CPLD-FPGA的开发与应用
简述cpldfpga的原理特点及应用
简述CPLD/FPGA的原理特点及应用1. 什么是CPLD/FPGACPLD(Complex Programmable Logic Device,复杂可编程逻辑器件)和FPGA (Field Programmable Gate Array,场可编程门阵列)都属于可编程逻辑器件的一种。
它们是在数字电路设计领域中广泛应用的一类芯片,能够根据设计者的需求进行灵活的逻辑和功能配置。
CPLD是由可编程逻辑门、触发器和可编程互连电路构成;FPGA则是基于可编程逻辑块、可编程的互连和内部存储单元块。
2. CPLD/FPGA的工作原理CPLD/FPGA的工作原理是通过对其内部的逻辑单元、开关和互连网络进行编程来实现特定的功能和逻辑操作。
2.1 CPLD的工作原理CPLD是由大量可编程逻辑门和触发器构成的,其中逻辑门负责逻辑运算,触发器负责存储数据。
CPLD内部的可编程逻辑门和触发器的连线可以通过编程修改,从而灵活配置逻辑功能。
CPLD通过内部编程存储器(PROM)或者FLASH等方式存储逻辑设计,并在电源打开后加载这些设计。
一旦CPLD内部的逻辑门和连线被编程好后,它们将始终保持不变,从而实现了硬件的逻辑功能。
2.2 FPGA的工作原理FPGA的逻辑块(Logic Block)是由可编程逻辑单元、可编程的互连和内部存储单元块组成。
逻辑单元负责逻辑运算,互连负责连接逻辑单元和存储单元,内部存储单元用于存储数据。
FPGA利用逻辑单元和互连网络构建逻辑功能,通过内部存储单元来实现数据的存储。
与CPLD不同的是,FPGA的逻辑块在每次上电时都需要重新加载设计,因此它可以根据需求重新配置逻辑功能。
3. CPLD/FPGA的特点CPLD/FPGA有以下几个特点:3.1 可编程性CPLD/FPGA可以根据设计者的需要进行编程,从而实现特定的逻辑功能。
这种可编程性使得CPLD/FPGA适用于多种应用场景,能够灵活应对不同的需求。
可编程逻辑器件CPLD和FPGA的特点和应用
可编程逻辑器件CPLD和FPGA的特点和应用一、可编程逻辑器件(CPLD)的特点和应用:CPLD是一种具有很高逻辑容量的可编程逻辑器件,它通常由可编程逻辑单元(PLE)和可编程互连网络(PIN)组成。
CPLD的主要特点如下:1.逻辑容量大:CPLD的逻辑容量通常可以达到数千个逻辑门等效。
这使得CPLD非常适合那些需要大规模逻辑功能的应用,如控制器、通信接口和高级数学运算等。
2.可编程性强:CPLD可以通过编程操作来实现不同的逻辑功能。
它使用类似于电荷耦合器(CPL)的可编程逻辑单元来实现逻辑功能,其中每个CPL可以实现与或非门、与非门或非与门等逻辑运算。
3.器件内部拓扑复杂:CPLD具有丰富的内部互连网络,可以将各个逻辑元件之间的信号按照需要进行连接。
这使得CPLD可以实现复杂的信号处理和数据流处理功能。
4.快速重编程:CPLD可以在运行时进行在线编程,从而允许系统进行动态配置和故障恢复。
这一特点使得CPLD广泛应用于技术验证、原型设计和快速迭代开发等场景。
CPLD的应用主要集中在以下几个领域:1.控制器:CPLD可以用于实现各种控制器,如数字信号处理器(DSP)的外围控制器、数据采集/输出控制器等。
其高逻辑容量和可编程性强的特点使得CPLD非常适合这些应用场景。
2. 通信接口:CPLD可以实现多种通信协议和接口,如串行通信接口(SPI/I2C/UART)、嵌入式总线接口(PCI/USB/Ethernet)等。
这些接口在通信系统中起到了关键的作用。
3.高级数学运算:CPLD可以实现各种高级数学运算,如矩阵运算、滤波运算、FFT运算等。
这些运算对于数字信号处理(DSP)和图像处理等应用非常重要。
4.逻辑分析仪:CPLD可以实现逻辑分析仪的功能,用于捕获和分析数字信号的时序和逻辑关系。
逻辑分析仪在系统调试和故障分析中非常有用。
二、现场可编程门阵列(FPGA)的特点和应用:FPGA是一种具有大规模逻辑容量和可编程性的可编程逻辑器件。
逻辑设计中的FPGA与CPLD技术应用
逻辑设计中的FPGA与CPLD技术应用在现代电子行业中,逻辑设计是一个至关重要的环节。
FPGA (Field-Programmable Gate Array)和CPLD(Complex Programmable Logic Device)技术作为两种主要的可编程设备,已经在逻辑设计中广泛应用。
它们具有灵活性、可编程性以及高度集成的特点,使得它们在各种应用领域中扮演着重要的角色。
一、FPGA技术应用FPGA是一种可编程逻辑器件,其内部可通过编程实现各种逻辑功能和数字电路设计。
FPGA通常由可编程逻辑单元(CLB)、输入输出引脚和输入输出模块等部分构成。
其设计过程包含RTL(Register-Transfer Level)描述、综合、布局布线以及配置等环节。
1. 通信与网络领域在通信领域,FPGA被广泛应用于协议转换、调制解调器设计以及网络加速器等方面。
由于FPGA的可编程性,可以根据需要灵活配置不同的协议,实现不同网络之间的无缝对接。
2. 数字信号处理(DSP)领域在数字信号处理领域,FPGA被广泛应用于图像处理、音频处理以及实时数据处理等方面。
由于FPGA具有并行处理的能力,能够同时处理多个数据流,因此在实时性要求较高的应用中表现出色。
3. 汽车电子领域在汽车电子领域,FPGA被广泛应用于汽车控制单元(ECU)和车载娱乐系统等方面。
由于汽车电子应用对可靠性和安全性要求较高,FPGA的可编程性以及自适应性能使其成为理想的选择。
二、CPLD技术应用CPLD是一种更小规模的可编程器件,与FPGA相比,CPLD通常更适用于复杂逻辑功能的实现。
CPLD通常由可编程逻辑阵列(PLA)、输入输出引脚以及输入输出缓冲区组成。
1. 控制系统领域在控制系统领域,CPLD被广泛应用于逻辑控制器的设计。
