基于FPGA的系统设计与应用01-概述
基于FPGA的千兆以太网端口通信的设计
设计思路
设计需求：本次演示旨在设计一个具有十个端口的千兆以太网接口，以满足 高数据传输速率和多任务处理的需求。
设计原理：基于FPGA的十端口千兆以太网接口的设计原理是利用FPGA的并行 处理能力，将十个千兆以太网物理层（PHY）芯片与FPGA集成在一起，实现高速 数据传输。
逻辑实现：通过FPGA编程语言（如VHDL或Verilog）实现逻辑设计，完成十 个端口的千兆以太网接口的配置和管理。
另外，我们还需要定义一个以太网帧的发送模块。该模块包括一个外部存储 器接口、一个封装模块和一个曼彻斯特编码器。当需要发送一个数据帧时，外部 存储器接口会从存储器中读取数据并将其传递给封装模块。封装模块会将数据封 装成一个以太网
帧，然后将其传递给曼彻斯特编码器。曼彻斯特编码器会将数字信号转换为 模拟信号，以便在物理层上进行传输。
结论
基于FPGA的十端口千兆以太网接口的设计与实现具有重要的应用价值和优势。 在硬件设计中，通过选用高性能的PHY芯片和优化信号完整性分析等措施，提高 了数据传输的稳定性和可靠性。在软件设计中，实现了以太网协议栈和TCP/IP协 议，
并添加了异常处理机制。经过严格的测试和验证，设计的接口具有高性能、 高稳定性、高可靠性等特点，适用于各种需要多端口千兆以太网连接的应用场景。
我们将FPGA中的数据通过SGMII接口传输到以太网控制器中，或者将从以太 网控制器中接收到的数据传递给FPGA处理。
五、SPI接口设计
SPI接口用于在FPGA和外部存储器之间进行数据传输。在设计中，我们使用 了一种同步串行通信协议来实现数据传输。该协议使用一根时钟线和多根数据线 来传输数据，具有简单、高速和可靠等优点。我们将需要保存的数据通过SPI接 口存储到一个外部存储
基于fpga的简单课程设计
基于fpga的简单课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解FPGA的基本概念，掌握FPGA的基本结构和原理；2. 学生能描述数字电路的基本组成，了解数字电路在FPGA中的应用；3. 学生能掌握Verilog HDL语言的基本语法和编程方法，并运用其设计简单的数字电路。
技能目标：1. 学生能运用FPGA设计软件进行电路设计和仿真；2. 学生能通过Verilog HDL编程实现基本的数字电路功能；3. 学生能对设计的FPGA电路进行调试和优化，提高电路性能。
情感态度价值观目标：1. 培养学生积极主动探索新知识、新技术，增强其对电子工程领域的兴趣；2. 培养学生具备团队协作精神，学会与他人共同解决问题，提高沟通与表达能力；3. 培养学生具备工程素养，关注工程伦理，认识到科技发展对社会的重要意义。
课程性质：本课程为实践性课程，注重培养学生的动手能力和创新能力。
学生特点：学生具备一定的电子技术基础，对FPGA技术有一定了解，具备基本的计算机操作能力。
教学要求：教师需结合学生特点和课程性质，采用任务驱动、案例教学等方法，引导学生主动参与课堂实践，提高学生的实际操作能力。
同时，注重培养学生的自主学习能力和团队合作精神，提高学生的综合素质。
通过课程目标的分解与实施，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面取得具体的学习成果。
二、教学内容1. 数字电路基础- 数字逻辑基础：逻辑门、逻辑函数、逻辑代数；- 组合逻辑电路：编码器、译码器、多路选择器、算术逻辑单元；- 时序逻辑电路：触发器、计数器、寄存器。
2. FPGA基本原理- FPGA结构：逻辑单元、查找表、寄存器、布线资源；- FPGA编程原理：配置、重配置、上电配置；- FPGA设计流程：设计输入、综合、布局布线、仿真、下载。
3. Verilog HDL编程- 基本语法：模块、端口、信号、数据类型；- 语句结构：顺序语句、并行语句；- 基本数字电路设计：组合逻辑电路、时序逻辑电路、状态机。
基于 FPGA 的智能控制系统开发与应用
基于 FPGA 的智能控制系统开发与应用随着科技的发展和进步，智能控制系统已经成为现代工业生产的重要组成部分。
其中，基于 FPGA 的智能控制系统备受关注，因为 FPGA 具有高度可编程性、高速处理能力、低功耗等优点，在工业自动化、智能电力、智能交通等领域得到广泛应用。
本文将介绍 FPGA 的基本原理、智能控制系统的开发流程和应用实例，旨在为读者深入了解 FPGA 智能控制系统提供参考和借鉴。
一、 FPGA 的基本原理FPGA（Field Programmable Gate Array，场可编程门阵列）是一种基于硬件描述语言（HDL）设计的数字集成电路（IC）芯片。
FPGA 的实现原理是通过单元块的重新编程，实现不同逻辑功能模块的组合和优化，从而达到高效、低成本、灵活性强的设计要求。
FPGA 的主要构成分为三个部分：输入输出模块、运算逻辑模块和时钟控制模块。
输入输出模块主要负责 FPGA 与外界的通信，包括数据传输、控制信号和电源供应等。
运算逻辑模块则是 FPGA 的核心部分，它包含了可编程的逻辑门电路和存储器单元，负责处理和运算各种数字信号和二进制信息。
时钟控制模块则是管理和同步 FPGA 内部时钟信号的部件，确保各部分协同工作。
二、智能控制系统的开发流程智能控制系统的开发流程主要包括需求分析、方案设计、硬件编程、软件开发、系统测试和产品交付等阶段。
在这些阶段中，硬件编程是 FPGS 的核心环节，对硬件工程师的编程能力和设计思路有较高的要求。
1. 需求分析阶段需求分析阶段是整个智能控制系统开发的重要起点，它包括用户需求、系统规划、数据采集和数据处理等内容。
在这个阶段中，开发团队需要与客户充分沟通，了解用户的需求和期望，明确智能控制系统所要达到的目的和效果。
同时，设计人员需要梳理系统的功能特点和主要技术原理，选取合适的硬件平台和软件工具，对总体方案进行初步思考和设计。
2. 方案设计阶段在需求分析的基础上，团队开始进入方案设计阶段。
基于FPGA数字系统设计实例
x(n)
z-1
z-1
z-1
h(0)
h(1)
h(2)
h(N-2)
