基于 FPGA的嵌入式CPU的VHDL建模和设计
基于FPGA和VHDL的嵌入式存储器控制器设计
基于FPGA和VHDL的嵌入式存储器控制器设计安书董;李明;段小虎;解文涛;路辉【期刊名称】《航空计算技术》【年(卷),期】2017(047)001【摘要】主要研究一种新型嵌入式对存储器的控制方法,不同于以往采用专用控制器来进行控制,而是基于可编程逻辑器件(FPGA)的手段来实现对存储器的控制.可以解决传统方法低灵活性、不可擦写的瓶颈问题.采用VHDL语言实现控制逻辑,由FPGA向存储器发送读写信号,实现对存储器的读写操作.同时,在Xilinx开发环境进行综合,编写测试码进行仿真,通过仿真结果表明方法实现存储器正常工作所需要的读写时序,证明其正确性.%As the embedded memory is widely used in many field,anew method is introduced to control the embedded memory based on FPGA and VHDL.In contrast to the old method that using a special controller to control the embedded memory,Field-Programmable Gate Array(FPGA)is used owning to the flexibility and erasability.Simultaneity,VHDL is used to program the logic and the Xilinx integrated development environment can be used tosynthesized.Finally,the logic is emulated by ISE Simulator Lite,and its rationality is verified.Thus,the complexity and cost can be effectively reduced.【总页数】4页(P124-127)【作者】安书董;李明;段小虎;解文涛;路辉【作者单位】中航工业西安航空计算技术研究所,陕西西安 710068;中航工业西安航空计算技术研究所,陕西西安 710068;中航工业西安航空计算技术研究所,陕西西安 710068;中航工业西安航空计算技术研究所,陕西西安 710068;中航工业西安航空计算技术研究所,陕西西安 710068【正文语种】中文【中图分类】TN918.7【相关文献】1.基于VHDL设计的FPGA功能仿真结果与实际功能不一致问题研究 [J], 金臻;姜丽梅2.PCI总线控制器的VHDL设计与FPGA实现 [J], 唐伟;任中全;贺文海3.基于FPGA和VHDL的LCD控制器设计 [J], 徐宏祥;亓爱国;尹冀波;耿爽;张春宇4.VHDL和FPGA在高速A/D采样控制器设计中的应用 [J], 杨亚让;吴云虎5.嵌入式存储器控制器设计中FPGA与VHDL的应用研究 [J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
Altium Designer基于FPGA嵌入式系统设计
图8 将VHDL产生图表符
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基于FPGA的硬件设计
生成如图9所示的图表符，
图9 将VHDL产生图表符
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基于FPGA的硬件设计
9.按图10将图表符连接好
图10 连接图表符
15
基于FPGA的硬件设计
10.给各元件加上标注，选择菜单Tools\Annotate quiet…,在弹出的对话框中选择ok， 原理图中的元件就自动排列完成了。
基于FPGA的硬件设计
以下我们将结合一个实例来简要介 绍一下如何在Altium Designer 上实现 一个完整的嵌入式系统设计过程。
首先：创建一个新的FPGA 工程 1.选择菜单File\New\FPGA Project， 在工程栏中将会显示新建的 FPGA 工程名，选择菜单File\Save Project ，在对话框中修改工程名称 Test，然后Save。在工程栏中选择File View 选项，在工程中将会列出所有属 于当前工程的文件。
TEST_BUTTON
LED NEXUS_JTAG_CONNECT NEXUS_JTAG_PORT OR2N1S FPGA_STARTUPx
FPGA NanoBoard Port-Plugin.IntLib
FPGA NanoBoard Port-Plugin.IntLib FPGA NanoBoard Port-Plugin.IntLib FPGA Generic.IntLib FPGA Generic.IntLib FPGA Peripherals.IntLib
图6 新建VHDL文件
8
基于FPGA的硬件设计
);
7.在VHDL文档界面下输入VHDL语言：
基于VHDL和FPGA的数字系统设计方法
顺序语句一次一个命令且依书写方式由上 而下地执行。 (1)Process (2)IF-ELSE(判断比较) (3)Wait（等待）以上三个配合使用 (4)CASE-When(描述选择） 如：CASE S is when “00” =>A<=„1‟; when “11” =>A<=„0‟; When others=>A<=not A; End case;
CH2_4_1.VHD CH2_5_1.VHD
(5)For-LOOP For I in 起始值 downto(to) 结束值 LOOP 命令语句 END LOOP; 在许多设计项目里，常常看到大部分的 工程师只是使用VHDL语法的30%，就已 能完成电路的设计了。
