FPGA全面介绍ppt课件
合集下载
FPGA概述PPT课件
•11
6.底层内嵌功能单元 内嵌专用硬核是相对于底层嵌入的软核而言 的，硬核（Hard Core）使FPGA具有强大 的处理能力，等效于ASIC电路。
•12
1.3 IP核简介
IP（Intelligent Property）核
是具有知识产权的集成电路芯核总称，是 经过反复验证过的、具有特定功能的宏模 块，与芯片制造工艺无关，可以移植到不 同的半导体工艺中。
通道绑定原 理示意图
•28
5.预加重技术 在印制的电路板上，线路是呈现低通滤波 器的频率特性的，为解决高频部分的损失， 就要采取预加重技术。
预加重技术的思想是：在传输信号时，抬高 信号的高频信号，以补偿线路上高频分量的 损失。
•29
没有预加重 的发送波形
•30
预加重后的 发送波形
没有预加重 的接收波形
典型的IOB内部结构示意图
2.可配置逻辑块(CLB)
CLB是FPGA内的基本逻辑单元 .
CLB的实际数量和特性会依据器件的不同而不同，但是每 个CLB都包含一个可配置开关矩阵，此矩阵由选型电路(多 路复用器等)、触发器和4或6个输入组成。
典型的CLB结 构示意图
3. 数字时钟管理模块（DCM）
目前FPGA中多使用4输入的LUT，所以每一 个LUT可以看成是一个有4位地址线的RAM。当用 户通过原理图或HDL语言描述一个逻辑电路以后， 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)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去 进行查表，找出地址对应的内容，然后输出即可。
DLL简单模 型示意图
Xilinx DLL的典 型模型示意图
在FPGA设计中，消除时钟的传输延迟，实现高扇出 最简单的方法就是用DLL，把CLK0与CLKFB相连 即可。 利用一个DLL可以 实现2倍频输出
6.底层内嵌功能单元 内嵌专用硬核是相对于底层嵌入的软核而言 的，硬核（Hard Core）使FPGA具有强大 的处理能力，等效于ASIC电路。
•12
1.3 IP核简介
IP（Intelligent Property）核
是具有知识产权的集成电路芯核总称，是 经过反复验证过的、具有特定功能的宏模 块，与芯片制造工艺无关，可以移植到不 同的半导体工艺中。
通道绑定原 理示意图
•28
5.预加重技术 在印制的电路板上，线路是呈现低通滤波 器的频率特性的，为解决高频部分的损失， 就要采取预加重技术。
预加重技术的思想是：在传输信号时，抬高 信号的高频信号，以补偿线路上高频分量的 损失。
•29
没有预加重 的发送波形
•30
预加重后的 发送波形
没有预加重 的接收波形
典型的IOB内部结构示意图
2.可配置逻辑块(CLB)
CLB是FPGA内的基本逻辑单元 .