h(N-1) y(n)
图12-9 直接型FIR滤波器结构示意图
x(n)
z-1
z-1
z-1
z-1
z-1
z-1
z-1
W
W h(0)
W h(1)
W h(2)
W h(3)
W h(3)
W h(2)
W h(1)
W h(0)
+
W y(n)
图12-10 直接型FIR滤波器实现方案 如图12-11所示的结构来实现滤波器，在这种结构中，滤波器 的输出可写成下面的形式：
在功能4模式时，用作时、分、秒的数字调整，按一下，将 会使当前按键2选择的位置的数字加1。
系统的设计方案如图:
按键3 按键2 按键1
FPGA
时间显示
分
选择位模块
频
模
块
显
数
示
码
模
管
块
组
秒表模块
时间及设置
闹钟模块
控制模块
图12-2 多功能数字钟的设计方案
2基于FPGA的信号发生器的设计
2.1系统设计要求
1 基于 FPGA 的多功能数字钟的设计
1.1系统设计要求
多功能数字钟的设计要求如下： （1）能够正常显示时间信息，包括小时、分钟、秒； （2）能够设置与调整时间； （3）具有闹钟显示与设置功能； （4）具有秒表功能； （5）利用数码管显示。
1.2系统设计方案
时间、状态等功能的显示
按键1 按键2 按键3
MATLAB软件仿真的滤波器的抽头系数为：0.0036，-0.0127 ，0.0417，-0.0878，0.1318，0.8500，0.1318，-0.0878，
基于FPGA的数据采集系统设计与实现
了异步传输 中跨时钟域造成的亚稳态问题 ［ ５ １ 。在本 数据采集系统的设计中采用异步 ＦＦ ＩＯ的方式来解
图 ２ 数 据 采 集 系统 数 据 流 程
决跨时钟域 的数据传输 问题 。因为本数据采集系统 是针对 Ａ Ｃ芯片的测试所用的， Ｄ 因此数据采集接 口 的数据率不是 固定 的 １０ Ｈ ｘ４ｉ 而 Ｄ Ｒ 控制 ５Ｍ ｚ５ｂ ， Ｄ ２ ｔ 器的用户接 口和 Ｇ Ｅ控制器接 口数据率是 固定的 ， 分别为 １０ Ｈ ｘ １ｂ 和 １５ ｚ ２ｉ ５ Ｍ ｚｌ２ｉ ｔ ２ＭＨ ｘ ｂ ，所 以选用 ３ ｔ 异步 ＦＦ ＩＯ可以使 系统更加灵活。
基于 Ｆ ＧＡ的数据采集系统设计与实现 Ｐ
张 泽 军 ， 平 分 林
（ 北京工业 大学 嵌入式 系统重点 实验 室， 北京， １ ４ １０２ ） ０
摘要 ： 设计 并 实现 了一种基 于 ＦＧ Ｐ Ａ的 高速 数据 采 集 系统 ， 端 系统 用于采 集 目标 Ａ Ｃ芯 片 的数 字输 出， 后 Ｄ 将 采集后 的数据传 输 至 Ｐ Ｃ机再 进行 分析 。数据 采 集 系统 采用 ＤＲ Ｄ Ａ 储 、 兆 以太 网 （ ｉａ ｉ Ｄ ２ＳＲＭ存 千 Ｇ ｇｂ ｔ
数据传输及控制。同时 ， 模块还负责 Ｇ Ｉ Ｆ Ｅ控制器、
图 １数 据 采 集 系统 框 图
Ｄ Ｒ Ｄ ２控制 器 的用户 总线及 外 部数 据采 集 接 口之间
ｈ¨ ｎ ． ｈ ｎ ｎＡ 、 ，ｍ ａ ， ， ｎ ／ ｓ Ａ ｉ， ；、 １ 、
Ｌ一设 — 计
巾国集成电路
Ｃｈｉ ｎａ ｎｔ Ｉ ｅｇ ｒ ｅｄ ｉｃｕ ｉ ａｔ Ｃ ｒ ｔ
块 ，其 功 能 相 当 于 一 个 Ｄ ＭＡ （ ｉ ｃ Ｍ ｍ ｒ Ｄｒ ｔ ｅ ｏｙ ｅ
fpga现代数字系统设计教程——基于xilinx可编程逻辑
fpga现代数字系统设计教程——基于xilinx可编程逻辑1. 引言1.1 概述:在当今数字系统设计领域，快速、高效的设计流程和可靠的硬件实现是至关重要的。
而可编程逻辑器件（FPGA）作为一种灵活且可重构的芯片，正逐渐成为数字系统设计中的主流选择。
本教程将介绍如何利用Xilinx可编程逻辑来进行现代化数字系统设计。
1.2 文章结构:本文将按照以下方式组织内容：第二部分将对FPGA进行概述，包括可编程逻辑器件简介以及Xilinx FPGA的介绍。
此外，我们还将探讨FPGA在数字系统设计中的各种应用。
第三部分将回顾一些基本原理，并提供如何搭建开发环境的指南。
其中包括对数字电路基础知识的回顾、VHDL语言简介和基础语法，以及Xilinx Vivado工具的安装与配置方法。
第四部分将详细介绍FPGA设计流程与实践技巧。
我们会讲解项目创建与工程管理方法，并探讨如何实现模块化设计和代码重用性提高的技巧。
另外，还会介绍仿真与验证技术在FPGA设计过程中的应用。
第五部分则涵盖了一些高级主题与应用案例分析。
我们将重点讨论并行计算与加速器设计、数据通信与嵌入式系统设计以及高精度数据处理系统设计等领域的案例分析，并提供相应的实践指导。
1.3 目的:本教程通过详细讲解FPGA现代数字系统设计的流程和技巧，旨在帮助读者全面了解FPGA在数字系统设计中的应用，并提供实用的指导和建议。
通过学习本教程，读者能够掌握从开发环境搭建到高级应用案例分析所需的知识和技能，为他们日后在数字系统设计领域取得成功打下坚实基础。
无论是初学者还是有经验的工程师，都能从本教程中获益，并将其应用于自己的项目中。
2. FPGA概述:2.1 可编程逻辑器件简介:可编程逻辑器件（FPGA）是一种基于可重新配置数字电路的集成电路芯片，它可以实现用户定义的数字逻辑功能。
与传统的定制集成电路（ASIC）相比，FPGA 具有灵活性强、开发周期短和可重构性等优势。
基于FPGA的集成式测试系统的设计与实现
based on FPGA is designed，the detailed design of backplane bus is introduced and the key design of
data synchronization，arbitration mechanism and so on are discussed. The design of USB2.0 bus based on
CY7C68013A chip and the transmission mechanism of the function sub card are also introduced. The
backplane bus has a 50 MB/s instantaneous transmission rate and supports the simultaneous operation of