由于CPLD具有高速、低功耗以及可靠性强的特点,被广泛应用于各类自动化控制系统中。
2. 电源管理系统领域在电源管理系统领域,CPLD被广泛应用于电源管理单元(PMU)的设计。
第二章 FPGA/CPLD结构与应用
图2-22 复合型组合输出结构
图2-21 组合输出双向结构
EDA技术讲义
2.2.5 GAL
图2-24输出反馈结构 图2-23 反馈输入结构
EDA技术讲义
2.2.5 GAL
图2-25 简单模式输出结构
2.3 CPLD结构与工作原理
来自 PIA的 36个信号
EDA技术讲义
图2-26 MAX7000系列的单个宏单元结构
EDA技术讲义
2.1
概
述
图2-1 基本PLD器件的原理结构图
输 入
输入 缓冲
与 阵 列
或 阵 列
输出 缓冲 电路
输 出
„
„
电路
EDA技术讲义
2.1.1 可编程逻辑器件的发展历程
EPLD
PROM 和 器 件 PLA 70年代
改 进 的 PLA 器 件 GAL 器 件
器 件
CPLD
80年代
FPGA 器 件
EPLD
Erasable Programmable Logic Device
EDA技术讲义
时钟信
输入口
号输入 逻辑宏单元
GAL16V8
输入/输出口
固定或阵列
可编程与阵列
三态控制
EDA技术讲义
2.2.5 GAL
图2-20寄存器模式组合双向输出结构
图2-19寄存器输出结构
EDA技术讲义
2.2.5 GAL
全局 清零 全局 时钟 来自 I/O引脚
Vcc SL0 7
11 10 R 01 00
0
D
Q Q
SL1 7 7 I1 2
11 10 R 01 00 11 10 R 01 00 SG0 SL0 6
请说明cpld和fpga的可编程原理
请说明cpld和fpga的可编程原理CPLD(Complex Programmable Logic Device)和FPGA(Field-Programmable Gate Array)是两种可编程逻辑器件,它们都可以通过编程来实现特定的逻辑功能。
下面是它们的可编程原理的说明:CPLD的可编程原理:1. CPLD由一系列可编程逻辑单元(PLU)组成,每个PLU可以执行逻辑运算和存储数据。
2. CPLD中还包含了一些可编程的片内连接资源,用于将不同PLU之间以及PLU 与外部引脚之间的信号连接起来。
3. 在对CPLD进行编程时,用户可以通过使用硬件描述语言(如VHDL或Verilog)描述所需的逻辑功能,并将这些描述转化为CPLD可识别的位文件。
4. 将编程完成的位文件加载到CPLD中后,CPLD会根据其中的逻辑描述配置PLU的功能,以及完成内部和外部信号的连接,从而实现所需的逻辑功能。
FPGA的可编程原理:1. FPGA由大量的可编程逻辑元件(LE)和可编程互连资源(IC)组成,LE是FPGA中最基本的逻辑单元,而IC是用于连接LE的片内资源。
2. FPGA中的LE可以通过编程来实现各种逻辑运算和存储数据的功能。
3. IC提供了灵活的直接互连结构,可以将不同的LE以及LE与外部引脚之间的信号互连起来,从而形成所需的逻辑功能。
4. 在对FPGA进行编程时,用户同样可以使用硬件描述语言来描述逻辑功能,并将其转化为可以被FPGA识别的位文件。
5. 加载位文件后,FPGA会根据其中的逻辑描述初始化LE的功能以及互连资源的连接方式,从而实现所需的逻辑功能。
总的来说,CPLD和FPGA都是可编程的逻辑器件,其可编程原理都是通过将逻辑描述转化为相应的位文件,再将位文件加载到器件中,通过配置器或控制逻辑来执行相应的功能。
区别在于CPLD主要由可编程逻辑单元组成,适用于实现较小规模的逻辑功能,而FPGA则由大量的可编程逻辑元件和互连资源组成,适用于实现较复杂的逻辑功能。
基于CPLD-FPGA技术的数字系统设计研究
基于CPLD/FPGA技术的数字系统设计研究摘要:cpld/fpga是复杂的可编程逻辑器件,都是由pal、gal 等器件发展而来。
cpld/fpga技术的数字系统设计,主要包括设计面积和速度两个方面,该文主要通过资源共享设计和流水线设计等来研究cpld/fpga技术的数字系统设计,希望在应用中有一定的借鉴作用。
关键词:数字系统 cpld/fpga 设计中图分类号:tp332 文献标识码:a 文章编号:1674-098x(2013)02(c)-00-011 cpld/fpga技术cpld/fpga是复杂的可编程逻辑器件,属于规模化的集成电路的范畴。
目前,该技术的集成度已经达到200万门/片,融合了asic 高集成度的特点以及可编程逻辑器便于设计生产的特点,比较适用于开发小批量产品和样品的研究制造,缩短了产品上市的时间。
cpld内利用长度固定的金属线把各逻辑块连接起来,设计出的各种逻辑电路都可以很好的预测时间,有效地弥补了分段式互连结构在时序不完全预测中的缺点。
cpld的特点有编程灵活、设计开发周期短、集成度高、适用范围宽、工具先进、成本较低、不用测试、价格大众化等。
cpld在众多的电路设计规模比较大,所以在产品的设计和生产上得到广泛应用,可以说cpld适用于所有可以使用中小型数字系统的集成电路的场合。
目前,cpld技术的数字系统器件已经成为电子产品必要的组成部分,关于cpld的设计和使用是电子工程师一种必备的技能。
fpga也是由pal和gal等发展而来,它以半定制电路的形式在asic中出现,既弥补了定制电路的缺陷,又消除了可编程器件的缺点。
fpga主要由输出输入模块、可配置逻辑模块和内部连线构成,在编程方面不限次数。
fpga作为复杂的可编程逻辑器件,在结构上和传统逻辑电路以及pal和gal器件有着很大的不同。
fpga采用小型查找表进行组合逻辑,每一个查找表都通过输入端连接一个触发器,再由触发器驱动另外的逻辑电路,构成的这种基本的逻辑单元模块有组合逻辑功能和时序逻辑功能,不同的逻辑模块之间是由金属线连接在一起的。
FPGA与CPLD编程语言