CLB的实际数量和特性会依据器件的不同而不同，但是每 个CLB都包含一个可配置开关矩阵，此矩阵由选型电路(多 路复用器等)、触发器和4或6个输入组成。
典型的CLB结 构示意图
3. 数字时钟管理模块（DCM）
目前FPGA中多使用4输入的LUT，所以每一 个LUT可以看成是一个有4位地址线的RAM。当用 户通过原理图或HDL语言描述一个逻辑电路以后， 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)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去 进行查表，找出地址对应的内容，然后输出即可。
DLL简单模 型示意图
Xilinx DLL的典 型模型示意图
在FPGA设计中，消除时钟的传输延迟，实现高扇出 最简单的方法就是用DLL，把CLK0与CLKFB相连 即可。 利用一个DLL可以 实现2倍频输出
《FPGA入门学习》课件
时序控制。
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
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基础ppt课件
Synplify pro 界面
Synplify Pro Features
Synplify Premier 界面
Synplify Premier Features
Quartus II 的界面
Quartus II Features
主要功能
1)可利用原理图、结构框图、VerilogHDL、AHDL和VHDL完成电路 描述，并将其保存为设计实体文件； 2) 功能强大的逻辑综合工具； 3)完备的电路功能仿真与时序逻辑仿真工具； 4)定时/时序分析与关键路径延时分析； 5)可使用SignalTap II逻辑分析工具进行嵌入式的逻辑分析； 6)支持软件源文件的添加和创建，并将它们链接起来生成编程文件； 7)使用组合编译方式可一次完成整体设计流程； 8)自动定位编译错误； 9)高效的期间编程与验证工具； 10)可读入标准的EDIF网表文件、VHDL网表文件和Verilog网表文件； 13)能生成第三方EDA软件使用的VHDL网表文件和Verilog网表文件。
内容
什么是FPGA? 实验室现有的FPGA型号 Altera FPGA 的使用和相关软件介绍 FPGA开发板操作演示
FPGA开发板操作演示
以下进行FPGA开发的具体操作演示
5）时序验证，其目的是保证设计满足时序要求，即setup/hold time符合要求，以便 数据能被正确的采样。时序验证的主要方法包括STA（Static TimingAnalysis）和后 仿真。在后仿真中将布局布线的时延反标到设计中去，使仿真既包含门延时，又包含 线延时信息。这种后仿真是最准确的仿真，能较好地反映芯片的实际工作情况。仿真 工具与综合前仿真工具相同。
FPGA的结构特点
FPGA通常包含三类可编程资源：可编程逻辑功能 块、可编程I/O块和可编程互连。可编程逻辑功能 块是实现用户功能的基本单元，它们通常排列成 一个阵列，散布于整个芯片；可编程I/O块完成芯 片上逻辑与外部封装脚的接口，常围绕着阵列排 列于芯片四周；可编程内部互连包括各种长度的 连线线段和一些可编程连接开关，它们将各个可 编程逻辑块或I/O块连接起来，构成特定功能的电 路。
FPGA入门培训教材共45张PPT课件
# STEP#2: run synthesis, report utilization and timing synth_design -top bft -part xc7k70tfbg484-2 write_checkpoint -force $outputDir/post_synth report_timing_summary -file $outputDir/post_synth_timing_summary.rpt report_power -file $outputDir/post_synth_power.rpt # STEP#3: run placement and logic optimzation, report utilization and timingestimates, write checkpoint design opt_design place_design phys_opt_design write_checkpoint -force $outputDir/post_place report_timing_summary -file $outputDir/post_place_ti家！
# 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
# 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基础知识PPT课件
.
18
基本可编程逻辑单元
由查找表(Look up table)触发器(FF)组成；
LUT一般是4输入查找表，高端器件（xilinx v5）采用LUT-6结构； LUT可看成4位地址线的16x1的RAM 结构
FF是可编程的触发器，可配置成同步/异步复位、同步/异步置位、 使能、装载等功能触发器；
a,b,c,d
.
29
SOPC(System on programmable chip):片上可编 程系统 FPGA内嵌入了CPU/DSP，具备实现软硬件协同 设计的能力； Xilinx：
FPGA基于查找表加触发器的结构，采用SRAM工 艺，也有采用flash或者反熔丝工艺；主要应用高 速、高密度大的数字电路设计；
FPGA由可编程输入/输出单元、基本可编程逻辑 单元、嵌入式块RAM、丰富的布线资源（时钟/长 线/短线）、底层嵌入功能单元、内嵌专用的硬核 等组成；
目前市场上应用比较广泛的FPGA芯片主要来自 Altera与Xilinx。另外还有其它厂家的一些低端芯 片(Actel、Lattice)；
.
10
FPGA器件结构 可编程输入/输出单元 可编程逻辑单元 嵌入式块RAM 布线资源 底层嵌入功能单元
.
11
FPGA器件结构
Xilinx spatan-3器件结构
.
12
Altera cyclone II器件结构
LAB
.
13
FPGA器件结构 可编程输入/输出单元 可编程逻辑单元 嵌入式块RAM 布线资源 底层嵌入功能单元
.
5
CPLD器件结构
MAX7000 CPLD内部结构
宏单元
.