收稿日期：2020-04-13
模块化插卡式结构设计具有以下优点：
1）功能扩展卡的引脚设计基本一致，增强了设
计的兼容性，也利于系统后续设计的可扩展性和可
稿件编号：202004103
作者简介：钱宏文（1975—），男，江苏无锡人，研究员级高级工程师。研究方向：集成电路应用和微系统。
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《电子设计工程》2021 年第 5 期
总 线 后 状 态 机 跳 转 回 初 始 状 态 时 ，6 个 BR 信 号全
高，对应 6 个 BG 信号也全高，等待开始新的一轮 总 线
裁决。
同时传输。功能卡一次获取的数据量为 500 字节，设
计数据缓存 FIFO 位宽为 16 位，为保证数据在传输中
不至丢失，各功能卡的数据缓存 FIFO 深度至少应为
基于fpga课程设计
基于fpga 课程设计一、教学目标本课程旨在通过FPGA（现场可编程门阵列）的学习，让学生掌握FPGA的基本概念、设计和应用。
具体的教学目标如下：1.知识目标：•了解FPGA的基本原理和结构；•掌握FPGA的设计方法和流程；•熟悉FPGA的应用领域和实例。
2.技能目标：•能够使用FPGA设计工具进行简单的设计；•能够编写和调试FPGA程序；•能够分析和解决FPGA设计中的问题。
3.情感态度价值观目标：•培养学生的创新意识和实践能力；•培养学生对电子技术的兴趣和热情；•培养学生的团队合作意识和沟通能力。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.FPGA的基本原理和结构：介绍FPGA的工作原理、硬件结构和编程语言。
2.FPGA的设计方法和流程：讲解FPGA的设计方法、工具和流程，包括需求分析、逻辑设计、综合、布局和布线、编程和测试等。
3.FPGA的应用领域和实例：介绍FPGA在数字信号处理、嵌入式系统、网络通信等领域的应用实例，并进行案例分析。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法：1.讲授法：通过讲解FPGA的基本原理、设计方法和应用领域，让学生掌握FPGA的基本知识。
2.讨论法：通过分组讨论和课堂讨论，让学生深入理解FPGA的设计和应用问题，培养学生的思考和分析能力。
3.案例分析法：通过分析具体的FPGA应用实例，让学生了解FPGA在实际工程中的应用，提高学生的实践能力。
4.实验法：通过FPGA实验，让学生亲手操作，培养学生的实践能力和创新能力。
四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：选择一本适合本课程的教材，提供学生系统的学习资料。
2.参考书：提供一些相关的参考书籍，丰富学生的学习资源。
3.多媒体资料：制作PPT、视频等多媒体资料，生动形象地展示FPGA的设计和应用。
4.实验设备：准备FPGA开发板和相关的实验设备，让学生进行实际操作和实验。
毕业设计(论文)-基于fpga的函数信号发生器的设计与实现[管理资料]
![毕业设计(论文)-基于fpga的函数信号发生器的设计与实现[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/e1d8101a81c758f5f61f67f8.png)
基于FPGA的函数信号发生器的设计与实现摘要波形发生器己成为现代测试领域应用最为广泛的通用仪器之一，代表了信号源的发展方向。
直接数字频率合成(DDS)是二十世纪七十年代初提出的一种全数字的频率合成技术，其查表合成波形的方法可以满足产生任意波形的要求。
由于现场可编程门阵列(FPGA)具有高集成度、高速度、可实现大容量存储器功能的特性，能有效地实现DDS技术，极大的提高函数发生器的性能，降低生产成本。
本文首先介绍了函数波形发生器的研究背景和DDS的理论。
然后详尽地叙述了用FPGA完成DDS模块的设计过程，接着分析了整个设计中应处理的问题，根据设计原理就功能上进行了划分，将整个仪器功能划分为控制模块、外围硬件、FPGA器件三个部分来实现。
最后就这三个部分分别详细地进行了阐述。
本文利用Altera的设计工具QuartuSH并结合VeI’i1og一HDL语言，采用硬件编程的方法很好地解决了这一问题。
论文最后给出了系统的测量结果，并对误差进行了一定分析，结果表明，，、三角波、锯齿波、方波，通过实验结果表明，本设计达到了预定的要求，并证明了采用软硬件结合，利用FPGA技术实现波形发生器的方法是可行的。
关键词:函数发生器，直接数字频率合成，现场可编程门阵列The Design and Realize of DDS Based on FPGAAbstractArbitrary Waveform Generator(AWG) is one of the most popular instruments in modern testing domains，Which represents the developing direction of signal sources· Direct Digital frequency Synthesis(DDS) advance dearly in full digital technology for frequency synthesis，its LUT method for synthes waveform .Adapts togenerate arbitrary Waveform· Field programable GateArray(FPGA)has the feature sof Iargeseale integration,high working frequency and ean realize lal’ge Memory,50FPGAeaneffeetivelyrealizeDDS.The of Corporation Altera ehosen to do the main digitalProcessing