FPGA与CPLD编程语言FPGA(可编程逻辑门阵列)和CPLD(可编程逻辑器件)是现代数字电路设计中常用的两种可编程芯片。
它们通过使用编程语言来实现特定的功能和逻辑。
本文将介绍FPGA和CPLD的基本概念,并探讨在这两种芯片上使用的编程语言。
一、FPGA和CPLD的基本概念FPGA和CPLD是数字集成电路的一种,它们可以根据用户的需求和设计要求进行编程,并实现不同的逻辑功能。
FPGA拥有更大的可编程逻辑单元和更灵活的资源分配,使得它在复杂的应用场景下更具优势。
CPLD则相对较小,适用于较简单的逻辑设计。
FPGA和CPLD的核心结构都包含可编程逻辑单元,输入/输出引脚和内部信号线路。
逻辑单元是实现不同布尔逻辑运算的基本组成部分,包括与门、或门、非门等。
输入/输出引脚用于与其他电路或器件进行连接,而内部信号线路则负责连接不同的逻辑单元和输入/输出引脚。
二、FPGA和CPLD的编程语言1.硬件描述语言(HDL)硬件描述语言是一种专门用于描述数字电路结构和行为的编程语言。
它们可以描述各种逻辑门、寄存器、存储器和其他组件之间的连线和交互。
常用的硬件描述语言有VHDL(VHSIC硬件描述语言)和Verilog。
VHDL是一种结构化的硬件描述语言,使用描述性的方式来定义逻辑结构和行为。
它可以描述信号流和结构体等抽象概念,适用于系统级设计和数字电路的高层次描述。
Verilog是一种基于事件驱动的硬件描述语言,具有较高的仿真能力和设计灵活性。
它以模块化方式描述电路和系统,并支持递归实例化和并行语法,适用于协同设计和复杂电路的描述。
2.硬件描述语言(HDL)与编程语言结合除了使用传统的硬件描述语言,FPGA和CPLD编程还可以结合使用高级编程语言,如C语言和VHDL等。
这种结合方式可以更好地利用硬件资源和软件开发环境,提高设计效率和可维护性。
通过在硬件描述语言中嵌入高级编程语言代码,可以实现复杂的算法和数据处理功能,并提供方便的调试和测试手段。
FPGA与CPLD应用案例
FPGA与CPLD应用案例FPGA(Field Programmable Gate Array)和CPLD(Complex Programmable Logic Device)是现代数字电路设计中常用的可编程逻辑设备。
它们的灵活性和适应性使得它们在各种应用场景中发挥重要作用。
本文将介绍FPGA和CPLD的工作原理,并通过具体的应用案例,说明它们在不同领域中的应用。
一、FPGA和CPLD的工作原理FPGA是由可编程逻辑单元和可编程连线网络组成的可编程电路芯片。
它的内部结构由大量的逻辑块组成,每个逻辑块包含查找表、触发器和多路选择器等元件。
通过在逻辑块之间建立连线,可以实现不同的逻辑功能。
FPGA的逻辑配置是通过存储在外部存储器中的配置位流(Configuration Bitstream)来实现的。
CPLD也是一种可编程逻辑器件,其结构相对简单,由AND/OR门和触发器构成。
CPLD的逻辑配置使用EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)存储,并且在启动时进行加载。
二、FPGA和CPLD的应用案例1. 通信领域FPGA和CPLD在通信领域中广泛应用。
例如,无线通信系统中的调制解调器模块可以使用FPGA来实现,通过对不同调制算法的配置,可以满足不同的通信标准。
CPLD也可以用于数据处理和时序控制等任务。
2. 图像处理FPGA和CPLD在图像处理领域也有广泛的应用。
通过FPGA的灵活性,可以实现各种图像处理算法,如边缘检测、滤波和图像压缩等。
CPLD可以用于时序控制,确保图像数据的正确传输和处理。
3. 工业自动化在工业自动化领域,FPGA和CPLD常被用于控制系统中。
通过FPGA实现的控制器可以满足实时性要求,同时支持多种输入输出接口,如模拟输入输出、数字输入输出和串行通信接口等。
CPLD则可用于实现各种精确的时序控制和逻辑判断。
基于FPGA/CPLD的高速和低速UART的设计及其应用
1 U R A T的数据传输协议
.,2bt ) 广泛 使用 的 串行数 据传 输 协议 。 UART允许 在 串行 15 i 。这 种格式 是 由起 始位和停 止 位来实 现字 链路 上进行 全双 工 的通信 。 串行 外 设用 到 RS 3 - 符 的 同步 。UART内部 一 般有 配 置寄 存 器 ,可 以 配 2 2C
王 永 州 , 范 多旺
( 州 交通 大 学 光 电技 术 与 智 能控 制 教 育 部 重 点 实验 室 , 兰 州 7 0 7 ) 兰 3 0 0
摘 要 :利 用计算机 软件技 术 ( D E A技 术 )和 F GA CP D的 灵活 性可 以方便快 速地 设计 高速和低 P / L 速 的U ART 。高速的 U T可 以用在 光 纤通 信 上,低速 的 U T可以 用在 F GA/ P D和 单 片机 的通 信上 。 AR AR P CL 设 计中 包含 UAR T的 发送模 块 、接 收模 块和波特率 发生器 ,所 有功 能的实现 全部 采用 VHDL硬件描 述语 言 来进行描 述 。设计 、综合 、仿真 在 QU T I AR USI 软件开 发环境 下实现 。 火键 词 :UA RT ;V HDL ;F G C L ;设计 P A/ P D 中图 分类 :T 2 3 N4 2 殳献标 识码 :A P 7 :T 0
UA RT发送 / 接受 数据 的帧格式 如 图 l 示 。包 所 ie d 、起 始位 (trbt s t i, a 随着 E A技术 的发展 , P / P D已经在 许 多 括 线路空 闲状态 ( l,高 电平 ) D F GA C L 低 电平 ) i~8b t 、5bt i 数据 位 ( aabt) d t i 、校验位 s 方面 得到 了广泛 应用 ,而 U ART ( ies l y - Unv ra As n c rn u e ev r rn mie 通 用异步 收发器 )是 ho o s c ie T a s t r R t ( ai i,可 选 )和 停止 位(tpbt p r ybt t so i,位 数可 为 l ,
