基于PPC处理器硬核的片上可编程系统应用的设计以验证
计算机硬件设计中的片上系统设计
计算机硬件设计中的片上系统设计计算机硬件设计中的片上系统设计是现代计算机发展的重要组成部分。
随着科技的不断进步和需求的不断增长，计算机硬件设计技术也在不断创新和发展。
片上系统设计是一种将多个功能模块集成在一个芯片上的技术，它能够提高计算机系统的性能、降低功耗、减小体积，并且提供更高的可靠性。
本文将从片上系统设计的定义、应用范围、设计原则和未来发展等方面进行探讨。
一、片上系统设计的定义片上系统设计，简称SoC（System on Chip），是指将计算机硬件中的多个功能模块（如CPU、内存、外设等）集成在一个芯片上的技术。
它采用高度集成的设计方式，将原本需要多个电路板组合而成的系统集成到一个芯片中。
这样做的好处是可以提高系统性能，减小系统体积，降低功耗，并提供更高的可靠性。
二、片上系统设计的应用范围片上系统设计广泛应用于各个领域，特别是嵌入式系统和移动设备。
嵌入式系统是指嵌入到其他设备中的计算机系统，如智能家居、工业控制设备等。
移动设备包括智能手机、平板电脑等便携式电子产品。
片上系统设计可以将这些系统所需的所有功能模块都集成到一个芯片中，使系统更加高效、稳定和节能。
三、片上系统设计的设计原则在进行片上系统设计时，需要遵循以下设计原则：1.模块化设计：将系统划分为多个模块，每个模块负责不同的功能，并且模块之间可以独立设计、测试和调试。
这样可以提高设计效率和可维护性。
2.硬件与软件协同设计：片上系统设计中，硬件模块与软件模块之间需要密切配合。
硬件模块的设计需要考虑软件的要求，而软件的编写也要充分考虑硬件的特性。
这样可以提高系统的性能和稳定性。
3.功耗优化：片上系统设计需要考虑到系统的功耗问题。
通过优化电路设计、采用低功耗材料和技术，以及合理的功耗管理策略，可以降低系统的功耗，延长电池寿命。
4.可靠性设计：片上系统设计需要考虑到系统的可靠性和稳定性。
通过采用冗余设计、错误检测与纠正技术、温度与电压管理等手段，可以提高系统的可靠性和容错性。
sopc
∙SoPC即片上可编程系统(SoPC-System on a Programmable Chip)，是一种灵活、高效的SoC解决方案。
它将处理器、存储器、I/O口、LVDS等系统需要的作用模块集成到一个PLD器件上，构成一个可编程的片上系统。
它是PLD和SOC技术融合的结果。
目录∙构成sopc的三种方案∙sopc三种方案的比较∙sopc的特点∙sopc的开发流程∙sopc的解决方案构成sopc的三种方案∙ 1 基于FPGA嵌入IP硬核的SOPC系统：该方案是指在FPGA中预先植入处理器.最常用的是含有ARM32位知识产权处理器核的器件。
为了到达通用性,必须为常规的嵌入式处理器集成诸多通用和专用的接口,但增加了成本和功耗.如果将ARM或其它处理器核以硬核方式植入FPGA中,利用FPGA中的可编程逻辑资源,按照系统作用需求来添加接口作用模块,既能实现目标系统作用,又能降低系统的成本和功耗. 这样就能使得FPGA灵活的硬件设计和处理器的强大软件作用有机地结合在一起,高效地实现SOPC系统。
IP硬核直接植入FPGA存在以下不足: IP硬核多来自第三方公司,FPGA厂商无法控制费用,从而导致FPGA器件价格相对偏高. IP硬核预先植入,使用者无法根据实际需要改变处理器结构.更不能嵌入硬件加速模块(DSP). 无法根据实际设计需要在同一FPGA中集成多个处理器. 无法根据实际设计需要裁减处理器硬件资源以降低FPGA成本. 只能在特定的FPGA中使用硬核嵌入式处理器2 基于FPGA嵌入IP软核的SOPC系统：IP软核处理器能有效克服上述不足: 目前最有代表性的软核处理器分别是Altera公司的Nios II核,以及Xilinx公司的MicroBlaze核.特别是Nios II核,能很好的解决上述五方面的问题. Altera的Nios II核是用户可随意配置核构建的32位嵌入式处理器IP核,采用Avalon总线结构通信接口;包含由FS2开发的基于JTAG的片内设备内核. 在费用方面,由于Nios II是由Alter公司直接提供而非第三方厂商产品,故用户通常无需支付知识产权费用,Nios II的使用费用仅仅是其瞻仰的FPGA逻辑资源的费用3 基于HardCopy技术的SOPC系统：HardCopy就是利用原有的FPGA开发工具, 将成功实现于FPGA器件上的SOPC系统通过特定的技术直接向ASIC转化,从而克服传统ASIC设计中普遍存在的问题. ASIC (SOC)开发中难于克服的问题包括:开发周期长,产品上市慢,一次性成功率低,有最少投片量要求,设计软件工具繁多且昂贵, 开发流程复杂等.