6
宏单元(乘积项)
《FPGA技术介绍》PPT课件
精选PPT
15
北航
电子信息 工程学院
Altera 公司的NIOSII解决方案
Nios II CPU Debug
On-Chip ROM
On-Chip RAM
Cache Avalon Switch Fabric
UART
GPIO
Timer SPI
SDRAM Controller
FPGA
精选PPT
16
北航
•硬件集成性 •设计个性化 •可修改性 •快速性 •低开发成本
精选PPT
4
北航
电子信息 工程学院
FPGA技术概念
❖ CPLD (Complex Programmable Logic Device) ❖ FPGA (Field Programmable Gate Array) ❖ EDA技术——高密度逻辑器件、EDA工具、HDL
精选PPT
5
北航
电子信息 工程学院
可编程逻辑器件的优点
❖ 集成度高
❖ 缩短研制时间
❖ 体积小
❖ 性能高
❖ 可靠性高
❖ 保密性好
❖ 设计灵活(可编程、可再编程、系统内可再 编程)
❖ 通用性好
❖ JTAG板级和芯片级的测试
精选PPT
6
北航
电子信息 工程学院
可编程逻辑器件的种类
❖ PROM（Programmable ROM）可编程只读存储 器，单次写入，不能修改。
电子信息 工程学院
一个典型的复杂应用系统
I/O
Flash
CPU
SDRAM
I/O
I/O I/O I/O
I/O
DSP
FPGA
CPU
《FPGA培训》PPT课件
2019年5月14日星期二
全国大学生电子设计竞赛----FPGA培训
10
FPGA/CPLD比较
2019年5月14日星期二
全国大学生电子设计竞赛----FPGA培训
11
什么是Verilog HDL？
Verilog HDL是一种硬件描述语言，用于从算法级、门级到开关级的多种抽象 设计层次的数字系统建模。被建模的数字系统对象的复杂性可以介于简单的门 和完整的电子数字系统之间。数字系统能够按层次描述，并可在相同描述中显 式地进行时序建模。 Verilog HDL语言提供了编程语言接口，通过该接口可以在模拟、验证期间从设 计外部访问设计，包括模拟的具体控制和运行。Verilog HDL语言不仅定义了语 法，而且对每个语法结构都定义了清晰的模拟、仿真语义。因此，用这种语言 编写的模型能够使用Ve r i l o g仿真器进行验证。语言从C编程语言中继承了 多种操作符和结构。Verilog HDL语言的核心子集非常易于学习和使用，完整的 硬件描述语言足以对从最复杂的芯片到完整的电子系统进行描述。 Verilog – “Tell me how your circuit should behave and I will give you the hardware that does the job.”
2019年5月14日星期二
全国大学生电子设计竞赛----FPGA培训
2
可编程逻辑器件概述
PLD的发展历程：
2019年5月14日星期二
全国大学生电子设计竞赛----FPGA培训
3
PLD的分类
按集成度分类:
2019年5月14日星期二
全国大学生电子设计竞赛----FPGA培训
4
按结构分类 ������ 乘积项结构：大部分简单PLD和CPLD ������ 查找表结构：大多数FPGA 按编程工艺分类 ������ 熔丝(Fuse)型 ������ 反熔丝(Anti-fuse)型 ������ EPROM型，紫外线擦除电可编程逻辑器件 ������ EEPROM型 ������ SRAM型：大部分FPGA器件采用此种编程工艺 ������ Flash型
《FPGA培训》课件