基于CPLD实现FPGA的SPI Flash配置
基于CPLD实现FPGA的SPI Flash配置在FPGA设计中,通常需要将配置数据存储在外部闪存器中,以便FPGA在上电后可以正确配置。
常用的文化遗产具有以下几种:Parallel Flash:传统的存储器,通常包含16至32位数据总线,需要大量引脚。
但是,它们提供高性能,可以以快速的速度读写数据。
Serial Flash:通常采用SPI(串行外设接口)或QSPI(准同步串行通信接口)接口进行通信,可使用少量引脚,并且内部积累了大量闪存技术。
在此示例应用中,我们将使用CPLD实现FPGA的SPI Flash配置。
SPI Flash框图SPI Flash与FPGA之间的接口非常简单,只需要四个信号,分别是“Chip Select”(选通)、“Clock”(时钟)、“MOSI”(主机输出/从机输入)和“MISO”(从机输出/主机输入)。
FPGA需要传输的读写命令和地址,以及从Flash接收的数据。
因此,与Flash通信的协议非常重要。
常见的协议是“读”和“写”命令序列,以及擦除和编程命令。
操作步骤1. 将SPI Flash的“Chip Select”(CS)引脚连接到FPGA中的任意引脚。
2. 将SPI Flash的“Clock”(CLK)引脚连接到FPGA中的任意引脚。
3. 将SPI Flash的“MOSI”(主机输出/从机输入)引脚连接到FPGA中的任意引脚。
4. 将SPI Flash的“MISO”(从机输出/主机输入)引脚连接到FPGA中的任意引脚。
5. 在FPGA制作的SPI硬核中,设置针脚分配。
如果您使用芯片设计工具,可以使用默认分配。
6. 实现SPI驱动程序以处理读写和闪存操作。
7. 要将配置数据加载到闪存中,首先需要在计算机上生成.bin 文件。
可以使用Xilinx编译器进行编译。
8. 在闪存中使用适当的FLASH编程工具将.bin文件加载到闪存中。
9. FPGA在上电后会读取配置信息,完成初始化并开始操作。
cpld和fpga的选用标准
cpld和fpga的选用标准CPLD(可编程逻辑器件)和FPGA(现场可编程门阵列)是两种可编程逻辑器件,它们在数字电路设计中有不同的特点和应用场景。
在选择使用 CPLD 还是 FPGA 时,可以考虑以下一些标准:1. 规模和复杂性:• CPLD 通常适用于相对较小且不太复杂的数字逻辑设计。
它们通常有较少的逻辑单元和资源。
• FPGA 则更适用于大规模、复杂的数字电路设计,因为它们提供了更多的逻辑单元、存储器和其他资源。
2. 功耗:• CPLD 通常具有较低的功耗,特别是在低复杂性设计的情况下。
• FPGA 的功耗可能较高,尤其是在需要大量资源和高性能的设计中。
3. 速度和性能:• FPGA 在处理速度和性能方面通常更优越。
它们提供更多的逻辑资源和硬件资源,适用于高性能的应用。
• CPLD 虽然速度也很快,但相对 FPGA 而言在处理复杂逻辑时可能性能较低。
4. 设计周期和原型开发:• CPLD 通常具有较短的设计周期,因为它们不需要复杂的编译过程,并且适用于原型开发和快速验证。
• FPGA 在设计和编译方面可能需要更多的时间,适用于更复杂的设计和大规模项目。
5. 成本:• CPLD 通常相对较便宜,适用于低成本设计。
• FPGA 的成本可能较高,适用于对性能和资源要求较高的应用。
6. 适用场景:• CPLD 适用于控制逻辑、序列逻辑和简单的数字处理任务。
• FPGA 适用于图像处理、信号处理、通信系统、高级控制系统等复杂应用。
选择CPLD 还是FPGA 取决于具体的项目需求和约束。
在制定选用标准时,需综合考虑设计的规模、复杂性、功耗、性能、设计周期、成本和适用场景等因素。
CPLD&FPGA比较
CPLD&FPGA性能分析比较在进行这次分析前,首先来一起认识下CPLD与FPGA。
Ⅰ.1) .什么是CPLD?CPLD发展历史及应用领域:20世纪70年代,最早的可编程逻辑器件--PLD诞生了。
其输出结构是可编程的逻辑宏单元,因为它的硬件结构设计可由软件完成(相当于房子盖好后人工设计局部室内结构),因而它的设计比纯硬件的数字电路具有很强的灵活性,但其过于简单的结构也使它们只能实现规模较小的电路。
为弥补PLD只能设计小规模电路这一缺陷,20世纪80年代中期,推出了复杂可编程逻辑器件--CPLD。
目前应用已深入网络、仪器仪表、汽车电子、数控机床、航天测控设备等方面。
2).器件特点:它具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用范围宽、开发工具先进、设计制造成本低、对设计者的硬件经验要求低、标准产品无需测试、保密性强、价格大众化等特点,可实现较大规模的电路设计,因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产(一般在10,000件以下)之中。
几乎所有应用中小规模通用数字集成电路的场合均可应用CPLD器件。
CPLD器件已成为电子产品不可缺少的组成部分,它的设计和应用成为电子工程师必备的一种技能。
3)如何使用:CPLD是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。
其基本设计方法是借助集成开发软件平台,用原理图、硬件描述语言等方法,生成相应的目标文件,通过下载电缆(“在系统”编程)将代码传送到目标芯片中,实现设计的数字系统。
这里以抢答器为例讲一下它的设计(装修)过程,即芯片的设计流程。
CPLD的工作大部分是在电脑上完成的。