CH3_2_1.VHD CH3_2_2.VHD
四、组合电路设计实例ALU
CH5_4_1.VHD
四、时序电路设计
1、D触发器
CH6_1_1.VHD
2、T触发器
3、延迟电路
CH6_1_2A.VHD
CH6_2_1.VHD
CH6_1_2B.VHD
4、微分电路
CH6_2_2.VHD
5、加减法计数器 CH6_2_3B.VHD 除2N分 频电路
6、分频电路 （1）除2N分频电路 （2）除N分频电路 加法分频电路
2、VHDL的程序结构图
3、VHDL程序基本结构
表示打开IEEE库 library IEEE; use IEEE.std_logic_1164.all; use IEEE.std_logic_ARITH.all; use IEEE.std_logic_UNSIGNED.all; 表示使用这 entity nand2 is 三个程序包 port ( a: in STD_LOGIC; b: in STD_LOGIC; y: out STD_LOGIC ); end nand2;
基于FPGA+CPU的信号处理系统的设计与实现
• 174•基于FPGA+CPU的信号处理系统的设计与实现上海广电通信技术有限公司 李红霞【摘要】文章简要介绍了雷达信号处理的发展现状，为了解决现有的雷达信号处理系统信号处理能力弱、数据传输速率低的问题，设计开发了基于FPGA+CPU 的船用导航雷达信号处理系统。
该系统充分利用FPGA 的流水性能以及通用 CPU 的并行处理能力，将算法合理分配至不同的处理器中，实现大数据量的实时传输和高性能的实时信号处理。
文章从系统设计入手介绍了船用导航雷达信号处理系统的工作原理，简要介绍了船用导航雷达信号处理系统的硬件设计，并从信号预处理、信号处理、目标跟踪三个方面阐述了船用导航雷达信号处理系统的信号处理流程和算法设计。
【关键词】雷达信号处理系统；信号预处理；信号处理；目标跟踪0 引言船舶驾驶员在驾驶船舶过程中，需要做到瞭望、定位、导航和避碰，这就要通过船用导航雷达来保证。
船用导航雷达是船舶正常航行所必备的电子设备之一,在过弯道、船舶靠港和离开以及海上作业等方面起到了重要的作用[1]。
雷达系统的不断升级相应的要求大幅提升信号处理系统的计算速度、数据带宽和传输速率[2]。
而现有的雷达信号处理系统的运算能力较低，传送数据的速率不高，无法满足现代信号处理的需求。
因此增强雷达系统的运算能力，提高传送数据的速度是如今雷达信号处理亟待解决的问题。
本文所采用的方案，可以很好地完成实时、可靠的雷达信号处理。
本文中的信号处理系统采用ADC+FPGA+CPU 的系统架构，集高密度计算与高速数据传输于一体，实现强大的信号处理及数据交换能力[1]，同时提高了系统的集成度。
1 系统设计船用导航雷达信号处理的数据量大，对实时性和数据传输速率都要求较高，本文中针对以上特点，并结合 FPGA 的流水性能以及通用 CPU 的并行处理能力，将算法合理分配至不同的处理器中，提升了信号处理能力和数据传输能力，降低成本的同时提高了系统的集成度。
船用导航雷达信号处理系统通过ADC 对视频信号进行采样，将模拟视频信号转换为数字化的视频数据。
fpga设计中vhdl语言简介
fpga设计中vhdl语言简介
VHDL是一种硬件描述语言(HDL)，旨在帮助工程师和设计师进行复杂电路和系统的设计和仿真。
VHDL语言是由美国国防部发起的，现在已经成为全球应用最广泛的HDL之一。
VHDL语言的基础包括三个部分：实体(entity)、体(architecture)和过程(process)。
实体定义组件的接口，在其内部，architecture结构体提供了具体的实现。
过程是编写复杂操作的基本方式，类似于C语言中的函数。
VHDL语言的数据类型包括标准逻辑类型，如布尔、位和字符类型，以及更复杂的数据类型，如数组和记录类型。
此外，VHDL也支持自定义数据类型。
在FPGA设计中，VHDL语言的主要作用是设计和实现可编程逻辑电路。
VHDL语言描述的电路可以在硬件上运行，也可以使用仿真器进行验证和测试。
总体而言，VHDL语言是一种强大的硬件描述语言，对于设计和实现复杂的电路和系统非常有用。
在FPGA设计中，VHDL语言是必不可少的一部分。
基于FPGA的嵌入式系统的设计与实现
2、输入模块设计
输入模块主要包括乐曲信息的采集和传输。本系统中，乐曲信息采用MIDI格 式进行存储和传输。用户可以通过MIDI键盘或者其他MIDI设备将乐曲信息输入到 系统中。
3、处理模块设计
处理模块主要由FPGA完成，其主要任务是将输入的乐曲信息转换为硬件可以 识别的控制信号。
具体来说，FPGA首先需要将MIDI格式的乐曲信息解析为数字信号，然后通过 内部算法进行处理，生成控制音频硬件的信号。本系统中，FPGA主要通过VHDL编 程语言来实现上述功能。
基于FPGA的嵌入式系统的设计与实 现
目录
01 基于FPGA的嵌入式系 统设计与实现
02 参考内容
基于FPGA的嵌入式系统设计与 实现
随着科技的不断发展，嵌入式系统在各个领域的应用越来越广泛。FPGA（现 场可编程门阵列）作为一种灵活、高效的硬件设计技术，为嵌入式系统设计提供 了新的解决方案。本次演示将介绍基于FPGA的嵌入式系统的设计与实现。
经过以上步骤，我们可以得出基于FPGA的嵌入式系统的设计与实现具有以下 优点：首先，FPGA的可编程性使得硬件设计更加灵活，可以根据不同需求进行定 制和优化；其次，FPGA的高速并行处理能力可以提高整个嵌入式系统的运算效率 和性能；再次，使用FPGA可以降低系统功耗和成本，同时减小了系统的体积和重 量；最后，FPGA的可重构特性使得系统升级和维护更加简便。
1、硬件设计