FPGA培训
欢迎来到FPGA培训。在这个PPT课件中，我们将会探究FPGA是什么、它的优 缺点以及它的应用场景。同时，我们还将学习FPGA的基本结构、编程模式和 编程语言。
FPGA简介
什么是FPGA？
FPGA为现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array）的缩写， 是一种可编程逻辑器件。
RTL设计
RTL设计用于生成功能较复杂的数 字电路的原理图库、模块和综合文 件。
时序分析和时钟分析
时序分析
在FPGA开发中，时序分析旨在识别和处理信号延迟问题，包括最短路径约束、时序捕获和时 序传递等。
时钟分析
时钟是FPGA电路中最重要的信号源之一，时钟分析主要用于保证时钟的正确性、时序驱动以 及时钟域的处理等。
数据类型包括对象、寄存器、线和内存。
Verilog HDL中的模块
模块是Verilog HDL的基本单元，它用于描述电路且 可以嵌套。
Verilog HDL中的操作符
操作符包括算术、关系和逻辑运算符。
Verilog HDL高级
1
循环和条件语句
类C语言的结构体，包括while、for、if、else和case等。适用于大型的状态机设计。
2
事件和触发器
基本包括触发器、电平和边沿敏感型触发器以及事件和延时。
3
Testbench设计和调试流程
Testbench是用于调试模块和电路设计的特殊模块。
Quartus II介绍
集成开发环境
Quartus II是Altera公司推出的用于 设计数字电路的集成开发环境 （IDE）。
工程管理
Quartus II中允许用户使用Tcl和Perl 等工具进行项目管理，包括改变工 程属性和实现工程复制。
欢迎来到FPGA培训。在这个PPT课件中，我们将会探究FPGA是什么、它的优 缺点以及它的应用场景。同时，我们还将学习FPGA的基本结构、编程模式和 编程语言。
FPGA简介
什么是FPGA？
FPGA为现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array）的缩写， 是一种可编程逻辑器件。
RTL设计
RTL设计用于生成功能较复杂的数 字电路的原理图库、模块和综合文 件。
时序分析和时钟分析
时序分析
在FPGA开发中，时序分析旨在识别和处理信号延迟问题，包括最短路径约束、时序捕获和时 序传递等。
时钟分析
时钟是FPGA电路中最重要的信号源之一，时钟分析主要用于保证时钟的正确性、时序驱动以 及时钟域的处理等。
数据类型包括对象、寄存器、线和内存。
Verilog HDL中的模块
模块是Verilog HDL的基本单元，它用于描述电路且 可以嵌套。
Verilog HDL中的操作符
操作符包括算术、关系和逻辑运算符。
Verilog HDL高级
1
循环和条件语句
类C语言的结构体，包括while、for、if、else和case等。适用于大型的状态机设计。
2
事件和触发器
基本包括触发器、电平和边沿敏感型触发器以及事件和延时。
3
Testbench设计和调试流程
Testbench是用于调试模块和电路设计的特殊模块。
Quartus II介绍
集成开发环境
Quartus II是Altera公司推出的用于 设计数字电路的集成开发环境 （IDE）。
工程管理
Quartus II中允许用户使用Tcl和Perl 等工具进行项目管理，包括改变工 程属性和实现工程复制。
《逻辑器件FPGA》PPT课件
(4) EAB 构成查找表LUT ;
EAB在只读模式下编程，可构成查找表，用LUT查找表结果比用算法计算 快得多, 可实现乘法器, 数字滤波器等.