打开集成开发软件(Altera公司Max+pluxII)→画原理图、写硬件描述语言(VHDL,Verilog)→编译→给出逻辑电路的输入激励信号,进行仿真,查看逻辑输出结果是否正确→进行管脚输入、输出锁定(7128的64个输入、输出管脚可根据需要设定)→生成代码→通过下载电缆将代码传送并存储在CPLD芯片中。
cpld开发流程
cpld开发流程:
CPLD(复杂可编程逻辑器件)的开发流程主要包括以下几个步骤:
1.设计输入:根据项目需求分析编写FPGA任务书,相当于FPGA要实现的具体功能。
然后按照FPGA任务做FPGA概要设计和详细设计。
2.仿真验证:编写测试激励对FPGA各个功能单元进行仿真测试,通过看仿真波形来
确定是否符合功能预期设计。
常用的仿真工具是modelsim。
3.编写时序约束文件:编写FPGA的管脚约束,时钟约束等。
4.编译FPGA项目工程:包括综合、布局布线、生成bit流文件等步骤。
综合就是将较
高级抽象层次的描述转化成较低层次的描述。
综合优化是指将设计输入编译成由与门、或门、非门、RAM、触发器等基本逻辑单元组成的逻辑连接网表,而并非真实的门级电路。
真实具体的门级电路需要利用FPGA制造商的布局布线功能,根据综合后生成的标准门级结构网表来产生。
由于门级结构、RTL级的HDL程序的综合是很成熟的技术,所有的综合器都可以支持这一级别的综合。
常用的综合工具有Synplicity公司的Synplify/Synplify Pro软件以及各个FPGA厂家自己推出的综合开发工具。
5.下载到硬件平台进行功能验证:在硬件功能验证过程中通过内嵌逻辑分析仪,示波
器等进行信号抓取,查波形分析功能是否正确,这一过程非常耗时。
FPGA CPLD应用课程标准
应用电子专业《FPGA/CPLD应用》课程标准一、课程说明二、课程性质与任务《FPGA/CPLD应用》课程一直是我院应用电子技术、通信技术等专业的必修的专业课程之一,是承上启下的一门关键课程。
是一种高级、快速、有效的电子设计自动化工具。
掌握FPGA/CPLD应用技术,是走向市场、走向社会、走向国际的基本技能。
开展《FPGA/CPLD 应用》教学,适应电子系统日趋数字化、复杂化和大规模集成化发展的需要,满足社会对高技能人才日益增长的需求,为创新性人才的培养打下良好基础。
本课程主要是以计算机为工作平台、以硬件描述语言(VHDL/Verilog HDL)为设计语言、以可编程器件(CPLD/FPGA)为实验载体、以ASIC/SOC芯片为目标器件、进行必要的元件建模和系统仿真的电子产品自动化设计过程。
掌握FPGA/CPLD应用技术是培养高素质高技能电子产品设计人才的需要,是现代集成电路及电子整机系统设计科技创新和产业发展的关键技术。
三、课程设采用计思路本课程通过《FPGA/CPLD应用》专业教室的环境,为学生提供“用理论及时指导实践,用实践验证理论”良好机会,有利于提高教学效果;同时由于专业教室在设置时就充分考虑了行业的主流技术以及岗位能力的需求,学生在专业教室学习,即可直接获取综合职业技能,利于实现以就业为导向的培养目标。
本课程的教学中注重理论教学与实践教学相结合,将教学内容的知识点分为了解、理解、掌握、熟悉几个层次,将技能和能力实践分为学会、懂得、熟练几个层次,以实例讲解基本理论,加强现场技能培训、重点培养学生的掌握综合电路设计能力。
突出新技术、新知识、新技能、新产品的学习。
重点分析具有代表性的典型应用,将传授知识和技能贯穿与实践指导中,避免成为单一的讲授或单一的操作指导。
通过安排典型电路实例的安装制作,综合地应用理论知识学习和对实际电路的认识,达到对常用EDA工具的使用与VHDL语言的编程方法的全面认识和把握。
CPLDFPGA原理及应用
CPLDFPGA原理及应用首先,我们来了解CPLD和FPGA的原理。
CPLD是一种具有可编程逻辑单元和可编程互连资源的器件。
它的核心部分是由可编程逻辑门组成的逻辑单元,可以实现各种逻辑功能。
CPLD还具有非易失性存储器(EEPROM),用于存储逻辑功能的配置信息。
在使用过程中,我们可以通过编程软件将特定的逻辑功能配置到CPLD中,使其按照我们的需要工作。
FPGA是一种更加灵活、可定制度更高的可编程逻辑器件。
与CPLD相比,FPGA的逻辑资源和互连资源更加丰富。
FPGA的核心部分是由多个可编程逻辑单元(Look-Up Tables,简称LUTs)和可编程互连资源(Interconnects)组成的。
LUT是FPGA中的基本逻辑单元,它可以根据输入信号的不同进行配置,实现特定的逻辑功能。
而互连资源可以将不同的逻辑单元之间互连起来,形成更复杂的电路。
接下来,我们来讨论CPLD和FPGA的应用。
由于CPLD和FPGA具有灵活、可定制性强的特点,它们在各种电子设备中都有广泛的应用。
首先,在数字系统设计中,CPLD和FPGA可以用于实现各种逻辑功能。
例如,在数字信号处理(DSP)系统中,CPLD和FPGA可以实现滤波器、乘法器等复杂的数字运算。
在通信系统中,它们可以用于实现调制解调器、协议解析器等功能。
其次,在嵌入式系统中,CPLD和FPGA可以用于控制和接口的设计。
它们可以充当硬件逻辑控制器,实现系统中各个模块的协同工作。
同时,CPLD和FPGA还可以提供各种接口,方便与外部设备进行通信。
此外,CPLD和FPGA还在测试和测量领域得到了广泛的应用。
由于CPLD和FPGA可以灵活地实现各种逻辑功能,它们可以用于设计测试仪器和测试电路,快速准确地获取电路的各种参数。
最后,在教育和研究中,CPLD和FPGA也扮演着重要的角色。
它们可以帮助学生更好地理解数字逻辑和数字系统设计的原理。
同时,研究人员也可以利用CPLD和FPGA进行各种新算法和新理论的验证。
fpga cpld参考答案
fpga cpld参考答案FPGA和CPLD是现代数字电路设计中常用的可编程逻辑器件。
它们在电子工程领域中扮演着重要的角色,广泛应用于各种领域,如通信、嵌入式系统、计算机硬件等。