work，which based on its large sale and highs Peed. The 53C2440MCU ehosenasa control ehip· Inthisdesign,how to design the fpga chip and theInter faee between the FPGA and the control ehiP the the method ofSoftware and hardware Programming,the design used the software Quartus11 and languageverilog一HDL solves ，the PrineiPle of DDS and Basis of EDA technology introdueed Problem is the design are analyzed and the whole fun into three Parts:masterehiP，FPGA deviee and PeriPheral three Parts are described indetail disadvantage and thing sneed toadv anceareal Of the dissertation,or asquare wave with in the frequency rangeto20MHz .Planed and the way to use software and hardware Programming method and DDS Technology to realize Functional Waveform Generatoravailable.Keywords:DDS;FPGA;Functional Waveform Generator目录第一章绪论 ................................................ IV ............................................................................................................... IV ................................................................................................................. V ......................................................................................................... V....................................................................................................... VI .............................................................................................................. VII ...................................................................................................... VIIDMA输出方式.......................................................................... VII...................................................................................................... VII..................................................................................................... V III 第二章直接数字频率合成器的原理及性能 ................................................ I .................................................................................................................. I .......................................................................................................... I......................................................................................................... I I DDS原理 ............................................................................................. I II 第三章基于FPGA的DDS模块的实现 .......................................................... I (FPGA)简介 ............................................................................................. I II软件并建立工程 ....................................................................... I I新建Block Diagram/Schematic File并添加模块电路。
