Xilinx FPGA设计基础(VHDL版)
fpga硬件电路设计书籍
fpga硬件电路设计书籍FPGA (Field-Programmable Gate Array) 是一种可编程逻辑设备，用于实现数字电路的硬件设计。
它由逻辑门阵列、可编程连线和输入/输出引脚组成，可以根据用户的需求进行编程和重新配置。
随着FPGA技术的发展和应用越来越广泛，对于硬件电路设计方面的知识和技能也日益重要。
在本文中，我将介绍一些关于FPGA硬件电路设计的经典书籍，帮助读者更好地了解和掌握该领域的知识。
1. "FPGA原理与VHDL设计"（编著：曹志鹏）《FPGA原理与VHDL设计》是一本介绍FPGA硬件设计基础知识的经典教材。
本书从理论与实践的角度，首先详细介绍了FPGA的基本原理，包括逻辑门阵列、可编程连线和I/O引脚等。
然后，结合VHDL硬件描述语言，讲解了FPGA的编程方法和流程，以及常用的硬件设计技术和方法。
最后，通过实例和实验，让读者动手实践，加深对FPGA硬件设计的理解和应用能力。
2. "FPGA设计从入门到精通"（编著：郑宝山）《FPGA设计从入门到精通》是一本适合初学者的FPGA硬件电路设计书籍。
本书首先介绍了FPGA的基本概念和原理，包括FPGA的结构、工作原理和发展历程等。
然后，通过详细的实例和步骤，引导读者进行FPGA的环境搭建、编程工具的使用和简单电路的设计。
同时，本书还介绍了FPGA与其他硬件设备的连接和通信方式，以及FPGA在数字信号处理、通信系统和嵌入式系统中的应用。
通过逐步学习和实践，读者可以从入门到精通掌握FPGA硬件电路设计的核心技术和方法。
3. "FPGA高级设计方法与实践"（编著：张彦卓）《FPGA高级设计方法与实践》是一本面向有一定FPGA硬件设计基础的读者的进阶教材。
本书首先回顾了FPGA的基本原理和常用设计方法，然后深入讲解了FPGA高级设计的技术和方法。
其中包括时序控制、高速接口设计、时钟管理、电源管理以及设计调优等方面的内容。
基于vhdl的vivado使用流程
基于VHDL的Vivado使用流程1. 简介在数字电路设计中，VHDL（VHSIC Hardware Description Language）是一种常用的硬件描述语言。
而Vivado是Xilinx公司推出的一款集成化设计环境，用于FPGA（Field-Programmable Gate Array）设计和验证。
本文将介绍基于VHDL的Vivado使用流程。
2. 准备工作在开始使用Vivado之前，需要进行以下准备工作：•安装Vivado软件：进入Xilinx官方网站，下载并安装最新版本的Vivado软件。
•确定目标FPGA设备：选择合适的FPGA芯片作为目标设备，并了解其技术规格和功能。
•编写VHDL代码：使用VHDL语言编写需要实现的功能代码。
3. 创建新项目完成准备工作后，可以开始创建新的Vivado项目。
按照以下步骤进行：1.启动Vivado软件，选择“Create New Project”选项。
2.在弹出的对话框中，指定项目名称和保存路径。
3.选择目标FPGA设备，并指定时钟频率、IO标准等参数。
4.选择VHDL作为设计源文件语言。
5.添加设计源文件：将之前编写好的VHDL代码文件添加到项目中。
6.完成项目创建，进入Vivado集成化设计环境。
4. 添加约束文件在Vivado中，约束文件是用于指定设计中信号的时钟频率、引脚约束、时序要求等重要信息的文件。
要将约束文件添加到项目中，请按照以下步骤进行：1.在Vivado界面的左侧面板中，打开“Sources”选项卡。
2.右键单击“Constraints”文件夹，并选择“Add Sources”。
3.在弹出的对话框中，选择约束文件并添加到项目中。
4.在Vivado界面的左侧面板中，打开“Constraints”选项卡，确认约束文件已成功添加。
5. 进行综合和实现在Vivado中，综合是将HDL（硬件描述语言）代码和约束文件结合起来，生成逻辑网表的过程。
华为fpga设计规范(Verilog Hdl)
FPGA设计流程指南前言本部门所承担的FPGA设计任务主要是两方面的作用：系统的原型实现和ASIC的原型验证。
编写本流程的目的是：●在于规范整个设计流程，实现开发的合理性、一致性、高效性。
●形成风格良好和完整的文档。
●实现在FPGA不同厂家之间以及从FPGA到ASIC的顺利移植。
●便于新员工快速掌握本部门FPGA的设计流程。
由于目前所用到的FPGA器件以Altera的为主，所以下面的例子也以Altera为例，工具组合为modelsim + LeonardoSpectrum/FPGACompilerII + Quartus，但原则和方法对于其他厂家和工具也是基本适用的。