本文将介绍FPGA和CPLD的基本概念、特点以及应用,并提供一些参考答案来帮助读者更好地理解和应用这些器件。
FPGA,即现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array),是一种可编程逻辑器件,它由大量的逻辑门、存储单元和可编程互连资源组成。
与传统的专用集成电路(ASIC)相比,FPGA具有灵活性高、开发周期短的优势。
它可以通过编程来实现各种不同的数字电路功能,而无需进行物理上的改变。
这使得FPGA成为了快速原型设计、快速验证和低成本量产的理想选择。
CPLD,即复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device),与FPGA类似,也是一种可编程逻辑器件。
但与FPGA相比,CPLD规模较小,资源有限。
它由可编程的逻辑单元、触发器和互连资源组成。
CPLD适用于一些规模较小、逻辑较简单的应用场景,如时序逻辑控制、接口逻辑等。
FPGA和CPLD的特点使得它们在各种领域得到广泛应用。
在通信领域,FPGA和CPLD可以用于实现各种协议的解析、编解码、调制解调等功能。
在嵌入式系统中,FPGA和CPLD可以用于实现各种外设接口、时序控制、状态机等。
在计算机硬件领域,FPGA和CPLD可以用于实现高性能计算、逻辑仿真、硬件加速等。
接下来,我们将提供一些参考答案,帮助读者更好地理解和应用FPGA和CPLD。
1. FPGA和CPLD的主要区别是什么?FPGA和CPLD的主要区别在于规模和资源。
FPGA规模较大,资源丰富,适用于复杂的逻辑设计;而CPLD规模较小,资源有限,适用于简单的逻辑设计。
此外,FPGA的可编程互连资源更灵活,可以实现更复杂的互连结构;而CPLD的互连资源相对固定,适用于一些简单的逻辑互连。
可编程逻辑器件CPLD和FPGA的特点和应用
可编程逻辑器件CPLD和FPGA的特点和应用作者:田生宏,田培成来源:《科技视界》 2015年第18期田生宏田培成(西安理工大学高等技术学院,陕西西安 710082)【摘要】在可编程逻辑器件的发展过程中,不同厂家对新型PLD器件的叫法不尽相同,对CPLD和FPGA的分类标准也有差异,这样给使用和选择带来了不便甚至困惑,本文按一般的分类方法,分别介绍这两种可编程逻辑器件各自的特点,以期给使用者以帮助。
【关键词】可编程器件;PLD;CPLD;FPGA;硬件描述语言VHDL目前,大量使用的可编程逻辑器件是CPLD和FPGA,产品种类很多,均可实现任何数字逻辑功能。
设计者可以利用CPLD和FPGA,通过原理图输入法或硬件描述语言设计一个数字系统,使之完成特定的功能,并且能运用软件仿真的方法来验证设计的正确性。
CPLD和FPGA用于开发数字逻辑电路,可以缩短设计时间,减少集成电路数目和降低成本,极大地提高系统的可靠性。
近年来,诞生了一些新型的CPLD和FPGA器件,集成度高,可以替代几十甚至几千块通用IC芯片,其单片逻辑门数已达到上百万门,可实现的逻辑功能也越来越强。
在可编程逻辑器件的发展过程中,不同厂家对新型PLD器件的叫法不尽相同,对CPLD和FPGA的分类标准也有差异,人们通常把基于乘积项技术和EEPROM工艺或Flash Memory工艺的器件称为CPLD,把基于查找表技术和SRAM工艺的器件称为FPGA(也有些资料将这两种器件都称为CPLD或都称为FPGA)。
这样给使用和选择带来了不便甚至困惑,本文按一般的分类方法,分别介绍这两种可编程逻辑器件各自的特点,以期给使用者以帮助。
1 复杂可编程逻辑器件CPLDCPLD是从SPLD发展而来的高密度PLD产品,目前CPLD的产品种类繁多,各具特色,但其构成基本相同。
如图1所示为CPLD的结构示意图,它由若干个逻辑阵列块(LAB)、可编程互连阵列(PIA)和可编程的输入/输出模块(IOB)组成。
FPGA与CPLD技术
FPGA与CPLD技术【FPGA与CPLD技术】在现代科技领域中,电子器件逐渐发展为了实现更高性能和更多功能的需求。
FPGA(现场可编程门阵列)和CPLD(复杂可编程逻辑器件)技术就是应对这一需求而应运而生的。
一、FPGA技术的应用FPGA是一类可现场编程的半导体芯片,其内部由逻辑单元、寄存器和可编程连线组成。
它具有灵活性高、易于调试、可动态重新配置等特点,因此广泛应用于不同的领域。
1. 通信领域:FPGA技术在通信领域中得到广泛应用。
它可用于实现高速数据传输、协议转换、信号处理等功能。
例如,FPGA可以被用于构建基站设备,实现无线网络的通信功能。
2. 图像与音频处理:FPGA技术在图像与音频处理方面发挥重要作用。
通过对FPGA的编程,可以实现图像的实时处理、特效增强、图像压缩等功能。
在音频领域,FPGA可以用于音频信号处理、音频编解码等应用。
3. 工业控制:FPGA可用于工业控制系统中,实现逻辑控制、数据采集和通信等功能。
它能够适应不同的工作环境和要求,如自动化生产线、机械控制等。
二、CPLD技术的特点和应用CPLD是另一种可编程逻辑器件,与FPGA相比具有一些独特的特点和应用。
1. 规模较小:相对于FPGA,CPLD的规模较小,通常适用于较简单的逻辑设计。
2. 响应速度快:CPLD的延迟时间相比FPGA较短,适合于对实时性要求较高的场合。
3. 低功耗:CPLD不需要硬件重新配置,因此功耗较低,适用于需要长时间运行的设备。
4. 应用领域:CPLD常用于电路板级和模块级设计,例如电源管理、时序控制等。
三、FPGA与CPLD技术的比较FPGA和CPLD在应用场景和性能方面存在一些区别。
1. 灵活性与复杂性:FPGA对于复杂逻辑的处理更加灵活,但CPLD更适合较简单逻辑的应用。
2. 面积与功耗:FPGA的逻辑单元规模较大,可以实现更复杂的功能,但功耗也相应较高。
而CPLD规模较小,功耗也相对较低。