基于fpga的led点阵系统控制器的设计与实现
基于fpga的led点阵系统控制器的设计与实现FPGA LED点阵系统控制器的设计与实现一、LED点阵系统概述1.1 简介LED点阵系统由FPGA控制器和LED屏组成，LED屏是一种分布式多媒体显示系统，由多个由特定数量LED组成的子系统，这些子系统具有固定的行和列数。
FPGA控制器是控制LED屏显示内容的核心，它通过向LED屏发送显示数据和控制指令来控制LED屏显示内容。
1.2 功能LED点阵系统具有优异的显示特色，能够在小空间内节省大量的时间和成本，对于分布式多媒体系统来说，具有高可靠性和高性价比的特点。
其优势可以体现在以下几个方面：二、FPGA LED点阵系统控制器的设计和实现2.1 FPGA控制器硬件FPGA控制器连接LED屏，负责传输和控制信号，包括两个部分：数据接口和总线接口。
数据接口负责向LED屏发送数据，而总线接口则负责向LED屏发送控制指令，另外，FPGA控制器还需要一个集成电路（IC）作为IO数据收发接口。
2.2 FPGA控制器软件FPGA控制器需要安装一个FPGA电路板，然后编写一个用于控制和加载LED 显示内容的软件，FPGA软件负责控制和加载数据，FPGA电路板则负责传输数据和控制指令。
2.3 LED屏硬件LED屏由多个特定数量的LED组成，这些LED之间形成一个行、列的矩阵结构，每个LED都由一个像素点来控制。
此外，LED屏还安装有一个IC，该IC用于控制LED点阵显示，并负责接收FPGA控制器传输过来的数据和控制指令。
综上所述，FPGA LED点阵系统控制器的设计与实现主要包括：FPGA控制器硬件设计、FPGA控制器软件设计以及LED屏硬件设计，确保系统可靠性和实用性，有效地利用LED点阵系统技术，实现视觉效果的优化。
基于FPGA智能家居控制系统的设计与研究
基于FPGA智能家居控制系统的设计与研究基于FPGA智能家居控制系统的设计与研究1. 引言随着人工智能和物联网技术的不断发展，智能家居成为人们生活中的一种新趋势。
智能家居控制系统可以实现对家庭中各种设备的智能控制和自动化管理，提供便利和舒适的家居生活体验。
本文旨在通过设计和研究基于FPGA的智能家居控制系统，探索其在智能家庭中的应用。
2. FPGA技术简介FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，具备并行处理和高度可定制化的特点。
它可以根据用户的需求进行编程，实现不同的功能和算法。
FPGA在智能家居系统中具有灵活性高、可扩展性强、功耗低等优点，因此被广泛应用于智能家居领域。
3. 智能家居控制系统设计基于FPGA的智能家居控制系统主要包括三个模块：传感器模块、控制模块和通信模块。
3.1 传感器模块传感器模块用于采集家庭中的各种环境信息，如温度、湿度、光照等。
常用的传感器有温度传感器、湿度传感器和光敏传感器等。
传感器模块将采集到的信息通过FPGA进行处理和分析，并传递给控制模块。
3.2 控制模块控制模块是智能家居控制系统的核心部分，通过识别传感器传递过来的数据，实现对家庭设备的智能控制。
控制模块根据不同的需求，设计相应的算法和逻辑，将其烧录到FPGA中进行运行。
控制模块可以实现对灯光、空调、窗帘等设备的控制，提高家居的智能化程度。
3.3 通信模块通信模块用于实现智能家居控制系统与用户之间的交互和远程控制。
通信模块可以采用无线通信技术，如Wi-Fi或蓝牙，将用户的指令传递给FPGA控制模块，并接收来自控制模块的状态反馈，实现智能家居的远程监控和控制。
4. 系统性能与功能实现4.1 系统性能基于FPGA的智能家居控制系统具备以下性能特点：- 实时性：由于FPGA的并行处理能力和高速时钟频率，系统能够快速响应各种控制指令，确保智能家居的实时性。
- 稳定性：FPGA具备抗干扰能力强、可靠性高等特点，系统能够稳定运行，避免出现故障和中断。
FPGA设计与应用教学课件
超前进位加法器
输入数据同比特位进行运算时，不需要等待前一比 特的进位信号。实现速度比较快，但资源占用也比 较大。建议使用在16位加法器上比较合适。对于位 数较多的也可采用流水方式。
进位选择加法器
由三个加法器组成，一个计算低字节；两个计算高 字节。计算高字节的加法器一个令进位为1，另一 个令进位为0。三部分同时计算，最后，低字节的 进位选择是哪一个高字节器的输出。对于位数较多 的加法器，性能的提高比较明显，但资源相对占用 较多。
1.3 FPGA的设计方法
FPGA的常用设计方法包括“自顶向下”和“自下而上”,目前大规模 FPGA设计一般选择“自顶向下”的设计方法。 所谓“自顶向下”设计方法, 简单地说,就是采用可完全独立于芯片厂商及 其产品结构的描述语言,在功能级对设计产品进行定义, 并结合功能仿真技术, 以确保设计的正确性,在功能定义完成后,利用逻辑综合技术,把功能描述转换成 某一具体结构芯片的网表文件,输出给厂商的布局布线器进行布局布线。布局 布线结果还可反标回同一仿真器, 进行包括功能和时序的后验证,以保证布局布 线所带来的门延时和线延时不会影响设计的性能。
◆VHDL基本语句
◆典型电路的设计
FPGA设计与应用
2.2 Verilog HDL入门
◆Verilog
HDL的模块组织
◆基本的数据类型及常量、变量、信号 ◆运算符及表达式 ◆ Verilog
HDL基本语句
◆典型电路的设计
FPGA设计与应用
2.3 总结与结论
这一章我们主要学习了一些HDL语言的基本语法与我们以往学习的C语 言等、PASCAL等都有相似之处，要注意的是在学习中要有意识地把HDL语言 的语句与硬件结构模块联系起来，通过理解物理意义，牢牢掌握。
基于FPGA的数字电源系统设计与实现
基于FPGA的数字电源系统设计与实现1. 引言数字电源系统是一种利用数字信号处理技术实现电源控制和管理的新型电源系统。
随着现代电子设备的发展和应用需求的不断增加，传统的模拟电源系统已经无法满足高性能、高效能、高可靠性等多种需求。
因此，基于FPGA的数字电源系统应运而生。
本文旨在深入研究基于FPGA的数字电源系统的设计与实现，探讨其在实际应用中的优势和挑战。