目录1. 基于HDL的FPGA设计流程概述 (1)1.1 设计流程图 (1)1.2 关键步骤的实现 (2)1.2.1 功能仿真 (2)1.2.2 逻辑综合 (2)1.2.3 前仿真 (3)1.2.4 布局布线 (3)1.2.5 后仿真（时序仿真） (4)2. Verilog HDL设计 (4)2.1 编程风格（Coding Style）要求 (4)2.1.1 文件 (4)2.1.2 大小写 (5)2.1.3 标识符 (5)2.1.4 参数化设计 (5)2.1.5 空行和空格 (5)2.1.6 对齐和缩进 (5)2.1.7 注释 (5)2.1.8 参考C语言的资料 (5)2.1.9 可视化设计方法 (6)2.2 可综合设计 (6)2.3 设计目录 (6)3. 逻辑仿真 (6)3.1 测试程序（test bench） (7)3.2 使用预编译库 (7)4. 逻辑综合 (8)4.1 逻辑综合的一些原则 (8)4.1.1 关于LeonardoSpectrum (8)4.1.1 大规模设计的综合 (8)4.1.3 必须重视工具产生的警告信息 (8)4.2 调用模块的黑盒子（Black box）方法 (8)参考 (10)修订纪录 (10)1. 基于HDL的FPGA设计流程概述1.1 设计流程图说明：●逻辑仿真器主要指modelsim，Verilog-XL等。
电子系统设计实验指导书(FPGA基础篇Vivado版)
实验指导书（FPGA 基础篇 Vivado 版）
东南大学 电子科学 ........................................................................................................................................................... 1
安全使用规范
东南大学 电子科学与工程学院
无论何时，外部电源供电与 USB 两种供电方式只能用其中一种，避免因为电压有所差别而烧坏电路板。 采用电压高于5.5V的任何电源连接器可能造成永久性的损害。 插拔接插件前请关闭电路板总开关，否则易损坏器件。 电路板应在绝缘平台上使用，否则可能引起电路板损坏。 不同编码机制不要混接。 安装设备需防止静电。 液晶显示器件或模块结雾时，不要通电工作，防止电极化学反应，产生断线。 遇到正负极连接时需谨慎，避免接反引起开发板的损坏。 保持电路板的表面清洁。 小心轻放，避免不必要的硬件损伤。
实验目的 ....................................................................................................................................................... 17 实验内容 ....................................................................................................................................................... 17 实验要求 ....................................................................................................................................................... 17 实验步骤 ....................................................................................................................................................... 17 实验结果 ....................................................................................................................................................... 22
VHDL教程
LE2 进位输出 (到 LAB中的下一个逻辑单元) 27
FLEX 系列的级联链
性能优越, 适合扇入大的逻辑功能
“与”级联链
2.4 ns
“或”级联链
LE 1
0.6 ns
LE1 IN [3..0] LUT
IN [3..0]
LUT
LE2 IN [4..7] LUT IN [4..7] LUT
LE2
16位地址译码速度可达 2.4 + 0.6x3=4.2 ns
23
连续布线和分段布线的比较
连续布线 ( Altera 基于查找表（LUT）的 FPGA )
LAB
LE
24
连续布线 = 每次设计重复的可预测性和高性能
FLEX 10K系列FPGA结构图
IOC IOC IOC IOC IOC IOC IOC IOC
. . .