2）逻辑阵列块(L2A) 逻B)辑阵列(LAB)是由一系列的相邻LE构成的
图2-12
14
逻辑阵列块 (ALB)
1) LAB由8个LE
( 逻辑单元 ) 组成;
7
一般多个输入的查找表采用多个逻辑块级连的方式
d[3..0] 查找表 d[7..4] 查找表 d[11..0] 查找表
与门 与门 与门
(2 ) Altera 系列器件
8
Altera系列产品主要性能
Altera FLEX10K系列器件 9
FLEX10K系列器件特点如下:高密度阵列, 嵌入式可编程逻辑器件。 这类器件最大可达10万个典型门，5392个寄存器；采用0.5 μm CMOS SRAM工艺制造；具有在系统可配置特性 ( ISP )；在所有 I/O端口中有输入/输出寄存器；3.3 V或5.0 V工作模式；由Altera公 司的MAX+plusⅡ开发系统提供软件支持。 包括嵌入式阵列、多组 低延时时钟和内部三态总线等结构特性，提供了复杂逻辑设计所需 的性能和集成系统级的要求。
2.4 现场可编程门阵列(FPGA) P26
3
FPGA : Field Programmable Gate Array 现场可编程门阵列
FLEX 10K系列器件
FPGA/CPLD 技
4
术
FPGA 与 CPLD 都是可编程逻辑器件。它们的规 模比较大，适合于时序，组合等逻辑电路应用场合， 它可以替代几十甚至上百块通用IC芯片。
全局信号和EAB的局部互连都可以驱 动写使能信号、时钟信号
FPGA_百度百科
FPGA_百度百科FPGA（Field-Programmable Gate Array）是可编程逻辑门阵列的缩写，是一种集成电路芯片。
与其他可编程芯片（如微控制器）不同的是，FPGA的结构可以随意配置和重新配置，因此具有极高的灵活性和可编程性。
本文将介绍FPGA的定义、原理、应用以及其在科技领域的前景。
一、FPGA的定义FPGA是一种具备灵活可配置性的集成电路芯片，在设计和制造过程中，其内部逻辑电路结构可以自由配置和重新配置。
这种可变性使得FPGA适用于各种应用，并且能够在实时性要求高、多样化工程任务中发挥出色的性能。
FPGA的芯片内部由大量的可编程逻辑块（Configurable Logic Block，CLB）组成，这些块可以连接成任意的逻辑电路。
二、FPGA的原理FPGA的原理可以简单地描述为：FPGA芯片内部由大量的可编程逻辑块连接而成，这些逻辑块可以自由配置和重配。
在设计过程中，用户可以利用硬件描述语言（HDL）编写逻辑电路的代码，然后使用专门的设计工具将代码映射到FPGA芯片的逻辑块上，从而形成所需的逻辑电路。
一旦配置完成，FPGA芯片即可按照设计要求进行工作。
三、FPGA的应用由于FPGA具备高度的灵活性和可配置性，它在各个领域都有广泛的应用。
以下是FPGA在几个主要领域中的应用示例。
1. 通信和网络FPGA广泛应用于通信和网络领域，可以用于实现各种通信协议和网络协议的硬件加速。
通过配置FPGA芯片，可以提高通信和网络设备的性能和吞吐量，同时降低功耗。
2. 图像处理图像处理是FPGA的另一个主要应用领域。
FPGA可以通过并行处理实现实时的图像处理和图像识别算法。
例如，FPGA可以用于实现实时视频编解码、图像滤波、目标检测等功能。
3. 工业控制FPGA在工业控制领域也有重要的应用。
它可以用于实现各种控制算法和控制系统。
例如，FPGA可以用于实现工业机器人的控制、自动化生产线的控制以及工厂中的传感器和执行器的控制。
FPGA全面介绍 ppt课件
时2延021/3/26
2016年10月11日 互路联由网器的及普交及换器出货量大首增 款嵌服 人入务工器智式数能F据、P中5GG心等A加需诞速求生
FPGA全面介绍 ppt课件
9
2 FPGA设计思想与技巧 ——Present by 谭拢
乒乓操作、串并转换、流水线操作、数据接口的同步方法
2021/3/26
采
总
样
双口RAM
线
控
控
制
制
模
模
块
块
COM控制模块
时钟控制模块
2021/3/26
外部通讯接口 FPGA全面介绍 ppt课件
处理器模块
DSP
总
线
解
控
算
制
模
模
块
块
30
PART 3 FPGA设计实例