利用HardCopy技术设计ASIC,开发软件费用少,SOC级规模的设计周期不超过20周,转化的ASIC和用户设计习惯的掩模层只有两层,且一次性投片的成功率近乎100%,即所谓的FPGA 向ASIC的无缝转化用ASIC实现后的系统性能将必原来在HardCopy FPGA上验证的模型提高近50%,而功耗则降低40%.HardCopy技术是一种全新的SOC级ASIC设计解决方案,即将专用的硅片设计和F PGA至HardCopy自动迁移过程结合在一起的技术,首先利用Quartus II将系统模型成功实现于HardCopy FPGA上,然后帮助设计者把可编程解决方案无缝地迁移到低成本的ASIC上.这样, HardCopy器件就把大容量FPGA的灵活性和ASIC 的市场优势结合起来,实现对于有较大批量要求并对成本敏感的电子产品上,从而避开了直接设计ASIC的困难.sopc三种方案的比较∙sopc的特点∙SOPC结合了SOC和PLD、FPGA各自的优点，一般具备以下基本特征：至少包含一个嵌入式处理器内核；具有小容量片内高速RAM资源；丰富的IP Core资源可供选择；足够的片上可编程逻辑资源；处理器调试接口和FPGA编程接口；可能包含部分可编程模拟电路；单芯片、低功耗、微封装。
可重构计算(Reconfigurable Computing)
发展趋势
…
…
系统互连的趋势
交换式结构代替总线式 高速串行点对点连接代替并行总线 基于包交换的协议代替独立控制信号 异步协议代替同步协议 传统意义上的互联走向通信模式？ 为可重构互连带来了机会？ 模块化 异步性
“拆”和“聚”
光互连让“拆”成为了可能: 长距离传输，带宽 可重构计算为“聚”提供了支持: 编制新的应用程序时，可直接调用共享内存或消息 传递算法模块，利用已有成果，加速程序的开发。一个应 用程序可能包括对三类结构库函数的并行调用。例如程序 员开发通过投票方式确定基因比对结果的程序（一组数据 调用三组函数库独立处理，结果比对，2：1为执行完）， 机器将自动调整为三部分（SMP、MPP、Cluster），并行 执行三个独立的程序，数据可以共享！
DSAG：光互连－“拆”；RC－“聚”，聚的过程需要重构 研究RC体系结构理论和方法对DSAG理论的指导 研究如何利用现有的RC技术和产品构建DSAG
RC的研究主题
体系结构 逻辑，连接 软件技术 描述，编译，开发环境 快速可重构技术 实时性，更高的动态性 应用 ASIC（小雨点卡），design/verification(龙芯)，DSAG （？）
可重构计算（Reconfigurable Computing）
李磊 eniac@ 智能中心HPC-OG组 2003-10-22
内容
RC：what&why RC的体系结构 RC的研究项目 RC与DSAG
RC：What & Why
可重构计算：Reconfigurable Computing， RC FPGA-based RC 历史：50年代，80年代 目标："the performance of hardware with the flexibility of software." ASIC－专用，processor－通用 性能－成本 我们的目的
国家开放大学一网一平台电大《可编程控制器应用》形考任务1及4网考题库答案
国家开放大学一网一平台电大《可编程控制器应用》形考任务1及4网考题库答案形考任务1一、单选题（10小题，每小题3分，共30分）1.可编程序控制器采用微处理器作为中央处理单元，可以对逻辑量进行控制，也可以对O进行控制。
正确答案：模拟量2.P1C具有逻辑运算功能，能够描述继电器触点的串联和（）等各种连接。
正确答案：并联3.P1C具有A/D转换和O功能，完成对模拟量的控制与调节。
正确答案：D/A转换4.按（）形式分类，P1C可分为整体式和模块式两种。
正确答案：结构5.（）模块是可编程序控制器系统的运算控制核心。
正确答案：CPU6.（）是安装可编程控制器各类模板的机架，可根据实际需要选择。
正确答案：导轨7.O模板用于对P1C内部电路供电。
正确答案：电源8.O是用来将输入端不同电压或电流信号转换成微处理器所能接收的低电平信号。
正确答案：输入电压转换9.输出电平转换是用来将（）控制的低电平信号转换为控制设备所需的电压或电流信号。
正确答案：微处理器10.O是在微处理器与I/O回路之间采用的防干扰措施。
正确答案：电气隔离二、判断题（正确的打J,错误的打X,9小题，每小题3分，共27分）1.P1C的输入和输出量有开关量和模拟量两种。
开关量I/O用最大I/O点数表示，模拟量I/O点数用最大I/O通道数表示。
2.P1e具有模数转换和数模转换功能，完成对逻辑量的控制与调节。
正确答案：错3.P1C配置有较强的监控功能，能记忆某些异常情况，或当发生异常情况时自动中止运行。
正确答案：对4.传统继电器接触器控制系统的控制功能必须通过修改控制器件和接线来实现。
正确答案：对5.可编程控制系统的控制功能必须通过修改控制器件和接线来实现。
正确答案：错6.输入输出模板必须与CPU模板放置在一起。
正确答案：错7.集散控制系统由单回路仪表控制系统发展起来，主要侧重于回路调节功能。
