方法来消除毛刺：1、输出加D触发器这是一种比较传统的去除毛刺的方法。
原理就是用一个D触发器去读带毛刺的信号，利用D触发器对输入信号的毛刺不敏感的特点，去除信号中的毛刺。
在实际中，对于简单的逻辑电路，尤其是对信号中发生在非时钟跳变沿的毛刺信号，去除效果非常的明显。
但是如果毛刺信号发生在时钟信号的跳变沿，D触发器的效果就没有那么明显了（加D 触发器以后的输出q，仍含有毛刺）。
另外，D触发器的使用还会给系统带来一定的延时，特别是在系统级数较多的情况下，延时也将变大，因此在使用D触发器去除毛刺的时候，一定要视情况而定，并不是所有的毛刺都可以用D触发器来消除。
2、信号同步法设计数字电路的时候采用同步电路可以大大减少毛刺。
由于大多数毛刺都比较短（大概几个纳秒），只要毛刺不出现在时钟跳变沿，毛刺信号就不会对系统造成危害了。
因此一般认为，只要在整个系统中使用同一个时钟就可以实现系统同步。
但是，时钟信号在FPGA 器件中传递时是有延时的，我们无法预知时钟跳变沿的精确位置。
也就是说我们无法保证在某个时钟的跳变沿读取的数据是一个稳定的数据，尤其是在多级设计中，这个问题就更加突出。
因此，做到真正的"同步"就是去除毛刺信号的关键问题。
所以同步的关键就是保证在时钟的跳变沿读取的数据是稳定的数据而不是毛刺数据。
以下为两种具体的信号同步方法。
（1）信号延时同步法信号延时法，它的原理就是在两级信号传递的过程中加一个延时环节，从而保证在下一个模块中读取到的数据是稳定后的数据，即不包含毛刺信号。
这里所指的信号延时可以是数据信号的延时，也可以是时钟信号的延时。
（2）状态机控制使用状态机也可以实现信号的同步和消除毛刺的目的。
在数据传递比较复杂的多模块系统中，由状态机在特定的时刻分别发出控制特定模块的时钟信号或者模块使能信号，状态机的循环控制就可以使得整个系统协调运作，同时减少毛刺信号。
那么只要我们在状态机的触发时间上加以处理，就可以避免竞争冒险，从而抑制毛刺的产生。
3、格雷码计数器对于一般的二进制或十进制计数器，在计数时，将有多位信号同时跳变。
例如一个3bit 二进制计数器，由’111’转换为’000’时，必将产生毛刺。
此时，使用格雷码计数器将避免毛刺的出现，因为格雷码计数器的输出每次只有一位跳变。
其他关于毛刺的详细讨论，请见补充教程2：关于毛刺问题的探讨。
1.3同步电路设计同步电路是指所有电路在同一个公共时钟的上升沿或下降沿的触发下同步地工作。
但在实际系统中，往往存在多时钟域的情况，这时同步的概念有所延伸，不再专指整个设计同步于同一时钟沿，而是指设计应该做到局部同步，在每个时钟域内的电路要同步于同一时钟沿。
1.3.1 同步电路设计的优点：1．同步设计能有效地避免毛刺的影响，使得设计更可靠；2．同步设计易于添加异步复位reset，以使整个电路有一个确定的初始状态；3．同步设计可以减小环境对芯片的影响，避免器件受温度，电压，工艺的影响；4．同步设计可以使静态时序分析变得简单和可靠；5．同步设计可以很容易地组织流水线，提高芯片的运行速度。
1.3.2同步电路的设计准则：1．尽可能在设计中使用同一时钟，时钟走全局时钟网络。
走全局时钟网络的时钟是最简单、最可预测的时钟，它具有很强的驱动能力，可以驱动FPGA内部中的所有触发器，并保证Clock skew可以小到忽略的地步。
2．避免使用混合时钟沿采样数据，即避免在设计中同时使用时钟的上升沿和下降沿。
3．尽量少在模块内部使用计数器分频所产生的时钟。
计数器分频时钟需完成的逻辑功能完全可由PLL锁相环或时钟使能电路替代。
计数器分频时钟的缺点是使得系统内时钟不可控，并产生较大的Clock skew，还使静态时序分析变得复杂。
4．避免使用门控时钟。
因为经组合逻辑产生的门控时钟极可能产生毛刺，使D触发器误动作。
5．当整个电路需要多个时钟来实现，则可以将整个电路分成若干局部同步电路（尽量以同一个时钟为一个模块），局部同步电路之间接口当作异步接口考虑，而且每个时钟信号的时钟偏差（△T）要严格控制。
6．电路的实际最高工作频率不应大于理论最高工作频率，留有设计余量，保证芯片可靠工作。
7．电路中所有寄存器、状态机在系统被reset 复位时应处在一个已知的状态。
关于同步电路设计中的其他问题请详见补充教程3：华为同步电路设计规范。
1.3.3关于时钟设计的讨论目前的工程设计中一般使用同步时序电路来完成整个系统的设计，由上一节可见，时钟在同步电路设计中起着至关重要的作用。
那么，我们在设计时首先要完成的是对时钟的设计。
如今在设计中常见的时钟类型包括: 全局时钟、内部逻辑时钟和门控时钟。
1． 全局时钟全局时钟即同步时钟，它通过FPGA 芯片内的全局时钟布线网络或区域时钟网络来驱动，全局时钟具有高扇出、高精度、低Jitter 和低Skew 的特点，它到芯片中的每一个寄存器的延迟最短，且该延迟可被认为是固定值。
所以我们推荐在所有的设计中的时钟都使用全局时钟。
全局时钟的设计有以下几种方法：(1). 由PLL 锁相环来产生全局时钟。
(2). 将FPGA 芯片内部逻辑产生的时钟分配至全局时钟布线网络。
(3). 将外部时钟通过专用的全局时钟输入引脚引入FPGA。
在我们的设计中，一般推荐电路中的所有的时钟都由PLL 锁相环产生。
一方面，PLL 锁相环可实现倍频和移相的操作，使我们很方便地获得所需频率和相位的时钟；另一方面，PLL 锁相环默认将其驱动的时钟分配至全局时钟网络或区域时钟网络，Jitter 和Skew 都很小。
下图取自我们项目中的一个PLL 锁相环设计，该PLL 用于驱动DDR 的接口模块。
因为功能所需，DDR 接口需要三个133MHz 的时钟，相位分别是‘-90’、‘0’、‘-180’，图中所示即为该时钟的产生模块。
我们使用Quartus Ⅱ的Megawizard 生成PLL 锁相环的IP core 。
其中‘inclk_66’为PLL 锁相环的输入时钟，由外部的66MHz 晶振提供，经过PLL 倍频和移相后得到所需的三个全局时钟。
o oo2．内部逻辑时钟内部逻辑时钟即指由芯片内部的组合逻辑或计数器分频产生的时钟。