. . .
. . .
. . .
嵌入式 阵列块
• EAB的大小灵活可变 256x8 512x4 2048x1
1024x2
• 通过组合EAB 可以构成更大的模块 • 不需要额外的逻辑单元，不引入延迟， EAB 可配置为深度达2048的存储器 512x4 512x4
256x8 256x8
256x16
512x8
30
FLEX 10K 系列的EAB
数据宽度 8,4,2,1 地址宽度 8,9,10,11
什么是查找表?
• 一个N输入查找表 (LUT，Look Up Table)可以实现N个输入 变量的任何逻辑功能，如 N输入“与”、 N输入“异或” 等。 • 输入多于N个的函数、方程必须分开用几个查找表（ LUT） 实现
输入1 输入2 查黑 找盒 表子
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。
FPGA入门教程_ALTERA_Quartus_II__和_XILINX___ISE_CPLD入门教程_教案_VHDL_Verilog_例程讲解
2011-8
FPGA介绍
何为FPGA?
FPGA（Field－Programmable 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。它是作为专用 集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现 的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编 程器件门电路数有限的缺点
Verilog HDL 的抽象级别
语言本身提供了各种层次抽象的表述，可以用详细 程度有很大差别的的多层次模块组合来描述一个 电路系统。 行为级：技术指标和算法的Verilog描述 RTL关级：具体的晶体管物理器件的描述
Verilog HDL 的抽象级别
设计复杂数字系统的工具 和手段
两种硬件描述语言 ： Verilog VHDL
有哪几种硬件描述语言？ 各有什么特点？
Verilog HDL - 较多的第三方工具的支持 - 语法结构比VHDL简单 - 学习起来比VHDL容易 - 仿真工具比较好使 - 测试激励模块容易编写
Verilog HDL 的发展历史
两者建模能力的比较
行为级 的抽象
系统级
SystemVerilo g
算法级
VHDL Verilog
寄存器传输级
逻辑门级 VITAL
开关电路级
VerilogHDL 与 VHDL 建 模 能 力 的 比 较
Verilog HDL有什么用处？
在各种抽象层次上描述数字电路
测试各种层次数字电路的行为 设计出正确有效的复杂电路结构
数字信号处理系统的实现
非实时系统： 通用的计算机和利用通用计算机改装的设备，主要 工作量是编写 “C” 程序。输入/输出数据大多为文 本 。 实时系统： 信号处理专用的微处理器为核心的设备，主要工作 量是编写汇编程序。输入/输出数据大多为数据流， 直接用于控制 。
武汉理工大学FPGA第2章 FPGA设计基础
第2章FPGA设计基础2.1 Verilog HDL基础知识2.1.1概述硬件描述语言HDL（Hardware Description Language ）是一种用形式化方法来描述数字电路和数字逻辑系统的硬件描述语言，有两种类型：VHDL和Verilog HDL。
举个例子，在传统的设计方法中，对2输入的与门，我们可能需要到标准器件库中调出一个74系列的器件，但在硬件描述语言中，“& ”就是一个与门的形式描述，“C = A & B”就是一个2输入与门的描述，而“and”就是一个与门器件。
Verilog HDL 语言具有这样的描述能力：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形产生机制。
所有这些都使用同一种建模语言，可综合的Verilog模块可以构成一个可靠的复杂IP软核和固核模块。