正确答案：对8.P1C的扫描周期仅取决于程序的长度。
正确答案：错9.P1C的扫描周期仅取决于CPU模板的运算速度。
FPGA资源占用分析(重要)
1． 软核 软核在 EDA 设计领域指的是综合之前的寄存器传输级（RTL）模型；具体在 FPGA 设计中指的是对电路的硬件语言描述，包括逻辑描述、网表和帮助文档等。 软 核只经过功能仿真，需要经过综合以及布局布线才能使用。其优点是灵活性高、 可移植性强，允许用户自配置；缺点是对模块的预测性较低，在后续设计中存在 发 生错误的可能性，有一定的设计风险。软核是 IP 核应用最广泛的形式。
如前所述，FPGA 是由存放在片内的 RAM 来设置其工作状态的，因此工作时需要 对片内 RAM 进行编程。用户可根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。FPGA 有如下几种配置模式：
并行模式：并行 PROM、Flash 配置 FPGA； 主从模式：一片 PROM 配置多片 FPGA； 串行模式：串行 PROM 配置 FPGA； 外设模式：将 FPGA 作为微处理器的外设，由微处理器对其编程。
图 1-1 FPGA 芯片的内部结构 每个模块的功能如下： 1． 可编程输入输出单元（IOB） 可编程输入/输出单元简称 I/O 单元，是芯片与外界电路的接口部分，完成不同 电气特性下对输入/输出信号的驱动与匹配要求，其示意结构如图 1-2 所示。 FPGA 内的 I/O 按组分类，每组都能够独立地支持不同的 I/O 标准。通过软件的 灵活配置，可适配不同的电气标准与 I/O 物理特性，可以调整驱动电流的大 小， 可以改变上、下拉电阻。目前，I/O 口的频率也越来越高，一些高端的 FPGA 通 过 DDR 寄存器技术可以支持高达 2Gbps 的数据速率。
例如：单片块 RAM 的容量为 18k 比特，即位宽为 18 比特、深度为 1024，可以根 据需要改变其位宽和深度，但要满足两个原则：首先，修改后的容量（位宽 深 度）不能大于 18k 比特；其次，位宽最大不能超过 36 比特。当然，可以将多片 块 RAM 级联起来形成更大的 RAM，此时只受限于芯片内块 RAM 的数量，而 不再 受上面两条原则约束。
可编程片上系统开发平台
基于设计人员选择的板子，设计人员通过BSB选择并 配置基本的元素,比如：处理器类型、调试接口、缓存配 置、存储器类型和大小、外设等。 对于BSB不支持的目标系统，设计人员可以选择定制 板选项。使用这个选项时，必须指定未来板子的硬件，并 且要给出用户约束文件UCF。 如果选择的是支持的目标板，BSB向导自动的加入 UCF文件。当退出BSB时，BSB所建立的MHS和MSS文 件自动加入到XPS工程中，设计人员能在XPS中进行更进 一步的设计。
软件开发
Library Generator(Libgen)
构建一个软件平台，该软件平台由定制的软件库、驱动程序和OS构成。
GNU Compiler Tools(GCC)
基于库产生器建立的平台，建立软件应用程序。
验证
Xilinx Microprocessor Debugger(XMD)
打开shell用于软件下载和调试，也提供通道用于GNU调试器访问设备。
设计流程及EDK工具 - Xilinx Platform Studio(XPS)
XPS提供下面的特性： (1) 能够添加核，编辑核参数和进行总线和信号连接，产生MHS 文件； (2) 能够产生和修改MSS文件； (3) 支持表5.1内的所有工具； (4) 能够产生和观察系统块图和设计报告； (5) 多用户软件应用支持； (6) 项目管理； (7) 过程和工具流程依赖管理； (8) 输出MHS文件到SDK工具
在主机上建立一个MFS存储器镜像，该镜像并被下载到嵌入式系统存储器。
Platform Specification Utility
自动产生微处理器外设定义MPD数据文件，该文件要求创建EDK兼容的制定外设。
名词概念解释
名词概念解释1、名词概念解释：（1） ASIC:Application Specific Intergrated Circuits）即专⽤集成电路，是指应特定⽤户要求和特定电⼦系统的需要⽽设计、制造的集成电路。
（2） FPGA:Field－Prog ram mable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进⼀步发展的产物。
（3） SOC:：System on Chip的缩写，称为芯⽚级系统，也有称⽚上系统，意指它是⼀个产品，是⼀个有专⽤⽬标的集成电路，其中包含完整系统并有嵌⼊软件的全部内容。
（4） SOPC:System-on-a-Programmable-Chip，即可编程⽚上系统。
⽤可编程逻辑技术把整个系统放到⼀块硅⽚上，称作SOPC。