系统的硬件部分主要包括DSP、FPGA、RAM、Flash等。其中，DSP用于实现 信号处理算法，接收GPS和惯性导航等传感器数据，计算出位置、速度等信息； FPGA用于实现硬件接口、数据传输和控制逻辑，连接各个硬件模块，保证系统的 正常运行；RAM用于存储运行时的数据和程序；Flash用于存储固件程序和常量数 据。
《VHDL语言程序设计》课程教学大纲
GDOU-B-11-213《VHDL语言程序设计》课程教学大纲课程简介课程简介:本课程为软件工程专业嵌入式专业方向的专业课，是开发基于FPGA/CPLD嵌入式系统的必备基础。
主要内容包括FPGA/CPLD目标器件的结构和工作原理、EDA技术和工作流程、VHDL基础知识、VHDL实用方法和设计深入、原理图输入法、LPM宏功能模块实用方法、状态机设计以及EDA优化设计。
目的是为后续课程的学习和嵌入式系统的设计作必须的基础准备。
课程大纲一、课程的性质与任务：本课程是软件工程专业的专业方向课程。
教学任务主要包括使学生了解EDA技术的工作流程，正确使用开发平台，掌握以VHDL为代表的硬件描述语言的基本知识、编程实用方法和工程设计方法，掌握原理图设计法、状态机设计法，能够正确使用IP Core和LPM等宏功能模块。
本课程是软件工程专业嵌入式专业方向的第一门专业方向课，是后续课程的必备基础，具有较重要的地位。
二、课程的目的与基本要求：本课程涉及到的学科基础知识面广，要求软硬件兼备，需要较好的学科基础。
通过本课程的学习，最终达到能够设计基于FPGA/CPLD的ASIC，并能进行EDA优化的目的。
三、面向专业：软件工程四、先修课程:《计算系统基础》五、本课程与其它课程的联系：本课程的先行课程是计算系统基础。
服务的主要后续课程包括基于FPGA的嵌入式软件开发、基于ARM的嵌入式软件开发等。
六、教学内容安排、要求、学时分配及作业：第一章概述（2学时）1.1 EDA技术及其发展（C）1.2 硬件描述语言硬件描述语言种类、自顶向下设计方法、EDA工程设计流程。
（A）1.3 面向FPGA/CPLD的开发流程设计输入、分析综合、布局布线、仿真、下载和硬件测试。
（A）1.4 IP Core 及EDA技术发展趋势。
（C）第二章 FPGA硬件特性与编程技术（8学时）2.1 PLD发展历程及其分类（c）2.2 低密度PLD工作原理PROM、PLA、PAL、GAL。
基于FPGA的嵌入式CPU的VHDL设计
基于 Ｆ Ｐ ＧＡ 的嵌入 式 Ｃ Ｐ Ｕ的 Ｖ ＨＤ Ｌ设计
史 展 李 占宣 ｚ
（ １ 、 黑龙江农垦石油化工销 售公 司 ， 黑龙江 哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ３ ６ ２ 、 哈 尔滨金 融学院计算机 系， 黑龙 江 哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ３ ０ ）
摘 要： 提 出一种 嵌入 式 Ｃ Ｐ Ｕ核 的 Ｖ Ｈ Ｄ Ｌ行 为设 计 方 法 ， 是 基 于指令 对 数 据流 流 通控 制 行 为 的描 述 。该 方法 可 以 快速 创 建 兼 容 已有指令集的 Ｃ Ｐ Ｕ核的 Ｖ Ｈ Ｄ Ｌ模型 ， 易于修改， 提 高设计效率。同时介 绍兼容 ８ ０ ５ １ 单片机指令的 Ｃ Ｐ Ｕ的 Ｖ Ｈ Ｄ Ｌ设计例子 ， 并给 出使 用 Ａ ｈ ｅ ｒ ａ Ｑ ｕ ａ ｒ ｔ ｕ ｓ ｌ Ｉ 工具 在 Ｅ Ｐ ３ Ｃ ４ ０ Ｑ ２ ４ ０ Ｃ ８ Ｎ 器件 上进 行 综 合 实现 Ｃ Ｐ Ｕ核 设 计 的结 果 。 关键 词 ： Ｆ Ｐ Ｇ Ａ； 嵌入式 Ｃ Ｐ Ｕ ； Ｖ Ｈ Ｄ Ｌ ； 指令 ； 仿 真 嵌人 式 Ｃ Ｐ Ｕ 的设 计 是 Ｓ Ｏ Ｃ设 计 的核 心 ，在 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ器 件 中嵌 入 块 ， 应该 与 电路模 块相 接 。电 路模 块 可 以 由 ７ ４ １ ６ ５ 、 ７ ４ １ ６ ４及 一 个 三 式Ｃ Ｐ Ｕ有 硬 核和 软 核 两种 。 态 门组 成 。连 接方 式 是 三态 门的 输 出端 口接 单 片机 的 Ｐ ３ ． ０ ， 三 态 门 １ Ｃ Ｐ Ｕ行 为模 型 的控制端可 以由单片机的 Ｐ ３ ． ６ 来控制； 当Ｐ ３ ． ６ ＝ ０时 ， 信号从单片机 Ｃ Ｐ Ｕ数 据 流行 为 模 型 是 根 据 Ｃ Ｐ Ｕ 对 数 据 流 的控 制 行 为 建 立 的 Ｐ ３ ． ０输 出进 入 ７ ４ １ ６ ４的数 据输 入 端 ； 而当 Ｐ ３ ． ６ ＝ １ 时， ７ ４ １ ６ ５的数 的， 符合 自顶 向下（ Ｔ ｏ ｐ — ｔ ｏ — Ｄ ｏ ｗ ｎ ） 的全正 向设计原则 。 数据流控制 的 据 输 出 至 Ｐ ３ ． ０ 。 行为描述 不涉及 Ｃ Ｐ Ｕ具 体 的 电 路 结 构 或 总 线 结 构 ，抽 象 和 概 括 ３ ． ２ ． ４ 锁 相环 应 用 Ｃ Ｐ Ｕ的行 为 。 单 片 机 的时 钟信 号 必 须 来 自锁 相 环 ， 频 率 高低 可根 据 实 际需 要 ２ Ｃ Ｐ Ｕ模 块 结 构 来确定 。例如配合延 时程序而选择 的主频频率 ， 或在 串行通信 中特 根据 Ｃ Ｐ Ｕ数 据 流行 为模 型 ， 目标 器 件 的 写 控制 、 数 据 源 选 择 和 定波特率所对应 的特定的主频频率等。 此外 ， 若需高速运算， 则可将 传输通道选择行为都是 由 ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ＿ ｅ ｏ ｄ ｅ指令码决定的 ，可用指令译码 时钟频率设得 比较高。 尽管最高可大于 ８ ０ ０ Ｍ Ｈ ｚ ， 但为了确保工作 的 模 块 实 现数 据 流 控制 行 为 。 稳定 性 ， 一 般 频 率不 要 大 于 ５ ５ ０ ＭＨ ｚ 。