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Verilog 仿真器进行验证。
Verilog HDL语言从C 编程语言中继承了多种操作符和结构。
Verilog HDL 模型可以是实际电路的不同级别的抽象，主要指：（1）系统级（2）算法级（3）RTL 级（4）门级（5）开关级，前三种属于行为级描述。
VHDL侧重于系统级描述，从而更多的为系统级设计人员所采用；Verilog 侧重于电路级描述，从而更多的为电路级设计人员所采用。
Verilog非常容易掌握，只需有C语言编程基础，就可很快上手。
2.1.2 Verilog 与C语言的比较虽然Verilog语言是从C语言过渡而来的，其某些语法与C语言接近，但存在如下几方面的本质区别：1.Verilog是一种硬件语言，最终是为了产生实际的硬件电路或对硬件电路进行仿真；C语言是一种软件语言，是控制硬件来实现某些功能；2.C语言只要是语法正确，都是可以编译执行的；而Verilog语言有可综合的限制，即在所有的verilog语句中，只有一部分可以被综合，而另外的部分则不能被综合，只能用来仿真；3.C语言是一种软件编程语言，其基本思想是语句的循序执行，而Verilog语言的基本思想是模块的并行执行；4. 利用Verilog编程时，要时刻记得Verilog是硬件语言，要时刻将Verilog与硬件电路对应起来。
FPGA实验报告
FPGA实验报告一、实验目的本次实验的主要目的是了解和掌握FPGA的基本原理、主要特点和应用领域，以及学习使用HDL语言进行FPGA设计和开发。
二、实验器材和软件1.实验器材：FPGA开发板、计算机；2. 实验软件：Xilinx Vivado。
三、实验内容1.FPGA基础知识学习首先，我们学习了FPGA的基本原理和主要特点。
FPGA（Field Programmable Gate Arrays）即现场可编程门阵列，是一种可在现场进行编程和重新配置的集成电路。
与常规的固定功能集成电路相比，FPGA具有灵活性和可重构性的优势，因此在各种应用领域得到广泛应用。
2.VHDL语言学习在了解了FPGA基础知识后，我们开始学习使用HDL语言进行FPGA设计和开发。
HDL（Hardware Description Language）即硬件描述语言，是一种用于描述数字电路结构和行为的语言。
在本次实验中，我们主要学习了VHDL（VHSIC Hardware Description Language）语言的基础语法和常用结构，如组合逻辑和时序逻辑。
3.FPGA设计实验基于学习的FPGA和VHDL知识，我们进行了一系列的FPGA设计实验。
首先，我们设计了一个组合逻辑电路，实现了一个两输入AND门的功能。
然后，我们设计了一个时序逻辑电路，实现了一个简单的计数器，能够在每个时钟上升沿时进行计数。
四、实验结果与分析通过实验，我们成功地实现了一个两输入AND门和一个计数器电路。
经过仿真和综合，我们验证了设计的正确性和可行性。
从实验中，我们不仅掌握了FPGA的基本原理和主要特点，也学习了使用HDL语言进行FPGA设计和开发的基本方法。
通过自己动手实验，我们加深了对FPGA的理解，并提高了自己的实践操作能力。
五、实验总结通过本次实验，我们对FPGA的基本原理和主要特点有了更深入的了解，也掌握了使用HDL语言进行FPGA设计和开发的基本方法。
《Protel DXP电路设计基础教程》第12章：VHDL和FPGA设计[精品]
![《Protel DXP电路设计基础教程》第12章：VHDL和FPGA设计[精品]](https://img.taocdn.com/s3/m/5c4cdafe81eb6294dd88d0d233d4b14e85243eda.png)
use 库名.包名.all； 前面一句表示包中的指定项目可见（即可 以引用）；后面一句的.all表示包中的所有项 目都可见。
12.2.4 VHDL配置指定
配置(Configuration)语句描述层与层之间的 连接关系以及实体与结构体之间的连接关系。 设计者可以利用这种配置语句来选择不同的构 造体。在仿真某个实体时，可以利用配置来选 择不同的构造体，进行性能对比实验以得到性 能最佳的构造体。