（5） NIOS II:Altera 推出的⽀持使⽤专⽤指令的32位RSIC嵌⼊式处理器（6） I/O:I/O是input/output的缩写，即输⼊输出端⼝。
每个设备都会有⼀个专⽤的I/O地址，⽤来处理⾃⼰的输⼊输出信息（7） IP: IP是英⽂Internet Protocol（⽹络之间互连的协议）的缩写，中⽂简称为“⽹协”，也就是为计算机⽹络相互连接进⾏通信⽽设计的协议。
（8） VHDL:是⼀种⽤于电路设计的⾼级语⾔，标准硬件描述语⾔。
（9） verilog HDL:Verilog HDL是⼀种硬件描述语⾔（HDL:Hardware Discription Language），是⼀种以⽂本形式来描述数字系统硬件的结构和⾏为的语⾔，⽤它可以表⽰逻辑电路图、逻辑表达式，还可以表⽰数字逻辑系统所完成的逻辑功能。
（10）HDL:HDL(Hardware Description Language)，是硬件描述语⾔。
顾名思义，硬件描述语⾔就是指对硬件电路进⾏⾏为描述、寄存器传输描述或者结构化描述的⼀种新兴语⾔。
基于AXI4的可编程SOC系统设计1
基于AXI4的可编程SOC系统设计1
《基于AXI4的可编程SOC系统设计》一书是作者在《片上可编程系统原理及应用》教材的基础上，专门介绍基于AXI4规范和Xilinx软核处理器MicroBlaze实现嵌入式系统应用的高级教程。
现在FPGA越来越被广泛地应用在各个领域中。
Xilinx公司将专用的嵌入式处理器PowerPC硬核、ARM Cortex-A9 MP硬核和嵌入式处理器MicroBlaze软核嵌入到了FPGA芯片中。
这种集成了嵌入式处理器的FPGA芯片被定义成FPGA平台。
这种基于FPGA的嵌入式平台提供了一个灵活的解决方案。
在这个解决方案中，一个单FPGA芯片上提供了大量不同的IP软核和硬核资源。
这些固件和硬件可以在任何时间进行升级。
这种可编程的结构特点，大大缩短了系统的开发时间，而同一平台能应用在很多领域，提高了平台的资源复用率。
基于Microblaze软核处理器构成的片上系统是FPGA在嵌入式系统领域的重要应用，由于其开放的设计结构和设计平台，可以使设计者更好的理解并掌握片上可编程系统的设计原理、设计方法和设计流程。
此外，AXI4规范是世界着名嵌入式处理器IP核提供商ARM公司和世界着名的可编程逻辑器件提供商Xilinx公司共同制定的下一代SOC的互联标准，该标准的制定将对未来片上系统的发展产生深远的影响。
本书所有资料来自Xilinx公司的技术手册，文献和典型应用案例，充分。
EDA选择题(含答案)
一、选择题：（20分）1．大规模可编程器件主要有FPGA、CPLD两类，下列对CPLD结构与工作原理的描述中，正确的是：___D__A. CPLD是基于查找表结构的可编程逻辑器件B. CPLD即是现场可编程逻辑器件的英文简称C. 早期的CPLD是从FPGA的结构扩展而来D. 在Xilinx公司生产的器件中，XC9500系列属CPLD结构2．基于VHDL设计的仿真包括有①门级时序仿真、②行为仿真、③功能仿真和④前端功能仿真这四种，按照自顶向下的设计流程，其先后顺序应该是：_________DA．①②③④ B.②①④③C．④③②①D．②④③①3．IP核在EDA技术和开发中具有十分重要的地位，IP分软IP、固IP、硬IP；下列所描述的IP核中，对于固IP的正确描述为：__________DA．提供用VHDL等硬件描述语言描述的功能块，但不涉及实现该功能块的具体电路B．提供设计的最总产品——模型库C．以可执行文件的形式提交用户，完成了综合的功能块D．都不是4．下面对利用原理图输入设计方法进行数字电路系统设计，哪一种说法是正确的：__________BA．原理图输入设计方法直观便捷，很适合完成较大规模的电路系统设计B．原理图输入设计方法一般是一种自底向上的设计方法C．原理图输入设计方法无法对电路进行功能描述D．原理图输入设计方法不适合进行层次化设计5．在VHDL语言中，下列对进程（PROCESS）语句的语句结构及语法规则的描述中，不正确的是：_______DA．PROCESS为一无限循环语句B．敏感信号发生更新时启动进程，执行完成后，等待下一次进程启动C．当前进程中声明的变量不可用于其他进程D．进程由说明语句部分、并行语句部分和敏感信号参数表三部分组成6．对于信号和变量的说法，哪一个是不正确的：_________AA．信号用于作为进程中局部数据存储单元B．变量的赋值是立即完成的C．信号在整个结构体内的任何地方都能适用D．变量和信号的赋值符号不一样7．下列状态机的状态编码，_________方式有“输出速度快、难以有效控制非法状态出现”这个特点。
现代数字系统设计
现代数字系统设计——在线考试复习资料2022版一、单选题1. SOPC的中文意思是( )。
A. 电子设计自动化B.硬件描述语言C.片上可编程系统D.片上系统答案：C2.XPS是Xilinx公司提供的( )。