当然 ， 锁相 环 还 能 为 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ中 Ｒ Ｏ Ｍ 的地 址 ｒ ｏ ｍ —ａ ｄ ｄ ｒ 连至 Ｐ ｃ寄存 器 输 出 ， Ｒ Ｏ Ｍ 的数 据 线 或外 部 的其 他 扩 展模 块 提供 品质 良好 和 精 确 的时 钟信 号 。 连 接 到控 制 器 的 数据 输 入 。 控 制 器 是一 个 状 态机 ， Ｃ Ｐ Ｕ先 从 Ｒ Ｏ Ｍ读 ３ ． ２ ． ５软 件 设计 与 调试 取并保存 指令码和立即数 ， 输 出指令码 ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ＿ ｃ ｏ ｄ ｅ 、 立 即数 ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ 所有硬件电路设计完成后 ， 要为单片机的工作编写软件。 ｄ ａ ｔ ａ ｌ 、 立 即数 ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ— ｄ ａ ｔ ａ ２ 至 译 码器 ， 然后输出 ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｏ ｐ 信号有效 ， 电路 系 统设 计 和 调试 步 骤 如下 ： 数据被写入 目标器件 ， 完成指令操作 ， 再读取下一条指令 。Ｃ Ｐ Ｕ 中 （ １ ） 调入 ８ ０ ５ １ Ｃ Ｐ Ｕ核 ： Ｃ Ｐ Ｕ ８ ０ ５ １ Ｖ１ ． ｖ ｑ ｍ。 的寄存器 由特殊 和通用寄存器组成。为提高程序执行效率和速度 ， （ ２ ） 调入 Ｌ Ｐ Ｍ— Ｒ Ｏ Ｍ程序存储器 ， 存储 量大小可根据应用程序 累加器设计成具有移位功能 ， Ｐ ｃ寄存器具有 自加功能、 Ｐ Ｃ计数器 的大小 来 决 定 。 和Ｄ Ｐ Ｔ Ｒ 具有和地址总线相 同位宽 、标志寄存器 Ｐ Ｓ Ｗ具有位操作 对７ ４ １ ６ ５和 ７ ４ １ ６ ４的读 写程 序 如 下 ： 等功能 。通用寄存器 Ｒ ０ 一Ｒ ７可用分布式 Ｒ Ａ Ｍ实现 ， 用块 Ｒ Ａ Ｍ实 Ｓ Ｅ Ｔ Ｂ Ｐ ３ ． ６ ； Ｐ ３ ． ６ ＝ １：选 择 Ｓ Ｆ Ｔ模 块 （ 即７ ４ １ ６ ５ ） ， 读人 ８ 现双 端 口 Ｒ Ａ Ｍ。Ａ Ｌ Ｕ是 １ ６位运 算 器 ， 实现 １ ６ 位加 、 减、 ８ 位 乘 法 运 位 数据 算 和 逻 辑 运算 。指令 译 码 模块 是 一 个组 合 电路 ， 当Ｃ Ｐ Ｕ读 取 新 的指 Ｃ Ｌ Ｒ Ｐ ３ ． ５ ； 当Ｐ ３ ． ５ ＝ １ 时， 时钟 信 号到 令码 Ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ— ｃ ｏ ｄ ｅ 后 ，指 令译 码 模 块 根 据 当前 的指 令 选 择数 据 源 、 Ｓ Ｅ Ｔ Ｂ Ｐ ３ ． ５ ； 把 并 行 输 入 的 ８位 数 据 Ｄ ［ ７ — ０ １ 锁 人 移 位 寄 选 择 数 据通 道 和 选择 数 据 写入 目标 器 件 。 存 器 ３设 计 综合 仿 真 ＣＬＲ Ｐ３ ． １ ３ ． １ Ｋ ８ ０ ５ １ 单 片机 软 核 基本 功 能 和结 构 Ｓ Ｅ Ｔ Ｂ Ｐ ３ ． １ ； 时 钟上 升 沿 后锁 存 Ｏ ［ ７ ． ． ０ １ ＣＬＲ Ｐ ３． ５ Ｋ ８ ０ ５ １ 单 片 机 核 属 于 ８位 复 杂 指 令 Ｃ Ｐ Ｕ，存 储 器 采 用 哈 佛 结 构。指令 系统与 ８ ０ ５ １ ／ ２ 、 ８ ０ ３ １ ／ ２ 等完全兼容 ， 硬件接 口也基本相 同。 Ｍ Ｏ Ｖ Ｓ Ｃ Ｏ Ｎ， ＃ １ ０ Ｈ ； 设置 串 口数据 读 入 不 同之 处 主 要有 ： Ｇ Ｇ Ｇ ： Ｊ Ｎ Ｂ Ｒ Ｉ ， Ｇ Ｇ Ｇ ； 检测 Ｒ Ｉ 标 志 ＭＯＶ Ａ， Ｓ ＢＵＦ （ １ ） Ｋ ８ ０ ５ １ Ｃ Ｐ Ｕ是 以 网表 文 件 的方 式 存 在 的 ，只 有 通 过 编 译 综 合， 并载入 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 中才 以 硬件 的方 式 工 作 ， 而普通 ８ ０ ５ １总是 以硬 件 Ｃ Ｌ Ｒ Ｒ Ｉ ； 清０ ， Ｒ Ｉ 标 志 方 式存 在 的 。 ＭＯ Ｖ ４ ４ Ｈ ， Ａ ； 将来 自 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ的 ８ 位数据存入 ４ ４ Ｈ单 （ ２ ） Ｋ ８ ０ ５ １ Ｃ Ｐ Ｕ无 内部 Ｒ Ｏ Ｍ和 Ｒ Ａ Ｍ，所 有 程 序 Ｒ Ｏ Ｍ 和 内 部 兀 Ｒ Ａ Ｍ都必须外接 ， 但仍是在 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ内部 。 Ｃ Ｌ Ｒ Ｐ ３ ． ６ ； Ｐ ３ ． ６ ＝ ０： 选择 ７ ４ １ ６ ４ ， 输出 ８ 位数 据 Ｍ ＯＶ Ｓ ＣＯＮ ． 加 ＯＨ （ ３ ） 以软核方式存在能进行硬件修改和编辑 ； 能对 其进行仿真 和嵌 人 式 逻 辑 分 析 仪 实 现 实 时 时 序 测 试 ；能 根 据 设 计 者 的 意愿 将 Ｍ０ Ｖ Ａ， ＃ ５ Ｂ Ｈ ； 输出 ５ Ｂ Ｈ Ｃ Ｐ Ｕ、 Ｒ Ａ Ｍ、 Ｒ Ｏ Ｍ、硬件功能模块和接 口模块等实现于同一 片 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ Ｍ ＯＶ ＳＢＵＦ ， Ａ 中。 ３ － ３使用逻辑分析仪 ３ － ２单片机扩展功能模块的 Ｓ Ｏ Ｃ设计 Ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ Ｔ ａ ｐ Ｉ Ｉ 和Ｉ ｎ — Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐ ｒ ｏ ｂ ｅ ｓ 了 解 系 统 中某 些 ３ ． ２ ． １ Ｃ Ｐ Ｕ核 及 其端 口信 号 硬件模块在单片机软件控制下功能行为的正确性 ，特别是对 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ ８ ０ ５ １ Ｃ Ｐ Ｕ软核在配接上了程序存储器 Ｒ Ｏ Ｍ和数据 Ｒ Ａ Ｍ后就 外 部 接 口电路 的控 制 情 况 的 了解 。 成为一个完整 的 ８ ０ ５ １ 单片机最 小系统 了。其 中的 Ｃ Ｐ Ｕ ８ ０ ５ １ Ｖ １ 是 ４结 束语 ８ ０ ５ １ 单片机 Ｃ Ｐ Ｕ核 ， 模块文件是 Ｃ Ｐ Ｕ ８ ０ ５ １ Ｖ１ ． ｖ ｑ ｍ， 由Ｖ Ｑ Ｍ 原 码 表 仿真 显示 ５条 指令 执 行 的结 果 是符 合 指令 功 能 要求 的。 每 一条 述， 可 用 例化 方 式直 接 调 用 。该 元 件 可 以 与其 他 不 同语 言 表述 的元 指 令 执 行 需 要 ２ ｎ ｓ（ ３ 个ｃ ｌ ｋ 时钟 周 期 ） ，其 中 Ｒ Ｏ Ｍ 取 指延 迟 约 为 件一同综合与编译 ， 该核指令与标 准 ８ ０ ５ １ 指令系统完全兼容 ， 外部 ｌ ｎ ｓ ， 译 码 延 迟 约为 ｌ ｎ ｓ ，加 法运 算 延 迟 约 Ｉ ｎ ｓ 。仿 真 显 示 Ｃ Ｐ Ｕ时 钟 总 线 可 以连 接 ２ ５ ６字 节 的 “ 内部” Ｒ Ａ Ｍ和最大至 ６ ４ Ｋ字 节 的 程 序 最高频率为 ８ ０ ０ ＭＨ ｚ ， 运行速度超过 ９ ０ ＭＩ Ｐ Ｓ ， 是８ ０ ５ １ 单片机 （ 时钟 Ｒ０Ｍ 。 频率 为 １ ２ Ｍ Ｈ ｚ ） 的近 ４ ０ ０ 倍。 若增加 ３ 级指令流水操作 ， 可以使 Ｃ Ｐ Ｕ ３ ． ２ ． ２ Ｃ Ｐ Ｕ核工 作 存储 器 的Ｃ Ｐ Ｉ 为１ ， 运 行速 度 可 以达 到 ２ ８ ５ Ｍ Ｉ Ｐ Ｓ 。 为单片机核 配置 的数据存 储器是 ２ ５ ６个字节 的 Ｌ Ｐ Ｍ — Ｒ Ａ Ｍ 单 参考 文 献 元ｒ ａ ｍ ２ ５ ６ 。该 Ｒ Ａ Ｍ 可 由 内部 指 令 直 接 访 问 ，显 然 此 Ｃ Ｐ Ｕ
一种基于FPGA和软核CPU的嵌入式系统设计方法
电脑知识与技术本栏目责任编辑：谢媛媛开发研究与设计技术１引言嵌入式系统通常包括ＣＰＵ、存储器和各种外设器件，是计算机技术为基础、面向应用的，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统，其中ＣＰＵ作为核心而具有重要地位。
嵌入式处理器传统上一般选用ＡＳＩＣ器件，ＡＳＩＣ（专用的集成芯片）器件是一种为具体任务而特殊设计的专用电路，由于ＡＳＩＣ在设计过程中进行了专门优化，其性能、性价比都较高，减少了系统软件和硬件设计的复杂程度，降低系统成本，但还是存在一些缺点，如前期设计费用非常高，一旦设计完就无法升级和扩展等。
“可重构计算”的概念的出现，改变了嵌入式硬件模块的设计方法，它允许在不改变硬件电路板的情况下，实现不同的控制接口和控制功能。
可重构计算是通过现场可编程门阵列（ＦＰＧＡ）实现的，ＦＰＧＡ是２０世纪８０年代中期以后发展起来的一种可编程的大规模的集成器件。
同ＡＳＩＣ技术相比，基于ＦＰＧＡ的嵌入式具有设计周期短、设计成本和风险低、集成度高、维护和升级方便、可靠性高等特点。
同时，随着系统设计引入＂片上可编程系统＂（ＳｏＰＣ），ＦＰＧＡ具有了作为嵌入式处理器的能力，在嵌入式系统设计领域已占据越来越重要的地位。
ＦＰＧＡ设计是以软核的设计和使用为主的，因此随着基于ＦＰＧＡ的嵌入式系统的设计技术和市场的成熟，嵌入式ＣＰＵ软核的大量应用成为可能。
２硬件系统设计２．１系统整体结构整个设计的硬件系统结构如图１，微处理器选用了ＡＬＴＥＲＡ公司的Ｃｙｃｌｏｎｅ系列的ＥＰ１Ｃ１２４０Ｑ８；存储设备选用了ＡＭ２９ＬＶ３２０Ｄ；外围接口包括ＵＳＢ接口、以态网接口、ＪＴＡＧ口、以及串口；选用分辨率为１２８×６４液晶显示模块做为输出显示。
以下分别将各个模块进行介绍。
（１）微处理器ＥＰ１Ｃ１２Ｑ２４０Ｃ８是ＡＬＴＥＲＡ公司的Ｃｙｃｌｏｎｅ系列芯片，拥有１２０６０个逻辑单元（ＬＥ）、５２个Ｍ４Ｋ存储块、全部ＲＡＭ位数为２３９６１６、两个锁相环，以及２４９个可用的Ｉ／Ｏ脚。
VHDL语言与FPGA设计实验报告
VHDL语言与FPGA设计实验报告一、实验目的本实验的目的是通过学习VHDL语言和FPGA设计，掌握基本的VHDL语法和FPGA设计方法，能够独立完成简单的数字电路系统设计。
二、实验原理和方法1.VHDL语言简介VHDL是Very High Speed Integrated Circuit HardwareDescription Language的缩写，是一种用于数字电路的硬件描述语言。
VHDL语言可以描述电路的行为和结构，通过编写VHDL代码可以实现数字电路的功能。
在本实验中，我们将使用VHDL语言来描述数字电路的功能。
2.FPGA设计FPGA是Field-Programmable Gate Array的缩写，是一种可编程逻辑器件。
通过FPGA芯片上的可编程逻辑资源，我们可以将VHDL代码烧录到FPGA芯片中，实现我们所需的数字电路功能。
在本实验中，我们将使用FPGA来实现我们设计的数字电路。
三、实验步骤1.熟悉VHDL语言的基本语法和常用关键字。
2.使用VHDL语言编写一个简单的数字电路的描述，例如一个全加器。
3. 使用Xilinx ISE软件创建一个新的工程，并将VHDL代码添加到工程中。
4.根据设计要求，在ISE中进行逻辑综合和布线。
6.检验数字电路的功能。