1 VHDL的三类对象 弥产沮糕宵敌收眠绣贤绸邱潦燥浑锚殴吓护求聚匣盼媒捆炉谈慧状镊棠例《Protel,,,,,DXP电路设计基础教程》第12章：VHDL和FPGA
每个元件实际上也是一个一个的实体。整个电 设计《Protel,,,,,DXP电路设计基础教程》第12章：VHDL和FPGA设计
1 VHDL的三类对象
设计《Protel,,,,,DXP电路设计基础教程》第12章：VHDL和FPGA设计
（ entity ） 和 结 构 体 （ architecture ） 。 实 体 VHDL提供层次化结构描述的手段。
媒啤峡赢奄阴畸院只缠沏樱祸丽国魁悠停队舰悸给喂劣真占施疏猎舔渣怎《Protel,,,,,DXP电路设计基础教程》第12章：VHDL和FPGA
12.2 VHDL基本知识
12.2.1 VHDL程序基本结构 12.2.2 VHDL程序实体和结构体 12.2.3 VHDL程序包和设计库 12.2.4 VHDL配置指定 12.2.5 VHDL对象及其数据类型 12.2.6 VHDL表达式与运算操作符 12.2.7 VHDL子程序 12.2.8 VHDL顺序描述语句 12.2.9 VHDL并行描述语句 12.2.10 VHDL程序举例 12.2.11 VHDL小结
FPGA开发入门教程
FPGA开发入门教程FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，它的功能和电路结构可以通过配置来定义和改变。
FPGA开发是一门广泛应用于数字电路设计和嵌入式系统开发的技术，为了让初学者能够快速入门FPGA开发，下面将为你介绍一些基本的知识和步骤。
首先，你需要准备一块FPGA开发板，这是进行FPGA开发的基础设备。
常用的开发板有Xilinx的Zynq开发板和Altera的Cyclone开发板。
选择适合自己的开发板并购买好后，你需要将其连接到计算机上，可以使用USB接口或者以太网接口。
在进行FPGA开发之前，你需要了解一些基本的概念和概述。
首先，了解FPGA的基本结构和工作原理，掌握FPGA的内部资源如LUT（Look-Up Table）、寄存器、片上内存等。
其次，学习硬件描述语言（HDL），比如Verilog或VHDL，这是描述FPGA电路的语言。
一般来说，进行FPGA开发的流程包括以下几个步骤：1.确定设计目标：首先，你需要明确自己的设计目标，包括所要实现的功能、性能要求等。
这将为你后面的设计和实现提供指导。
2.设计电路：使用HDL语言，根据设计目标，将电路进行描述。
你可以使用模块化设计的思想，将电路划分为多个模块，然后逐个进行设计和实现。
4.综合和布局布线：综合是将HDL代码转换为FPGA的逻辑电路的过程，布局布线是将逻辑电路映射到FPGA的物理资源的过程。
这两个步骤是将电路从逻辑描述转换为实际可用的FPGA电路的关键步骤。
通过上述步骤，你就可以完成一次简单的FPGA开发了。
当然，FPGA 开发涉及到的知识还有很多，包括时序设计、高级优化技术等。
希望通过这篇文章，你能对FPGA开发有一个初步的了解，并能够为你的学习和实践提供一些指导。
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可编程逻辑在当今的数字系统设计领域中，基于现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）技术的应用日益普遍。
Xilinx是其中一家领先的FPGA厂商，其可编程逻辑芯片被广泛应用于各个领域。
本教程旨在介绍FPGA现代数字系统设计的基本概念与技术，重点关注基于Xilinx可编程逻辑的实践应用。
一、引言FPGA是一种可重构的硬件平台，具有高度的灵活性与可定制性。
通过不同的配置，FPGA可以实现各种数字电路功能，比如逻辑运算、数字信号处理、嵌入式系统等等。