A.嵌入式系统的集成硬件设计和仿真工具B.编辑FPGA的I/O引脚和面积约束相关的用户约束文件的工具C.实现FPGA/CPLD的配置和通信的工具D.实现FPGA的时序分析工具答案：A3.CLB的中文意思是( )。
A.有限状态机B.复杂可编程逻辑器件C.可编程逻辑块D.硬件描述语言答案：C4.LUT 的中文意思是( )。
A.可编程门阵列B.查找表C.集成电路D.知识产权答案：B5.根据配置数据线数, 串行配置是以什么方式将配置数据载入可编程器件?A. 比特(bit)B.字节(Byte)C.帧结构D.通用IP方式答案：A6.从互连结构上可将PLD分为确定型和统计型两类。
统计型结构代表是( )。
A.FPGAB.CPLDC.PLAD.GAL答案：A7.IP核在EDA技术和开辟中具有十分重要的地位,IP核是指( )。
B.互联网协议C. 网络地址D.智能外设答案：A8. 基于Xilinx FPGA的IP 核开辟工具是( )。
A.Core GeneratorB.XSTC.FloorplannerD.iMPACT答案：A9.关于Verilog HDL中的数字,请找出以下数字中最大的一个是( )。
A.8´b1111_1110B.9´o276C.8´d170D.8´h3E答案：A10.用Verilog HDL的assign语句建模的方法普通称为( )方法。
A.连续赋值B.并行赋值C. 串行赋值D.函数赋值答案：A11.Verilog HDL的标识符使用字母的规则是( )。
A.大小写相同含义B.大小写不同含义C.只允许大写字母D.只允许小写字母答案：B12.Verilog HDL的端口声明语句中,声明端口为输入端口的关键字是( )。
基于PPC405的高性能路由器设计
Ｐ Ｃ ０ 核 是 ＩＭ公 司 的 Ｐ ｗ ｒＣ系 列 Ｃ Ｕ， Ｐ ４５ Ｂ ｏｅ Ｐ Ｐ 它 具 有 如下 主要特 点 ：
第二代高性能内核 （８ ＭＰ ＠ ４０ Ｈ ） ６０ Ｉ Ｄ Ｓ ５Ｍ ｚ。 低 功耗 ： ．ＩⅣ／ ｚ ０９ｌ ＭＨ 。 Ｉ ＇ ３ 、 ａｖｒ ２位 Ｈｒａ ｄ结构 ，０ＭＨ ３０ Ｚ以上工 作频 率 。 支持 ＩＭ Ｃｒ Ｃｎｅｔ Ｂ ｅ ｏｎｃ总线标 准 。 ｏ
摘 要 ：介绍了一种基于 ＸＬＮ Ｉ Ｘ公司 Ｆ Ｇ Ｉ Ｐ Ａ的 内嵌 ｓ Ｐ Ｏ ｃ系统高性能路 由器处理设计 ，文中详细 介 绍 了 Ｐ Ｃ０ Ｐ ４５内核 的特 点 ，分析 了 Ｐ Ｃ０ Ｐ ４５内核 的体 系架构 ，并给 出高速路 由器 系统的硬 件组成 框 图以及 Ｖｗ ｒｓＢＰ开发 。基 于 Ｐ Ｃ０ ｘ ｏ Ｓ ｋ Ｐ ４５的 高速 路 由 器 已经 在 某公 司 实 际产 品 中得 到 了广 泛 应 用，经实际验证具有 良好的实用性、经济性和可靠性 ，极大地提高了 Ｉ 数据处理能力。 王 ） 关键 词 ：Ｓ Ｐ Ｏ Ｃ；Ｐ Ｃ０ ；Ｃｒ ｏｎｃ；Ｖ ｗｒｓ Ｐ ４ ５ ｏｅＣｎｅｔ ｘｏｋ；路 由器
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｉ ｈ ｐ ｒ ｏ ｍ ａ ｃ ｏ ｔ ｒ ｂ ｓ ｄ ｏ ｓｇ ｆｈ ｇ — ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｒ ｕ ｅ ａ ｅ ｎ ＰＰＣ４ ５ ０
ＸＩ Ｏ Ｈｏ ｇ Ａ ｎ ，ＸＬ Ｈｏ ｇ ｊ ｎ － ｍ ｔ
（ ｈ ｇｉｇＪ ｍｅ Ｃ ｍｍｕ ｉ ｔ ｎＬｄ．ｃ ｏ￣ ｉ ０３ ， ｉ ） Ｃ ｏ ｑｎ ｍ ｉ ｏ ｎ ＇ ｎｃ ｉ ｉ ， ｕ ａｏ ｎ ｎ ４ ００ Ｏａ ａ ｇ０ ｎ
FPGA发展趋势
FPGA技术正处于高速发展时期，新型芯片的规模越来越大，成本也越来越低，低端的FPGA已逐步取代了传统的数字元件，高端的FPGA不断在争夺AS IC的市场份额。
本节从FPGA软、硬件来展望未来的FPGA设计技术，给读者留一个FPGA技术的宏观轮廓。
1 未来可编程器件的发展趋势先进的ASIC生产工艺已经被用于FPGA的生产，越来越丰富的处理器内核被嵌入到高端的FPGA芯片中，基于FPGA的开发成为一项系统级设计工程。
随着半导体制造工艺的不同提高，FPGA的集成度将不断提高，制造成本将不断降低，其作为替代ASIC来实现电子系统的前景将日趋光明。
workcodi (1)大容量、低电压、低功耗FPGA大容量FPGA是市场发展的焦点。
FPGA产业中的两大霸主：Altera和Xili nx在超大容量FPGA上展开了激烈的竞争。
2007年Altera推出了65nm工艺的S tratixIII系列芯片，其容量为67200个L E (Logic Element，逻辑单元)，Xilinx 推出的65nm工艺的VitexVI系列芯片，其容量为33792个Slices (一个Slices约等于2个L E)。
采用深亚微米(DSM)的半导体工艺后,器件在性能提高的同时，价格也在逐步降低。