FPGA与DSP间通信 双口RAM
EMIF与双口RAM之间的连接
2021/3/26
FPGA全面介绍 ppt课件
超20位美国会议员反对
2021/3/26
FPGA全面介绍 ppt课件
7
PART 1 FPGA发展概述
1.2 FPGA结构概述
DCM
IOB IOB
CLB
BR AM
IOB
BR
IOB
AM
IOB：可编程输入输出单元 CLB：可配置逻辑块
BRAM：嵌入式块RAM
丰富的布线资源
底层内嵌功能单元：DLL、PLL、DSP和CPU等软核
2021/3/26
FPGA全面介绍 ppt课件
21
PART 2 FPGA设计思想与技巧
数据接口同步方法
➢ 上级数据和本级时钟是异步的
2016年10月11日 互路联由网器的及普交及换器出货量大首增 款嵌服 人入务工器智式数能F据、P中5GG心等A加需诞速求生
FPGA全面介绍 ppt课件
9
2 FPGA设计思想与技巧 ——Present by 谭拢
乒乓操作、串并转换、流水线操作、数据接口的同步方法
2021/3/26
采
总
样
双口RAM
线
控
控
制
制
模
模
块
块
COM控制模块
时钟控制模块
2021/3/26
外部通讯接口 FPGA全面介绍 ppt课件
处理器模块
DSP
总
线
解
控
算
制
模
模
块
块
30
PART 3 FPGA设计实例
FPGA与DSP间通信 双口RAM
EMIF与双口RAM之间的连接
2021/3/26
FPGA全面介绍 ppt课件
超20位美国会议员反对
2021/3/26
FPGA全面介绍 ppt课件
7
PART 1 FPGA发展概述
1.2 FPGA结构概述
DCM
IOB IOB
CLB
BR AM
IOB
BR
IOB
AM
IOB：可编程输入输出单元 CLB：可配置逻辑块
BRAM：嵌入式块RAM
丰富的布线资源
底层内嵌功能单元：DLL、PLL、DSP和CPU等软核
2021/3/26
FPGA全面介绍 ppt课件
21
PART 2 FPGA设计思想与技巧
数据接口同步方法
➢ 上级数据和本级时钟是异步的
《FPGA简介》PPT课件
//S t a t e m e n t s : Initial statement Always statement Module instantiation Gate instantiation
模块的端口
FPGA技术
net inout
input
net
output
reg or net net
reg or net
FPGA简介
1.可编程逻辑器件发展历程 2.CPLD/FPGA概述 3.CPLD/FPGA基本原理 4.FPGA设计方法 5.FPGA设计流程 6.Verilog HDL语言简介 7.PLD/FPGA发展趋势
FPGA技术
1.可编程逻辑器件的发展历程
FPGA
早期
可编程逻辑器件(PLD) 可编程阵列逻辑(PAL）
能力
设计的行为特性、设计的数据流特性、设
计的结构组成以及
包含响应 监控和设计验证方面的时延和
波• 主形要产了功生编基机能程本制语逻。言辑提接门供口，，例通如过an该d 接、口or可和以n在an模d 拟等、都 验内证置期在间语从言设中计 • 外部开访关问级设基计本，结包构括模模型拟，的例具如体pm控os制和和n运mos 行等。也被内置在语言中
•寄•线存网器
reg 是最常线用网的类寄型存主器要类有型w，ir寄e 存和器tr类i 型两通种常。用线于网对存储 单元的描述类，型如用D型于触对发结器构、化R器OM件等之。间存的储物器理类连型线的的信号当 在某种触发建机模制。下如分器配件了的一管个脚值，，内在部分器配件下如一与个门值的之时保 留原值。但输必出须等注。意由的于是线，网re类g 型类代型表的的变是量物，理不连一接定是存 储单元，如线在，al因wa此ys它语不句存中贮进逻行辑描值述。的必必须须由用器r件eg所类型的 变量。 驱动。通常由assign进行赋值 reg 类型定义语法如下： reg [msb: lsb] reg1, reg2, . . . r e g N; msb 和lsb 定义了范围，并且均为常数值表达式。范围定 义是可选的；如果没有定 义范围，缺省值为1 位寄存器。 例如： reg [3:0] Sat; // S a t 为4 位寄存器。