7.编写实验报告，总结实验过程和结果。
四、实验结果和分析五、实验心得通过本实验，我学到了VHDL语言的基本语法和FPGA设计的基本步骤。
我了解到VHDL语言可以描述数字电路的功能，并通过FPGA芯片来实现这些功能。
在实验过程中，我遇到了一些问题，例如VHDL语法的错误和逻辑综合的问题，但通过与同学和老师的讨论，我成功解决了这些问题。
这次实验让我更深入地理解了数字电路的设计过程，并提高了我解决问题的能力。
综上所述，通过本实验，我成功地掌握了VHDL语言和FPGA设计的基本原理和方法，并能够独立完成简单的数字电路系统设计。
这对我今后的学习和工作有很大的帮助。
基于FPGA的VHDL语言设计控制器SJA1000的IP软核设计
基于FPGA 的VHD1语言设计控制器SJA1000的IP 软核设计 分析了CAN 控制器SJA1ooO 的特点及CAN 协议通信格式。
设计了控制器SJA1OOO 的IP 软核，能为应用提供一个性能优良的、易于移植的控制器SJA1000,实现了对步进电机的控制。
控制局域网（CAN ）属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。
与一般的通信总线相比，CAN 总线的数据通信可靠性、实时性和灵活性好，应用领域非常广泛，通常基于ARM 或51单片机,实现与CAN 控制器的通信联络。
与GA /SoPC 技术是实现嵌入式系统的最高形式,基于IP 软核的设计与应用也必将成为替代硬核的一种发展趋势。
凭借QUartUSI1和NiosII 工具，基于FPGA 的VHD1（或VeriIog ）语言设计的IP 核能够提供灵活性和性能更好的控制器。
图1为一个基于FPGA 的控制器的CAN 总线节点。
其中PCA82C251是CAN 总线接收器，SJA1OOO 是CAN 总线通信控制器，PMM8713是驱动步进电机的脉冲分配器，FPGA 模块在节点模型中对SJAIooO 进行控制，并将接收到的帧信息进行处理，发送给脉冲分配器，以驱动步进电机。
在设计中采用自顶向下的设计方法。
通过分析SJΛ1000常用的控制芯片51单片机的功能，将其分为主要的4个模块：初始化模块、位查询模块、数据处理模块和缓冲区释放模块。
对SJA1000完成控制功能的过程用状态图描述如图2所示，这也是系统的主状态机。
4个状态对应上述的4个功能模块，首先在ini11a1_st-ate 完成对SJA1OOO 的初始化，在由init_end 值号给出初始化完成标志后，进入查询状态，即queerRBS 状态，由位看询模块完成此时对SJA1OO0的状态查询。
如果查询到SJA1OOo 缓冲区有帧信息,将qRBSend 置“1”,进入下一个状态frame_cope,即帧处理状态，此时由数据处理模块完成对缓冲区的数据读取，并作处理。
基于FPGA的嵌入式系统的设计与实现
基于FPGA的嵌入式系统的设计与实现嵌入式系统是指集成在各种电子设备中的特定功能系统。
随着嵌入式系统的发展，FPGA (Field-Programmable Gate Array)由于其灵活性和可重构性成为制作嵌入式系统的理想选择。
本文将介绍基于FPGA的嵌入式系统的设计与实现，包括硬件设计、软件开发和系统测试等方面。
基于FPGA的嵌入式系统设计的第一步是进行硬件设计。
在硬件设计中，需要确定系统的需求和功能，选择适当的FPGA芯片，并设计系统的电路图。
硬件设计通常涉及选择和连接各种外设（如传感器、通信接口等）以及配置和连接FPGA芯片内部资源（如逻辑单元、时钟网络等）。
在FPGA芯片上，可以使用硬件描述语言（如VHDL或Verilog）来实现各个模块的功能。
硬件设计的目标是通过合理的资源配置和设计减小系统的功耗、提高系统的稳定性和性能。
在硬件设计完成后，接下来需要进行软件开发。
软件开发主要包括驱动程序的编写和应用程序的开发。
驱动程序负责控制和配置硬件资源，使其能够与应用程序进行通信和交互。
驱动程序通常使用硬件描述语言编写，然后通过FPGA开发工具进行编译和烧录到FPGA芯片中。
应用程序的开发涉及选择适当的开发工具和编程语言（如C或C++），编写程序代码，实现系统的各种功能和算法。
软件开发的目标是提供友好的用户界面、优化的系统性能以及稳定的系统功能。
完成硬件设计和软件开发后，还需要对系统进行测试和验证。
测试和验证旨在确保系统的功能和性能符合设计规格。
测试可以分为功能测试和性能测试两个阶段。
功能测试通过使用各种测试用例和测试工具对系统的各个功能进行测试和验证。
性能测试通过对系统进行负载测试和压力测试，以评估系统在不同负载和压力条件下的性能表现。
测试和验证是系统开发的最后一步，通过对系统的全面测试和验证，可以确保系统的质量和稳定性。
总结来说，基于FPGA的嵌入式系统的设计与实现涉及硬件设计、软件开发和系统测试等多个方面。
vhdlfpga课程设计
vhdl fpga课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解VHDL语言的基本概念和结构，掌握VHDL编程的基本语法。
2. 学生能运用VHDL语言设计简单的数字电路，并对FPGA芯片进行编程和配置。
3. 学生了解FPGA的基本原理和硬件描述语言的优势，理解数字电路在FPGA 上的实现过程。
技能目标：1. 学生能够运用VHDL语言进行基本的数字电路设计和验证。
2. 学生能够使用FPGA开发工具进行代码编写、编译、仿真和下载。
3. 学生能够通过实际操作，提高问题分析、解决能力以及团队协作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对电子技术及编程的兴趣，增强学习自信心。
2. 学生养成严谨、细致、负责任的科学态度，注重实验安全，遵循实验规程。