由于便携式应用产品的发展，对FPGA的低电压、低功耗的要日益迫切。
因此，无论那个厂家、哪种类型的产品,都在瞄准这个方向而努力。
(2)系统级高密度FPGA随着生产规模的提高,产品应用成本的下降，FPGA的应用已经不是过去的仅仅适用于系统接口部件的现场集成，而是将它灵活地应用于系统级(包括其核心功能芯片)设计之中。
在这样的背景下，国际主要FPGA厂家在系统级高密度F PGA的技术发展上，主要强调了两个方面：FPGA的IP( Intellec2tual Property，知识产权)硬核和IP软核。
当前具有IP内核的系统级FPGA的开发主要体现在两个方面：一方面是FPGA厂商将IP硬核(指完成版图设计的功能单元模块)嵌入到FPGA器件中，另一方面是大力扩充优化的IP软核(指利用HDL语言设计并经过综合验证的功能单元模块)，用户可以直接利用这些预定义的、经过测试和验证的IP核资源,有效地完成复杂的片上系统设计。
EDA试卷一
一、填空题(本大题共10小题，每空1分，共20 分)1．一般把EDA技术的发展分为MOS时代、CMOS时代和ASIC 三个阶段。
2．EDA设计流程包括设计输入、设计实现、实际设计检验和下载编程四个步骤。
3．EDA设计输入主要包括图形输入、HDL文本输入和状态机输入。
4．时序仿真是在设计输入完成之后，选择具体器件并完成布局、布线之后进行的时序关系仿真,因此又称为功能仿真。
5．VHDL的数据对象包括变量、常量和信号，它们是用来存放各种类型数据的容器。
6．图形文件设计结束后一定要通过仿真，检查设计文件是否正确。
7．以EDA方式设计实现的电路设计文件，最终可以编程下载到FPGA 和CPLD 芯片中，完成硬件设计和验证。
8．MAX+PLUS的文本文件类型是（后缀名）.VHD 。
9．在PC上利用VHDL进行项目设计，不允许在根目录下进行，必须在根目录为设计建立一个工程目录（即文件夹）。
10．VHDL源程序的文件名应与实体名相同，否则无法通过编译。
二、选择题：(本大题共5小题，每小题3分，共15 分)。
1．IP核在EDA技术和开发中具有十分重要的地位；提供用VHDL等硬件描述语言描述的功能块，但不涉及实现该功能块的具体电路的IP核为__________。
AA .软IP B.固IP C.硬IP D.都不是2．综合是EDA设计流程的关键步骤，在下面对综合的描述中，_________是错误的。
DA.综合就是把抽象设计层次中的一种表示转化成另一种表示的过程；B.综合就是将电路的高级语言转化成低级的，可与FPGA / CPLD的基本结构相映射的网表文件；C.为实现系统的速度、面积、性能的要求，需要对综合加以约束，称为综合约束；D.综合可理解为，将软件描述与给定的硬件结构用电路网表文件表示的映射过程，并且这种映射关系是唯一的（即综合结果是唯一的）。
3．大规模可编程器件主要有FPGA、CPLD两类，下列对FPGA结构与工作原理的描述中，正确的是__C__。
VLSI设计基础 复习题与思考题
“VLS I设计基础”复与思考题选用教材：VLSI设计基础”李伟华编著电子工业出版社2002 年10 月第一版参考教材半导体集成电路”，张开华编著，东南大学出版社，1995 年7 月第一版。
第1 章“VLS 工设计基础概述” 复与思考题(p.1~3)第2 章“MOS 器件与工艺基础”复习思考题(p.4~9)第3 章“工艺与设计接口”复习思考题(p.10)第4 章“晶体管规则阵列设计技术”复习思考题(p.10~13)第5 章“单元库设计技术”复习思考题(p.13~17)第6 章“微处理器”复习思考题(p.17~22)第7 章“集成电路的测试”复习思考题(p.22~23)第1 章“VLS 工设计基础概述” 复与思考题1. 为什么CMOS（含BiCMOS）工艺成为VLSI主流工艺？其最大特点是什么？在微电子技术领域，集成电路的制造有两个主要的实现技术：双极技术与MOS 技术。
CMOS 以其结构简单，集成度高，耗散功率小等优点，成为当今VLSI制造的主流技术。
其最大特点是耗散功率小。
2. 双极工艺还有用武之地吗？双极技术是以NPN 与PNP 晶体管为基本元件，融合其他的集成元件构造集成电路的技术方法。
双极器件以其速度高和驱动能力大，高频、低噪声等优良特性，在集成电路的设计制造领域，尤其是模拟集成电路的设计制造领域，占有一席之地。
但双极器件的耗散功率比较大，限制了它在VLSI系统中的应用。
3. 以你的体会，你认为集成电路设计师应具备哪些基本技术基础？设计者必须具备下列的技术基础：电路与逻辑没计技术基础，器件与工艺技术基础，版图设计技术基础和集成电路计算机辅助设计技术基础。
除此之外，设计者还应具备对电路、逻辑、器件、工艺和版图的分析能力。
4. 简要说明描述集成电路技术水平5 大指标的含义。
大指标的含义。