2. FPGA技术在数字电源系统中的应用2.1 FPGA概述FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，具有可重构性和灵活性等优势。
其内部由大量可编程逻辑单元（CLB）以及各种资源模块组成，可以根据设计需求进行自定义配置。
2.2 FPGA在数字电源系统中的优势由于FPGA具有高度灵活性和可重构性，因此在数字电源系统中具有以下优势：（1）快速响应：FPGA可以快速处理各种输入信号并输出相应控制信号，实现快速响应；（2）高度集成：FPGA内部资源丰富，在一个芯片上可以集成多个功能模块，实现多种功能；（3）可编程性：FPGA可以根据不同的应用需求进行编程，实现不同的电源控制算法；（4）可靠性：FPGA内部具有冗余资源，可以提高系统的可靠性和容错性。
3. 基于FPGA的数字电源系统设计与实现3.1 系统框架设计基于FPGA的数字电源系统主要包括输入模块、控制模块、输出模块和通信模块等部分。
其中，输入模块用于接收输入信号，控制模块进行信号处理和算法运算，输出模块用于输出控制信号，通信模块实现与其他设备的数据交互。
3.2 输入模块设计输入模块主要包括数据采集和信号处理两个部分。
数据采集通过ADC （Analog-to-Digital Converter）将输入电压、电流等连续信号转换为数字量进行处理。
而信号处理则通过滤波、滤波器设计等方法对采集到的数据进行预处理。
3.3 控制算法设计基于FPGA的数字电源系统可以通过编程实现多种控制算法。
fpga至简设计原理与应用 pdf
fpga至简设计原理与应用 pdf
FPGA至简设计原理是一种基于可重配置逻辑技术的芯片设计模式，它可以让设计者在同一芯片上实现多个不同功能。
在FPGA至简设计中，设计者将可重配置逻辑单元和逻辑模块组合成一个完整的电路来实现所需的功能。
FPGA 至简设计的优势主要体现在节省时间、节约成本和提高性能三个方面。
由于FPGA至简设计的可重配置性特点，在进行芯片设计时可以大大缩短设计周期；另外，在制作样品时可以节省资源，因为不必制作多套芯片，而只需制作一套样品就可以测试多个功能模块；此外，在性能方面，可重配置逻辑模块可以大大提高芯片的工作效率，使得芯片能够更快地完成复杂的任务。
FPGA至简设计的应用非常广泛，其应用的领域包括消费类电子产品、汽车电子、通信、新能源汽车等。
例如，在消费类电子产品中，FPGA可以用于实现电视机的图像处理、智能手机的视频播放等功能；在汽车电子领域，FPGA 可以用于实现车载导航、自动驾驶等功能；在通信领域，FPGA可以用于实现无线通信系统的信号处理；而在新能源汽车领域，FPGA可以用于实现新能源汽车的充电控制等功能。
FPGA概述范文
FPGA概述范文
一、FPGA概述
FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可在現場配置的可
编程门阵列，是一块由成百上千个可编程逻辑门阵列（PLAs），可编程连
接器（PLCs）和其他特定型号可编程器件组成的结构化并行解决方案，可
用于设计解决复杂系统集成的特定任务。
与普通可编程器件（CPLDs）不同，FPGA可重新配置以解决多种不同的问题，可以大大提高设计周期和
制造成本，比传统硬件芯片更具灵活性。
二、FPGA的应用范围
FPGA的主要应用范围主要是：
1、通讯：FPGA可广泛应用于无线通信，其中包括5G高速无线设备，传输系统，调制解调器，路由器，网络交换机等。
2、数字图像：FPGA可以用于图像采集，处理和显示系统，包括数字
影像处理，视频转换，图像识别，图像采集，视频编解码和视频监控等。
3、军事：FPGA可以用于航空电子，航天，汽车航天，防御，舰船，
无人机等军事领域。
4、车载电子：FPGA可以用于电子控制器，安全系统，汽车电子，无
线通信系统，监控系统，汽车诊断等。
5、工业自动化：FPGA可以用于机器人，机床，CNC，SCARA机器人控制，工厂自动化，电梯控制等。
6、电力电子：FPGA可以用于调速。
《2024年基于FPGA的人体跌倒检测系统的设计及实现》范文
《基于FPGA的人体跌倒检测系统的设计及实现》篇一一、引言随着科技的发展和社会的进步，对公共安全与健康管理的需求日益增长。
人体跌倒检测系统作为智能监控系统的重要组成部分，对于保障老年人和特殊群体的安全具有重要意义。
本文将详细介绍基于FPGA（现场可编程门阵列）的人体跌倒检测系统的设计及实现。
该系统具有高实时性、高准确性、低功耗等特点，可以实现对公共空间中人体跌倒的有效检测。
二、系统概述基于FPGA的人体跌倒检测系统主要由图像采集模块、图像处理模块、跌倒检测算法模块以及输出控制模块等部分组成。
其中，图像采集模块负责获取实时视频流，图像处理模块对图像进行预处理和特征提取，跌倒检测算法模块通过分析图像特征判断是否发生跌倒，输出控制模块则根据检测结果进行相应的操作。
三、硬件设计1. FPGA选择：选用高性能、低功耗的FPGA芯片作为核心处理器，确保系统的高效运行。
2. 图像采集：通过高清摄像头获取实时视频流，并将其传输至FPGA进行处理。
3. 存储设计：设计适当的存储空间，用于存储图像数据、算法参数以及检测结果。
4. 接口设计：设计适当的接口，如HDMI、USB等，以便与其他设备进行数据传输和交互。
四、软件设计1. 图像预处理：对图像进行去噪、灰度化、二值化等操作，为后续的特征提取提供良好的基础。
2. 特征提取：通过提取人体轮廓、运动轨迹等特征，为跌倒检测提供依据。
3. 跌倒检测算法：采用基于机器学习的算法，如深度学习、模式识别等，对提取的特征进行分析，判断是否发生跌倒。
4. 算法优化：针对实际需求，对算法进行优化，提高检测的准确性和实时性。
五、跌倒检测算法实现1. 数据集准备：收集大量人体跌倒与非跌倒的图像数据，用于训练和测试算法。
2. 模型训练：采用深度学习等机器学习算法，对数据集进行训练，得到跌倒检测模型。
3. 模型应用：将训练好的模型应用于实际场景中，对实时视频流进行跌倒检测。
4. 结果输出：根据检测结果，通过输出控制模块进行相应的操作，如报警、记录等。