模块的端口
FPGA技术
net inout
input
net
output
reg or net net
reg or net
FPGA简介
1.可编程逻辑器件发展历程 2.CPLD/FPGA概述 3.CPLD/FPGA基本原理 4.FPGA设计方法 5.FPGA设计流程 6.Verilog HDL语言简介 7.PLD/FPGA发展趋势
FPGA技术
1.可编程逻辑器件的发展历程
FPGA
早期
可编程逻辑器件(PLD) 可编程阵列逻辑(PAL）
能力
设计的行为特性、设计的数据流特性、设
计的结构组成以及
包含响应 监控和设计验证方面的时延和
波• 主形要产了功生编基机能程本制语逻。言辑提接门供口，，例通如过an该d 接、口or可和以n在an模d 拟等、都 验内证置期在间语从言设中计 • 外部开访关问级设基计本，结包构括模模型拟，的例具如体pm控os制和和n运mos 行等。也被内置在语言中
•寄•线存网器
reg 是最常线用网的类寄型存主器要类有型w，ir寄e 存和器tr类i 型两通种常。用线于网对存储 单元的描述类，型如用D型于触对发结器构、化R器OM件等之。间存的储物器理类连型线的的信号当 在某种触发建机模制。下如分器配件了的一管个脚值，，内在部分器配件下如一与个门值的之时保 留原值。但输必出须等注。意由的于是线，网re类g 型类代型表的的变是量物，理不连一接定是存 储单元，如线在，al因wa此ys它语不句存中贮进逻行辑描值述。的必必须须由用器r件eg所类型的 变量。 驱动。通常由assign进行赋值 reg 类型定义语法如下： reg [msb: lsb] reg1, reg2, . . . r e g N; msb 和lsb 定义了范围，并且均为常数值表达式。范围定 义是可选的；如果没有定 义范围，缺省值为1 位寄存器。 例如： reg [3:0] Sat; // S a t 为4 位寄存器。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.3 FPGA发展趋势
3
PART 1 FPGA发展概述
1.1 FPGA三国演义
Wahlstrom Sven Erik于1967年提出FPGA概念
阿尔特拉：1983 PLD发明者
FPGA
赛灵思：1984 FPGA发
莱迪思：1983 ISP发明者 4
PART 1 FPGA发展概述
1.1 FPGA三国演义
03年全球第一款 90nm工艺 FPGA
2S0t1ra5ti被x Cinytcelol收ne购3 MAX
Virtex Spartan3
逻辑规模
存储器尺寸
2004年推出 LatticeECP/M
时钟资源 串并收发器
价格竞争 LatticeSC/M
出其不意 避其锋芒
IPhone7中加入FPGA
2016 被中资公司收购
12
“ 数据缓冲模块 1”，同时将“ 数据缓冲模块 2”缓存的第2个周期的数据通过“输入数
PART 2 FPGA设计思想与技巧
乒乓操作
优点 经过缓冲的数据流没有时间停顿，常常应用于流水线式算法 节约缓冲区空间 低速模块处理高速数据流
13
PART 2 FPGA设计思想与技巧
乒乓操作
利用乒乓操作降低数据速率
8
PART 1 FPGA发展概述
1.3 FPGA发展趋势
降低能耗FP：G内A部的连发线展方分式为直接三连个接阶至段SoC
FPGA有可能迎来应用于人工智能（AI）的好时机
TTL逻辑集成电路 可编程IO
时延
2016年10月11日 互路联由网器的及普交及换器出货量大首增 款嵌服 人入务 工器 智式数 能F据 、P5中GG心等A加需诞速求生
14
PART 2 FPGA设计思想与技巧
数据流处理的常用手段 面积与速度互换原则
实现方法：
• 寄存器 • RAM • 排列顺序有规定的串并转换：case • 复杂的串并转换：FSM
串并转换
15
PART 2 FPGA设计思想与技巧
流水线操作
一种处理流程和顺序操作的思想
适用情况：
CPLD的时代
第一款 FLEX 8000 FPGA 反击
1996年追赶 销售模式
xc3000/4000 1996-98把持 FPGA市场