当前国内和国际上集成电路产业在特征尺寸及晶园尺寸方面各达到什么水平？寸及晶园尺寸方面各达到什么水平？ 1 集成度是以一个IC 芯片所包含的元件(晶体管或门/数)来衡量，集成度特征尺寸特征尺寸定义为器件中最小线条宽度(对MOS 器件而言，通常指器件栅电极所决定的沟道长度的几何长度)，芯片芯片面积大小，晶片直径晶片直径大小，封装引脚数封装引脚数多少。
电子设计自动化EDA
编译网 表提取
数据库 逻辑综 逻辑划
建立合分分配定时模 拟网表装配
3. 执行编译 选择Start按钮，编译过程中如果出错，其错误及警告等
信息将会显示在自动打开的Message-Compiler窗口，可以定位 错误。修改错误，再次运行编译，直至纠正全部错误。
编译结束，编译器将会产生相应的输出文件，输出文件 的图标出现在对应模块框的下方，有*.rpt、*.snf和*.pof文件 等。双击文件图标，可以打开输出文件。
3. 分析验证模块：包括各个层次的模拟验证、设计规则的检 查、故障诊断等。 4. 综合仿真模块：包括各个层次的综合工具，理想的情况是： 从高层次到低层次的综合仿真全部由EDA工具自动完成。 5. 布局布线模块：实现由逻辑设计到物理实现的映射，因此 该模块与物理实现的方式密切相关。例如，最终的物理实现 可以是门阵列、可编程逻辑器件等，由于对应的器件不同， 因此各自的布局布线工具会有很大的差异。
1.5.2 Xilinx公司的EDA工具
ISE简介 • ISE（Integrated System Configuration）是集成系统环境
的简称，是Xilinx公司提供的一套完整的软件工具集， 利用ISE可以完成FPGA/CPLD开发过程中的全部操作。 • Xilinx公司提供的集成系统环境ISE，从设计输入、仿真、 编译、综合、布局布线直至下载都在ISE集成环境下完 成。最新版本:ISE 6.x。 • ISE工具分为输入工具、仿真工具、综合工具、实现工 具和辅助工具等几大类。
2. 输入设计文件 在MAX+plusII的项目管理器File菜单下选中New，出
现新建文件对话框。根据设计文件需要选择对应的格式。 在接着打开的编辑窗口输入设计文件，由于文件格式不同， 打开的编辑窗口也有所不同。
现场可编程门阵列_FPGA_在嵌入式系统中的重要作用
请求服务。
（ ４） 安全服务器验证用户属性证书的真实性和完整性， 需要满足
如下条件才算通过： １） 属性证书有效， 包括有效 期 和 签 名 有 效 ； ２） 访
问 ＬＤＡＰ 的属性证书撤销列表确定该属性 证 书 没 有 被 撤 消 ； ３）证 书 的
它是在cisc指令系统基础上发展起来的risc处理器体系的开发思路起源于johncocke的著名的8020结论即人们对cisc机进行测试表明各种指令的使用频度相当悬殊最常使用的是一些比较简单的指令它们仅占指令总数的20但在程序中出现的频度却占80而占到指令总数80的指令使用的频度却只有20如果为每一条指令都设计一个专门的处理操作不仅增加微处理器的复杂性而且毫无必要因为这样处理器的研制的时间成本和难度都提高了
用户的属性值对该访问的权限进行判断。
的 用 户 公 钥 证 书 并 调 用 安 全 服 务 器 根 据 用 户 公 钥 证 书 中 “证 书 唯 一 标
识”向相关 ＬＤＡＰ 服务器检索该用户的属性证书获取用户的属性值及
其 扩 展 属 性 值 。并 将 属 性 值 缓 存 与 用 户 的 认 证 标 识 一 起 为 用 户 后 面 的
科技信息
○计算机与信息技术○
ＳＣＩＥＮＣＥ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
２００７ 年 第 ５ 期
现场可编程门阵列（ＦＰＧＡ）在嵌入式系统中的重要作用
林夏菲 （国防科学技术大学 湖南 长沙 ４１００７３）
6.8-Xilinx-SOPC技术
❖4。具有处理器调试接口和编程接口。
SOPC
Virtex-II Pro系列 Virtex-4FX系列
Excalibur系列
Power PC405
处理器核
ARM922T
处理器核
第3页，共46页。
除了嵌入处理器硬核的SOPC之外，基于FPGA的 嵌入CPU软核的片上可编程系统的实现方法也得到广 泛的应用，这类基于FPGA的嵌入式CPU软核比较常 用的是Xilinx公司的8位嵌入式RISC处理器软核 PicoBlaze、32位嵌入式RISC处理器软核MicroBlaze和 Altera公司的NIOS软核。
Xilinx公司的Virtex系列FPGA（包括VirtexII、 Virtex4和Virtex5）和Spartan III（包括Spartan3A、 Spartan3E和Spartan3）系列FPGA均支持基于嵌入式 CPU软核的SOPC设计实现。
第4页，共46页。
Xilinx 的SOPC概况
Virtex-II Pro
2003
0.13μm深亚微米 CMOS工艺
Power PC405
处理器硬核
3.125Gb/s极速