基于FPGA的芯片设计及其应用
基于FPGA的芯片设计及其应用过去，行业向来关注的两个目标是缩小体积和提高速率。
近 40年来，对这些目标的追求促使行业进展符合摩尔定律，性能和密度每18个月翻倍。
导致技术高速进展，蕴育了计算机革命、互联网革命以及现在的无线通信革命。
但同时也为此付出了代价。
一种代价是物理上的。
工艺技术上的每一次长进都使得芯片晶体管的“关断”增强，也就是待机功耗在增强。
另一代价是金钱。
每一工艺节点的开发成本呈指数增强。
在芯片设计中的优势是节省成本65nm和后续工艺节点上需要考虑的是合理的资金分配，而ASIC设计办法成本高，预期收益回报较低。
设计人员应仔细考虑用法现场可编程门阵列(FPGA)。
这些器件解决了当今设计人员濒临的功耗问题，有较好的ROI。
FPGA设计的研发成本要比ASIC低几个数量级，开发人员设计FPGA时，不用面向数百万美元的模板成本，不需要在晶体管级单元布局布线上的高级专业技能，也不需要昂贵的自动设计工具和工艺库。
FPGA的可编程能力还避开了今后大量的研发开支。
在产品生命周期中，假如需要在已有设计中加入新功能，对FPGA重新举行编程便可以容易地实现功能改进。
而对ASIC设计举行极小的改动也需要在新模板上投入大量人力物力。
熟悉到可编程优点的开发人员可能会考虑基于处理器的ASIC设计办法。
在这一方面，FPGA同样具有优势。
可编程规律在实现功能上效率要比软件高得多，和基于处理器的设计相比，不但降低了功耗，而且提高了任务执行速度。
在基于处理器的设计中，FGPA确实常常被用作硬件加速器。
各种客户群大量采纳FPGA，使FPGA的产效在消费类设计上和大批量ASIC水平相当。
量产也使得FPGA供给商有足够的收益来切实投入研发。
结果， FPGA在体系结构、设计和工艺上是目前最先进的技术，足以和最好的ASIC举行竞争。
而且，研发上的投入也保证了FPGA成为功能更强大、质量更好的牢靠器件。
对量产的预测已经得到证明。
在过去几年中，FPGA的收益超出了半导体市场的总体水平，而且有加速进展的趋势，缘由在于芯片技术的复杂度越来越高，业界大量应用降低了对产品量产的预期。
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VHDL
SystemVerilog
System C
与Verilog相比，VHDL有下列 不足： ● VHDL代码较冗长，在相同 逻辑功能描述时，Verilog的代 码比VHDL少许多。 ● VHDL对数据类型匹配要求 过于严格，初学时会感到不是 很方便，编程耗时也较多；而 Verilog支持自动类型转换，初 学者容易入门。 ● VHDL对版图级、管子级这 些较为底层的描述级别，几乎 不支持，无法直接作集成电路 底层建模。
33
1.2 EDA技术实现目标
目标：是完成专用集成电路ASIC的设计和实现
EDA技术 ASIC设计 数字ASIC FPGA/CPLD 可编程ASIC 设计 混合 ASIC 设计 门阵列（MPGA） 标准单元（CBIC） 全定制（ASIC） ASIC设计
图1-1 EDA技术实现目标
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1.2 EDA技术实现目标
基于FPGA的系统设计与应用
第一章 概论
姓 名：杨慧晶 单 位：软件学院 Email：yhj833@
考核办法
1．平时成绩：100分折合为总成绩的30% 2．期末成绩：100分折合为总成绩的70%； 3．考试方式：闭卷
2
教 材及参考书
教材 EDA技术实用教程—Verilog HDL版（第四版） 潘松 黄继业 潘明编著，科学出版社 参才书 1、Altera FPGA/CPLD设计, EDA先锋工作室等主编， 2011年， 人民邮电出版社 2、深入浅出玩转FPGA， 吴厚航编著，2010 年，北 京航空航天出版社 3、FPGA/ASIC高性能数字系统设计，李洪革编著， 2011年，电子工业出版社 4、零基础学习FPGA基于Altera FPGA器件&Verilog HDL 语言，机械工业出版社，2010年
•微控制 器
•较好 •较好 •一般 •不长 •较好 •较短 •不难 •较小
•专用集成ASIC
•一般 •很好 •较贵 •较长 •一般 •长 •较难 •较大
• 集成度
• 价格 • 开发时间
• 样品仿真能力
• 制造时间 • 使用难易程度 • 库存风险 • 开发工具支持
•较差
19
•很好
•很好
EDA的几个 基本概念
⑦ 工艺先进 ⑧ 用户可编程性及在系统升级 ⑨ 有利于芯片研发
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可编程模拟集成电路
值得一提的是，美国Lattice公司在1999年推出了一种 基于ISP技术的可编程模拟电路（ispPAC），它也可 以使用开发软件进行模拟电路仿真，然后通过一个编 程电缆下载至芯片中。 其可以实现的功能为：
1）信号调理（对信号放大、衰减、滤波）
10 8 6 4
μm
2 0
1970年 1990年 2002年 2010年
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② 集成度越来越高
1E+12 8E+11 6E+11 4E+11 2E+11 0 1970年 1990年 2002年 2010年 集成度K
29
③ 速度越来越快
700 600 500 400 300 200 100 0
速度MHz
ASIC分类
全定制——芯片内部各种掩膜全部是按特定功能专门制造， 用户不能更改。 半定制——芯片内部预制好晶体管单元电路，只乘金属连线 层的掩膜有待按照具体要求进行设计和制造。 可编程——用户可以用开发工具按照自己的设计对可编程器 件编程，以实现特定逻辑功能。
27
ASIC发展趋势
① 最小尺寸越来越小
发展历程
① 电子CAD阶段
20世纪70年代，属EDA技术发展初期。利用计算机、二维 图形编辑与分析的CAD工具，完成布图布线等高度重复性 的繁杂工作。典型设计软件如Tango布线软件。
21