我国最早的供应商
Lattice ispLSI 1032/1016
比较的是规模
先组合，后时
序电路规模得 多到个空时前钟提输高入 细横颗扫粒千查军找！表
结构
丰富的寄存器
元CP气LD大将伤击开败始FPGA 蛰伏 99年收购AMD的 Vantis
01年收购Lucent的ORCA
比较的是规模和速度
6
PART 1 FPGA发展概述
1.1 FPGA三国演义
FPGA腾飞期
201222300000I1n280tSe全全tlr球的a球t第i第x14一带一n款嵌款m4入20三8式nn栅mmD极工工SP工艺艺艺
资源 分段路由布线5
PART 1 FPGA发展概述
1.1 FPGA三国演义
FPGA发展期
FLEX 10K® FPGA 锁相环(PLL)抗衡 FLEX 10K FPGA 嵌入式RAM抗衡
确定大规模FPGA思路
实现三态 门 粗颗粒结 构 嵌入式 RAM 非对称结 构
xc3000/4000 行业领导者 占据 市场 集成三态门 细颗粒结构 分布式RAM 孤岛式结构
• 高速设计 • 提高工作频率 • 某个设计分为若干步骤，且整个数据处理是“单流向”， • 没有反馈或迭代运算，前一个步骤输出是下一个步骤输入。
16
PART 2 FPGA设计思想与技巧
流水线操作
流水线设计时序示意图
17
PART 2 FPGA设计思想与技巧
பைடு நூலகம்
流水线操作
注意问题：
• 设计时序的合理安排、前后级接口间数据流速的匹配 • 操作步骤划分合理，统筹考虑各个操作步骤间的数据流量
在第1个缓冲周期，将输入的数据流缓存到“ 数据缓冲模块 1” 在第2个缓冲周期，通过“输入数据选择单元”的切换，将输入的数据流缓存到“数据缓
冲模块 2”，同时将“数据缓冲模块 1” 缓存的第 1 个周期数据通过“ 输入数据选择单 元”的选择， 送到“ 数据流运算处理模块” 进行运算处理； 在第 3 个缓冲周期通过“ 输入数据选择单元” 的再次切换，将输入的数据流缓存到
7
超20位美国会议员反对
PART 1 FPGA发展概述
1.2 FPGA结构概述
DC
M
B
IOB
CL R
IOB
B
A
M
B
IOB
R
IOB
A
M
IOB：可编程输入输出单C元LB：可配置逻辑块DCM：数字时钟管理模块
BRAM：嵌入式块RAM丰富的布线资源 内嵌专用硬核：SERDES
底层内嵌功能单元：DLL、PLL、DSP和CPU等软核
三傻微谈FPGA
1
目录
CONTENT
Main idea
1 FPGA发展概述 ——Present by 罗海林
2 设计思想与技巧 ——Present by 谭拢
3 FPGA设计实例 ——Present by 张亦弛
2
1 FPGA发展概述 ——Present by 罗海林
1.1 FPGA三国演义
1.2 FPGA结构概述
正确的数据接口同步方法：
• 输入输出的延时不可测，如何完成数据同步 • 数据有固定格式（帧结构） • 上级数据和本级时钟是异步的
19
PART 2 FPGA设计思想与技巧
数据接口同步方法
输入输出的延时不可测，如何完成数据同步
• 建立同步机制：可以用一个同步使能，或者同步指示信号 • 另外数据通过RAM或FIFO存取，也可以达到数据同步的目的
9
2 FPGA设计思想与技巧 ——Present by 谭拢
乒乓操作、串并转换、流水线操作、数据接口的同步方法
10
PART 2 FPGA设计思想与技巧
用于数据流控制
乒乓操作
11
PART 2 FPGA设计思想与技巧
乒乓操作
处理流程 输入数据流通过“输入数据选择单元”将数据流等时分配到 两个数据缓冲区， 数据缓冲模块可以为任何存储模块，比较 常用的存储单元为双口 RAM(DPRAM)、单口 RAM(SPRAM)、 FIFO 等。
前级操作时间 = 后级操作时间，直接相连 前级操作时间 > 后级操作时间，缓存 前级操作时间 < 后级操作时间，逻辑复制等操作
18
PART 2 FPGA设计思想与技巧
数据接口同步方法
FPGA设计常见的重要问题，也是设计工作不稳定的重要原因
错误的数据接口同步方法：
• 手工加入BUFT或非门调整数据延迟 • 相位差90度的时钟信号