3. 学生通过团队协作，培养沟通、交流、合作的能力，提高集体荣誉感。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程旨在让学生通过学习VHDL语言和FPGA技术，掌握基本的数字电路设计方法。
课程目标具体、可衡量，以便学生和教师在教学过程中能够明确预期成果，为后续的教学设计和评估提供依据。
二、教学内容1. VHDL语言基础：包括VHDL的基本概念、结构、数据类型、运算符、信号与变量等，参考教材第二章内容。
2. VHDL编程语法：介绍VHDL的实体声明、端口声明、架构声明、进程语句、顺序语句等，参考教材第三章内容。
3. 数字电路设计：讲解组合逻辑电路、时序逻辑电路的设计方法，以及VHDL 代码实现，参考教材第四章内容。
4. FPGA原理与编程：介绍FPGA的基本原理、结构、编程流程，包括代码编写、编译、仿真、下载等，参考教材第五章内容。
5. 实践项目：安排两个实践项目，一是简单的组合逻辑电路设计，二是基本的时序逻辑电路设计，分别对应教材第六章和第七章内容。
教学大纲安排如下：第一周：VHDL语言基础学习；第二周：VHDL编程语法学习；第三周：数字电路设计方法学习；第四周：FPGA原理与编程学习；第五周：实践项目一，组合逻辑电路设计；第六周：实践项目二，时序逻辑电路设计；第七周：课程总结与复习。
基于FPGA的VHDL毕业设计
摘要FPGA是现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array）的简称，与之相应的CPLD是复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device）的简称，两者的功能基本相同，只是实现原理略有不同，所以有时可以忽略这两者的区别，统称为可编程逻辑器件或CPLD/PGFA。
VHDL的英文全名是Very-High- eed Integrated Circuit HardwareDescription Language,诞生于1982年。
1987年底，VHDL被IEEE和美国国防部确认为标准硬件描述语言。
自IEEE公布了VHDL的标准版本，IEEE-1076（简称87版)之后，各EDA公司相继推出了自己的VHDL设计环境，或宣布自己的设计工具可以和VHDL接口。
此后VHDL在电子设计领域得到了广泛的接受，并逐步取代了原有的非标准的硬件描述语言。
本设计介绍了一种基于FPGA技术实现多功能信号发生器的方案，能够输出正弦波、方波和三角波，并且能够输出不同频率和幅度的波形。
本设计采用EDA技术，以硬件描述语言VHDL为系统逻辑描述手段设计文件，在QuartusⅡ工具软件环境下，采用自顶向下的设计方法，由各个基本模块共同构建了多功能信号发生器。
系统由选择模块、正弦波发生模块、方波发生模块、三角波发生模块、频率以及幅度选择模块组成。
经编译和仿真所设计的程序，在可编程逻辑器件上下载验证，本系统能够完成发出不同频率和幅度的正弦波、方波和三角波，并在选择完成后进行自动复位。
关键词多功能信号发生器，可编程逻辑门阵列，硬件描述语言AbstractIs a field programmable gate array FPGA (Field Programmable Gate Array) for short, is the corresponding complex programmable logic device CPLD (Complex Programmable Logic Device) for short, the two functions the same, but slightly different implementation principle, Sometimes you can ignore this difference between the two, referred to as programmable logic device or CPLD / PGFA.VHDL full name in English is the Very-High-eed Integrated Circuit HardwareDescription Language, was born in 1982. The end of 1987, VHDL is IEEE and the U.S. Department of Defense recognized as the standard hardware description language. Since the IEEE published a standard version of VHDL, IEEE-1076 (87 short version), the various EDA companies have introduced their own VHDL design environment, or announced their own design tools and VHDL interfaces. Since then the field of electronic design in VHDL is widely accepted, and gradually replaced the original non-standard hardware description language.The Design of FPGA technology based on multi-function signal generator program that can output sine wave, square wave and triangular wave, and can output different