② 计算机辅助工程设计（CAE）阶段
20世纪80年代初，出现了低密度的可编程逻辑器件（PAL和 GAL），相应的EDA开发工具主要解决电路设计没有完成 之前的功能检测等问题。 80年代后期，EDA工具已经可以进行初级的设计描述、综 合、优化和设计结果验证。
③ 电子设计自动化（EDA）阶段
20世纪90年代，可编程逻辑器件迅速发展，出现功能强大的
全线EDA工具。具有较强抽象描述能力的硬件描述语言
（VHDL、Verilog HDL）及高性能综合工具的使用，使过
去单功能电子产品开发转向系统级电子产品开发 （即SOC－System On a Chip片上系统集成）。
② . 至底向上设计方法
首先确定可用的元器件，然后根据这些器件进行逻 辑设计，完成各模块后进行连接，最后形成系统。
25
③ 传统方法与EDA方法比较 传统方法
设计方法 实现载体 调试方法 设计途径
自下至上 （Bottom to Up) 通用的逻辑元件 硬件设计的后期 仿真和调试 硬件电路原理图
EDA方法
展，集成电路的集成规模几乎以平均每1～2年翻 一番的惊人速度迅速增长。
12
目前，有以下三种集成逻辑器件可供选用：
标准逻辑器件
包含：TTL74/54系列和CMOS4000/4500/74HC系列的器件。
特点：中、小规模集成电路、速度快、型号系列齐全、厂家 众多、价格便宜。
不足：实现复杂的逻辑功能时，电路庞大、连线增多、可靠 性降低。
22
EDA概念发展
① EDA广义定义：
半导体工艺设计自动化、 可编程器件设计自动化、 电子系统设计自动化、 印刷电路板设计自动化、 仿真与测试、故障诊断自动化 形式验证自动化
统称为EDA工程
23
EDA技术设计方法
例如：设计一矩形波发生系统。 传统数字设计方法 EDA技术设计方法
6
对于软件开发工具，应熟练掌握从源程序 的编辑、逻辑综合、逻辑适配以及各种仿 真、硬件验证各步骤的使用。
对于开发系统，主要能够根据自己所拥有 的设备，熟练地进行硬件验证或变通地进 行硬件验证。
7
如何学
抓住一个重点：Verilog HDL的编程；
掌握两个工具：FPGA开发软件和EDA开发系 统的使用； 运用三种手段：案例分析、应用设计、上机 实践； 采用四个结合：边学边用相结合，边用边学 相结合，理论与实践相结合，课内与课外相 结合。
3. 门阵列 4. 可编程逻辑器件PLD
14
数字电 路中由 18片 IC组成 的数字 钟
15
数字电 路中由 18片 IC组成 的数字 钟
16
单片IC（单片机）电子钟
17
单片IC（FPGA）电子钟
18
三类器件的主要性能指标比较
指标 • 速度 类型
•标准逻辑 器件
•很好 •差 •便宜 •短 •差 •短 •容易 •较小
自上至下 （Top to Down) 可编程逻辑器件PLD 系统设计的早期 仿真和修改 多种设计文件， 以 HDL描述文件为主
实现方法
手工实现
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自动实现
2. 专用集成电路——ASIC ASIC——Application Specific Integrated Circuit
基本概念
专用集成电路——专门限定的某一种或某几种特定功能的产品 或应用而设计的芯片。
2）信号处理（对信号进行求和、求差、积分运算） 3）信号转换（对信号进行AD和DA转换）
32
1.1 EDA技术及其发展
EDA技术在进入21世纪后，得到了更大的发展 ：
电子设计成果 自主知识产权
仿真和设计 EDA软件不断推出 电子技术全方位纳入EDA领域 传统设计建模理念发生重大变化 EDA使得电子领域各学科的界限更加模糊 更加互为包容 更大规模的FPGA和CPLD器件的不断推出 EDA工具 ASIC设计 涵盖大规模电子系统及复杂IP核模块 软硬件IP核在电子行业广泛应用 IP－Intellectual Property SoC高效低成本设计技术的成熟 硬件描述语言出现（如System C） 设计和验证趋于简单
MOS工艺
CAD概念
20世纪80年代
20世纪90年代
CMOS时代
出现 FPGA
EDA技术
ASIC设计技术
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EDA技术概述 自20世纪60年代以来，数字集成电路已经历
了从SSI、MSI到LSI、VLSI的发展过程。20世
纪70年代初以1K位存储器为标志的大规模集成
电路（LSI）问世以后，微电子技术得到迅猛发
EDA——电子设计自动化 ASIC——专用集成电路 FPGA——现场可编程门阵列 CPLD——复杂可编程器件 GAL——通用阵列逻辑 ISP——在系统可编程 JTAG——联合测试行动小组
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1. 电子设计自动化——EDA
EDA——Electronic Design Automation
概念由来
电子设计自动化EDA是从CAD（计算机辅助设计）、CAM （计算机辅助制造）、CAT（计算机辅助测试）、CAE（计 算机辅助工程）等概念发展而来。
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1.1 EDA技术及其发展
EDA (Electronic Design Automation) EDA技术发展的三个阶段
20世纪70年代
控制部分 CPU 8254
MCU 波形产生
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① . 至顶向下（Top-to-Down Design）设计方法
自上而下是指将数字系统的整体逐步分解为各个子 系统和模块，若子系统规模较大，则还需将子系统 进一步分解为更小的子系统和模快，层层分解，直 至整个系统中各个子系统关系合理，并便于逻辑电 路级的设计和实现为止。自上而下设计中可逐层描 述、仿真，保证满足系统指标。
微处理器与微控制器
特点：大规模、超大规模集成电路、其性能已不能单凭器件 本身的电路结构评估，需要配备相应的软件才能形成 一个整体。