3. 延迟时间:相比之下,CPLD的延迟时间较短,对于实时性要求较高的场景更加适用。
FPGA与CPLD设计流程
FPGA与CPLD设计流程FPGA(Field-Programmable Gate Array)和CPLD(Complex Programmable Logic Device)是现代数字电路设计中常用的可编程逻辑器件。
它们具有配置灵活、可重构的特点,使得数字电路的设计和开发更加高效和便捷。
本文将介绍FPGA与CPLD的设计流程,并探讨在设计过程中需要注意的一些关键要点。
一、设计前准备在进行FPGA与CPLD设计之前,我们首先需要明确设计的目标和需求,包括功能需求、性能需求和接口需求等。
同时,根据设计的规模和复杂性,确定所需的FPGA或CPLD器件型号,以及需要采用的开发工具和设计语言。
二、设计框架搭建在设计框架搭建阶段,我们需要创建一个新的工程,并选择适当的开发平台和工具。
根据设计需求,将逻辑功能进行划分,确定模块间的接口和数据交互方式。
同时,选择合适的开发语言,如Verilog或VHDL,开始进行设计代码的编写。
三、模块设计与验证在模块设计与验证阶段,我们需要将整个设计划分为多个模块,并逐个进行设计和验证。
每个模块都应该具备独立的功能,并能够与其他模块进行正确的数据交互。
设计人员可以使用仿真工具对每个模块进行功能验证,并通过调试和测试来保证模块的正确性。
四、综合与优化在综合与优化阶段,我们需要使用合成工具将设计代码转换为逻辑网表。
综合工具会将设计代码翻译成与目标FPGA或CPLD器件兼容的逻辑门级表示,并进行优化以提高设计的性能和面积效率。
在这个阶段,设计人员还需根据目标平台的资源限制进行约束设置,以确保设计在合理的范围内。
五、布局布线与时序分析在布局布线与时序分析阶段,我们需要将逻辑网表映射到目标FPGA或CPLD器件的物理资源上,并进行物理布局和布线。
同时,进行时序分析来保证设计在时钟频率和时序要求下能够正常工作。
此外,设计人员还需要注意信号的噪声抑制和时钟域的管理,以确保设计的可靠性和稳定性。
- 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)。
传统设计与计辅设计EDA
传统设计
设计用器件 设计手段 设计方法 设计规模 设计效果 设计输入文件 中小规模分立器件 人工设计、校验、搭接 自底向上 Bottom-up 规模小、体积大、可靠性差 开发周期长、效率低、成本高 电路图纸,说明文件
计辅设计 EDA
大规模 PLD 芯片 计辅分析、仿真、下载配臵 自顶向上 Top-down 规模大、集成化、可靠性高 开发周期短、效率高、成本低 原理图,波形图,HDL
2.逻辑综合和优化
欲把HDL的软件设计与硬件实现挂钩, 则需要利用EDA开发工具的综合器进行逻辑 综合。 综合器可把HDL描述的功能转化成具体 的硬件电路。针对设计要求及给定器件的 结构特性等 约束条件 ,综合器通过编译、 建模、优化、仿真等过程,可将某一特定 项目的HDL描述转化为门级电路的结构描述 是软件描述与硬件实现的一座桥梁。 综合过程可在三个层次上进行: 行为描述——RTL描述:称作行为综合; RTL描述——门级描述:称作结构综合; 门级描述——版图描述:称作版图综合 因此综合器分RTL级综合与行为级综合两种 如:Synplify就是典型的行为级综合工具。
VHDL 程序
工艺库
VHDL 综合器
约束
图表
通常,VHDL程序需要行为级综合器
C、ASM… 程序
软件程序编译器 COMPILER (A)软件语言设计目标流程 ( a)
CPU指令/数据代码: 010010 100010 1100
VHDL/VERILOG 程序
硬件描述语言综合器 COMPILER SYNTHESIZER (B)硬件语言设计目标流程 ( b)
第1章 EDA技术概述
伴随着 2l 世纪信息化时代的到来,对电子产品在 性能 、 规模 、 复杂度 和 集成度 等方面的要求越来越高。与模拟系统相比数字系统 具有抗干扰能力强,工作稳定可靠,便于大规模集成,易于实现小 型化、模块化、低功耗等优点,因此 数字化技术 己渗透到科研、生 产和人们日常生活的各个方面, 数字化、智能化、高度集成化成为
现代电子产品的重要标志,也引发了电子系统构建方式的改变。
电子系统构建方式的改变带来电子产品设计方法的变革,目前, 现代电子设计技术的核心已转向基于计算机的电子设计自动化技术, 即EDA(Electronic Design Automation)技术。
EDA是在CAD基础上发展起来的计算机辅助设计系统,是以大规模可 编程逻辑器件为设计载体,以硬件语言为主要设计描述,以计算机软 硬件开发系统为设计工具,自动完成集成电子系统设计的一门新技术。
1.2 EDA技术基本特征及其优势
EDA技术在设计方法与手段、设计规模与效率等方面和传统设计有很大区别 • 硬件描述语言HDL输入方式使得硬件电路的设计如同修改软件程序 一样快捷方便,可提高设计灵活性。
• 自顶向下Top-down设计方法是一种从抽象到具体,从模块到电路的 行为设计方式,可提高设计效率,便于系统级设计。 • 逻辑综合与逻辑优化等计算机自动设计技术的全方位应用使得电 子系统设计的自动化程度更高,且直面产品设计。 • 设计语言的标准化、开发工具的规范化以及丰富的器件库使得电 子系统设计具有一定的开放通用性及良好的可移植性与可测试性。 • 大规模可编程器件CPLD/FPGA的应用使得电子产品集成化程度更高, 可构建片上系统(SOC),且可现场编程或在线修改升级。 • 多功能的软硬件开发工具具有强大的系统建模与时序仿真能力, 可缩短开发周期,降低开发成本;集成开发环境对设计者要求降低。
4.目标器件的编程/下载
如果编译、综合、布线/适配和行为仿真、功能仿真、时序仿真等 过程都没有发现问题,即满足原定设计的要求,则可以将由FPGA/CPLD 布线/适配器产生的配臵/下载文件(熔丝图JED文件)通过编程器和下载 电缆载入目标芯片FPGA或CPLD中。