双向串行传送器
Virtex-II FPGA
Virtex-4FX
2004
90nm深亚微米
CMOS工艺 9层铜布线
Power PC405 处理器硬核
10Gb/s极速 双向串行传送器
Virtex-4FPGA
2-4个三模式以
❖ 与可编程逻辑器件一样，SOPC的设计也仅需完成前端设计， 故其设计投入比较少，设计方法灵活，SOPC的系统功能可 裁减、易扩充，结合了SOC和CPLD、FPGA的优点。
SOPC试题
习题练习一、填空题1、Altrea 公司于21 世纪初推出SOPC 技术，其SOPC 称为可编程片上系统。
2、Altera 公司的SOPC 集成了_硬核或软核CPU 、DSP 、锁相环（PLL ）、_存储器_ 、I/O 接口及可编程逻辑，SOPC 开发工具将软、硬件的设计结合起来，为用户提供很好的开发环境。
3、SOPC 的设计包括，设计准备（方案论证，系统设计，器件选择）、设计输入（图文、文本、存储器、波形灯TOP-DOWN）、设计编译（分析综合、适配、编程、时序分析）、设计仿真（功能仿真、时序仿真）、器件编程（将设计处理的编程数据文件下载到pld），_硬件测试（在开发系统中对设计的系统进行测试）等设计流程。
4 、用FPGA 实现DSP 并不是指用FPGA 来构造一个_DSP_ 芯片，是直接用__FPGA_ 硬件来实现DSP 功能。
5、Altera 公司的DSP Builder 可以帮助开发者完成基于FPGA 的DSP 设计，自动完成大部分的设计过程和仿真，直至把设计文件下载至FPGA _ 中。
6、DSP B uilder 将用户设计的DSP 模块转换成__硬件描述语言（HDL）,最终在FPGA 上实现。
二、单项选择题1、SOPC Builder 是Altera 公司推出的一种可加快在PLD 内实现 1 嵌入式处理器及其相关接口的设计工具。
（1）Nios II；（2）ARM9 ；（3）Intel ；（4）ARM7。
2、Nios II 是一个用户可以自行定制的CPU ，用户可以增加新的外设，增加新的指令，分配外设的地址等。
Nios II 的硬件开发就是由用户定制合适的 4 。
（1）处理器芯片；（2）输入输出设备；（3）HAL 及API；（4）CPU 和外设。
3、SOPC Builder 界面分成三个部分，界面左边是组件选择栏，用树型结构列出了SOPC Builder 的组件；右边空白处用于加入用户定制 1 ；下方是提示栏，用于显示SOPC Builder 的提示信息和警告错误信息。
为解决某一特定问题而设计的指令序列称为
为解决某一特定问题而设计的指令序列称为______。
2011-10-11 21:53提问者：965874jing|悬赏分：2021.为解决某一特定问题而设计的指令序列称为______。
请选择一个答案：a. 文档b. 语言c. 程序d. 系统22.下列术语中，属于显示器性能指标的是______。
请选择一个答案：a. 速度b. 可靠性c. 分辨率d. 精度23．微型计算机硬件系统中最核心的部件是______。
请选择一个答案：a. 主板b. CPUc. 内存储器d. I/O设备24．若在一个非零无符号二进制整数右边加两个零形成一个新的数,则新数的值是原数值的______。
（提示：一般在二进制中，右边的“1”与临近左边的“1”的关系为2倍关系，自己可以拿最小的值比较一下！）请选择一个答案：a. 四倍b. 二倍c. 四分之一d. 二分之一25．在计算机中存储数据的最小单位是：（提示：“最小存储”单位和“最小表示”单位的区别）请选择一个答案：a. 字节b. 位c. 字d. KB26．计算机最主要的工作特点是______。
请选择一个答案：a. 存储程序与自动控制b. 高速度与高精度c. 可靠性与可用性d. 有记忆能力27．下列软件中,____一定是系统软件。
请选择一个答案：a. 自编的一个C程序，功能是求解一个一元二次方程b. WINDOWS操作系统c. 用汇编语言编写的一个练习程序d. 存储有计算机基本输入输出系统的ROM芯片28．在存储一个汉字内码的两个字节中，每个字节的最高位是_______。
（提示：每个汉字需要2个字节数，最高位怎么来区别ASCLL码，一般ASCLL码内码的最高位为“0”）请选择一个答案：a. 1和1b. 1和0c. 0和1d. 0和029．一张标准的CD-ROM盘片最多可存放字节数是______。
请选择一个答案：a. 640KBb. 640MBc. 1024KBd. 512KB30．微型计算机中运算器的主要功能是进行：请选择一个答案：a. 算术运算b. 逻辑运算c. 算术和逻辑运算d. 初等函数运算31．断电会使存储数据丢失的存储器是：请选择一个答案：a. RAMb. 硬盘c. ROMd. 软盘32．个人计算机属于：请选择一个答案：a. 小巨型机b. 小型计算机c. 微型计算机d. 中型计算机33．以下属于高级语言的有____。