frequency and amplitude of the waveform.This design uses EDA technology to hardware description language VHDL description for the system logic means of design documents, software tools in the Quartus Ⅱenvironment, using top-down design approach, composed of basic modules together to build a multi-function signal generator.System by the selection module, the module occurred sine wave, square wave generating module, triangular wave generating module, frequency and amplitude selection module. The compilation and simulation process is designed, in the programmable logic device to download verification, the system can complete the issue of different frequency and amplitude of the sine wave, square wave and triangular wave, and in the choice of automatically reset after the completion.Keywords Multi-function Signal Generator; FPGA; Very Hardware Description Language目录摘要 (I)Abstract ........................................................................................................................ I I 绪论 (1)1.1 选题背景 (1)1.1.1 课题相关技术的发展 (1)1.1.2 课题研究的必要性 (2)1.2 课题研究的内容 (2)2 系统介绍 (4)2.1 FPGA概述 (4)2.1.1 FPGA开发编程原理 (4)2.1.2 FPGA基本结构 (5)2.1.3 FPGA系统设计流程 (6)2.2 VHDL语言与QuartusⅡ (8)2.2.1 VHDL语言简介 (8)3 系统硬件设计 (14)3.1 基本时钟发生模块 (14)3.2 选择器模块 (15)3.3 正弦波发生器模块 (15)3.4 方波发生器模块 (16)3.5 三角波发生器模块 (17)3.6 波表模块 (18)4 系统软件设计 (20)4.1 基本时钟发生程序设计 (20)4.2 系统复位与选择程序设计 (20)4.3 正弦波发生程序设计 (22)4.4 方波发生程序设计 (22)4.5 三角波发生程序设计 (23)4.6 频率调节程序设计 (24)结论 (26)致谢 (27)参考文献 (28)附录1：程序设计 (29)附录2 英文资料与中文对照 (35)英文资料 (35)中文对照 (39)附录 3 多功能信号发生器总原理图 (42)1 绪论信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。
基于FPGA的嵌入式CPU的VHDL设计
基于FPGA的嵌入式CPU的VHDL设计提出一种嵌入式CPU核的VHDL行为设计方法，是基于指令对数据流流通控制行为的描述。
该方法可以快速创建兼容已有指令集的CPU核的VHDL模型，易于修改，提高设计效率。
同时介绍兼容8051单片机指令的CPU的VHDL设计例子，并给出使用Altera QuartusII工具在EP3C40Q240C8N器件上进行综合实现CPU核设计的结果。
标签：FPGA；嵌入式CPU；VHDL；指令；仿真嵌入式CPU的设计是SOC设计的核心，在FPGA器件中嵌入式CPU有硬核和软核两种。
1 CPU行为模型CPU数据流行为模型是根据CPU对数据流的控制行为建立的，符合自顶向下（Top-to-Down）的全正向设计原则。
数据流控制的行为描述不涉及CPU具体的电路结构或总线结构，抽象和概括CPU的行为。
2 CPU模块结构根据CPU数据流行为模型，目标器件的写控制、数据源选择和传输通道选择行为都是由instr_code指令码决定的，可用指令译码模块实现数据流控制行为。
ROM的地址rom _ addr连至PC寄存器输出，ROM的数据线连接到控制器的数据输入。
控制器是一个状态机，CPU先从ROM读取并保存指令码和立即数，输出指令码instr _code、立即数ins tr _ data1、立即数instr _data2至译码器，然后输出inst r _op信号有效，数据被写入目标器件，完成指令操作，再读取下一条指令。
CPU 中的寄存器由特殊和通用寄存器组成。
为提高程序执行效率和速度，累加器设计成具有移位功能，PC寄存器具有自加功能、P C 计数器和DPTR 具有和地址总线相同位宽、标志寄存器PSW具有位操作等功能。
通用寄存器R0～R7可用分布式RAM实现，用块RAM实现双端口RAM。
ALU是16位运算器，实现16位加、减、8位乘法运算和逻辑运算。
指令译码模块是一个组合电路，当CPU读取新的指令码Ins tr _ code后，指令译码模块根据当前的指令选择数据源、选择数据通道和选择数据写入目标器件。