5.设计过程中的有关仿真
目标适配和结构综合前需进行 VHDL 行为功能仿真 。即对 VHDL 所描述 的内容进行模型功能仿真,由于 VHDL 的行为仿真是面向高层次的系统级 仿真,是根据 VHDL 的语义进行的,只对 VHDL 的系统描述作可行性评估测 试, 此时的仿真不针对任何硬件系统,只限于功能验证 ,与具体电路没 有关系,也不考虑硬件延迟。 结构综合后, VHDL 综合器将生成一个 VHDL 网表文件。该网表文件采 用 VHDL 结构描述方法,可在 VHDL 仿真器中进行所谓的 时序仿真 ,此时的 仿真充分考虑了电路的硬件特征,仿真结果与门级仿真基本一致。
• VHDL语法格式类似一般的计算机高级语言,具有强大的系统级行为描述 能力,丰富的仿真语句和库函数,对设计的描述也具有相对独立性。 • Verilog是在C语言基础上发展起来的硬件描述语言,句法格式比较灵活 自由,易学易用,更适合于RTL或门级描述,最大特点是便于综合,对开发 工具要求降低。 • ABEL是一种早期的硬件描述语言支持逻辑电路的多种表达形式,其中 包括逻辑方程,真值表和状态图。 • AHDL(Altera HDL) ALTERA公司发明的HDL,特点是非常易学易用,学过 高级语言的人可以在很短的时间(如几周)内掌握AHDL。缺点是只能用于 ALTERA自己的开发系统。
(2)状态图输入方式:以图形的方式表示状态机进行输入。当填好时钟信
号名、状态转换条件、状态机类型等要素后,就可以自动生成VHDL程序。 这种设计方式简化了状态机的描述,在RTL设计中有一定的应用。
(3)文本输入方式:利用EDA工具提供的文本编辑器以程序代码的方式进行
输入。是最一般化、最具普遍性的输入方法,任何支持HDL的EDA工具都支持 文本方式的编辑和编译,可以弥补原理图输入的不足。
高效率的EDA设计依赖于其自顶向下的设计流程和功能强大的开发工具
1.3 EDA设计流程与开发工具
设计准备
1.设计说明书 5.前端功能仿真 9.结构综合
设计输入 设计处理
2.建立VHDL行为模型
6.逻辑综合
10.门级时序仿真
3.VHDL行为仿真
7.测试向量生成
11.硬件测试
编译/检查 建模/化简 优化/综合 布局/适配 网表提取
图形或 HDL编辑
Analysis & Synthesis (分析与综合)
Filter (适配器)
Assembler (编程文件汇编)
编程器
Timing Analyzer (时序分析器)
设计 输入
综合或编译
适配器件
下载
仿真
Altera集成开发环境---- QuartusII
1.4 EDA设计描述与HDL语言
J D
Q
Q
K
为ASIC设计提供的电路网表文件
硬件描述语言的综合过程
3.目标器件布局与适配
逻辑综合、功能仿真后才能进行 目标适配 (即结构综合)。 利用适配器将逻辑综合后的网表文件针对某一具体的目标器件进行 逻辑映射操作(其中包括底层器件配臵、逻辑分割、逻辑优化、布局 与布线等)。
适配器又称为布局布线器,其功能是将由综合器产生的网表
1.1 EDA技术发展概况
EDA技术是一门综合性技术,它融合多学科于一体,又渗透应用于 多学科之中,其发展历程与集成电路制造技术、在系统可编程技术、 计算机辅助设计及应用技术的发展同步。
20世纪70年代CAD EDA技术的发展 分为三个阶段 20世纪80年代CAE
20世纪90年代EDA
进入21世纪后,随着基于EDA的SOC(片上系统)设计技术的发展, 软硬核功能库的建立,EDA技术开始步入崭新阶段: 1)在FPGA上实现DSP(数字信号处理)应用成为可能 2)在一片FPGA中实现一个完备的数字处理系统SOC成为可 能 3)功能强大的EDA软件不断推出 4)电子技术领域全方位融入EDA技术 5)软硬IP(Intellectual Property)核在电子领域广泛应用 6)基于EDA的用于ASIC设计的标准单元已涵盖大规模电子系统 7)复杂电子系统的设计和验证趋于简单 8)SoPC高效低成本设计技术趋于成熟 专家认为,21世纪将是 EDA技术快速发展时期, 将使得电子技术领域 各学科的界线更加模糊(软/硬件,模块/系统,方案/实现等),更加互为包容 其应用更为广泛,EDA技术将成为对21世纪产生重大影响的十大技术之一。
仿真验证
下载测试
集 成 开 发 环 境
基于EDA工具的开发过程
设计输入 逻辑综合 布线前仿真
逻辑函数级仿真 器件适配、布局、布线 时序仿真 下载编程 HDL Shematic 混合输入
目标适配
布线后仿真 下载测试
对于目标器件为FPGA/CPLD的EDA设计基本流程如下:
1.设计输入
常用的设计输入方式有三种:
CPLD/FPGA的开发与应用
课程教学内容
•现代电子系统设计方法--- EDA技术
•现代电子系统实现手段---大规模PLD •现代电子系统设计描述--- HDL语言 •现代电子系统设计流程--- 自顶向下 •现代电子系统开发平台--- EDA工具
参考教材及资料
徐志军等,EDA技术与PLD设计,人民邮电出版社
4.VHDL-RTL级建模
8.功能仿真
12.设计完成
仿真验证 下载测试
自顶向下的设计流程
EDA设计流程
设计准备 设计输入 设适配 网表提取
EDA开发工具
•
设计输入编辑器
EDA
• 检查/分析器 • 优化/综合器 • • • 布局/布线适配器 功能/时序仿真器 编程下载器
随着EDA技术的发展与计算机应用水平的提高,各大PLD生产厂家及EDA软件开发商 相继推出界面友好、使用方便、功能强大的集成开发环境。如: Altera公司的Maxplus/Quartus,Xilinx公司的Foundation,Lattice公司的ispEXPERT Synplicity公司的Synplify综合器,ModelTechnology公司的ModelSim仿真器等。