Xilinx提供了一套完整的开发工具与设计流程，使得FPGA的设计与实现更加高效与简便。
二、FPGA基础知识介绍1. FPGA的基本结构与工作原理在FPGA中，逻辑资源（如逻辑门、寄存器）通过可编程的内部连接资源相互连接，形成不同的数字电路。
FPGA采用按位编程的方式，通过配置存储器将逻辑连接进行设定，从而实现不同的功能实现。
2. Xilinx系列FPGA概述Xilinx公司生产的FPGA主要分为Artix、Kintex、Virtex等系列，每个系列有不同的性能与资源规模适用于不同的应用场景。
本节将介绍主要的Xilinx系列FPGA及其特点。
三、FPGA设计实践1. 集成开发环境（Integrated Development Environment，IDE）概述设计FPGA系统需要使用特定的软件工具，例如Xilinx提供的Vivado开发环境。
本节将介绍Vivado的基本功能与使用方法。
2. 基于Xilinx可编程逻辑的数字电路设计通过Vivado IDE，我们可以使用硬件描述语言（HDL）如VHDL或Verilog来描述数字电路。
本节将介绍如何使用HDL进行FPGA设计，包括逻辑门设计、时序控制、状态机设计等。
3. FPGA系统集成设计除了单个模块的设计，FPGA设计还需要进行系统级集成。
使用VHDL进行数字电路设计
使用VHDL进行数字电路设计VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language，高速集成电路硬件描述语言）是一种用于电子设计的编程语言，常用于数字电路设计。
它具备高层次抽象和结构化描述等特点，可以有效地对数字电路进行建模和仿真。
本文将介绍使用VHDL进行数字电路设计的基本步骤和方法。
一、VHDL简介VHDL是一种硬件描述语言，是一种基于事件驱动和并发处理的语言。
它具有面向对象的特点，可以对电子系统进行高层次、结构化的描述。
二、数字电路设计基本流程1. 确定需求：明确数字电路设计的功能、性能和接口要求。
2. 设计规格：根据需求定义数字电路设计的规格和功能。
3. 构建设计：使用VHDL语言描述数字电路的结构和行为。
4. 仿真验证：通过仿真工具对设计进行验证，确保其符合规格要求。
5. 综合：将VHDL代码转化为门级电路，获取门级电路的性能和面积等信息。
6. 时序分析：对门级电路进行时序分析，确保其满足时序要求。
7. 布局布线：对门级电路进行布局布线，生成物理布图。
8. 验证测试：对物理布图进行验证测试，并进行修复和调整。
9. 出版物：生成最终的数字电路设计文档和相关资料。
三、VHDL语言基础VHDL语言具有丰富的语法和语义，可以用于描述数字电路的结构和行为。
以下是一些常用的VHDL语法元素：1. 实体（Entity）：描述数字电路的接口和输入输出信号。
2. 架构（Architecture）：描述数字电路的内部结构和行为。
3. 进程（Process）：描述数字电路的并发行为和逻辑关系。
4. 信号（Signal）：描述数字电路的内部和外部信号。
5. 时钟信号（Clock）：描述数字电路的时序行为。
6. 模块化设计（Modular Design）：将数字电路分为多个模块进行设计和组合。
四、使用VHDL进行数字电路设计的步骤1. 确定需求：明确设计的功能需求和性能要求。
FPGA现代数字系统设计基于ilinx可编程逻辑器件与Vivado平台
目录分析
目录分析
《FPGA现代数字系统设计基于ilinx可编程逻辑器件与Vivado平台》是一本 深入浅出地介绍FPGA（现场可编程门阵列）设计和实现的书籍。作为一本专注于 Xilinx可编程逻辑器件和Vivado平台的书籍，其目录结构也反映了这一核心内容。 以下是该书的目录分析：
目录分析
这部分内容主要介绍了FPGA的基本概念、发展历程以及在数字系统设计中的 应用。还简要介绍了Xilinx公司及其产品，为后续深入学习打下基础。
精彩摘录
“在FPGA设计中，测试和验证是不可或缺的一环。通过充分的测试，我们可 以确保设计的正确性和可靠性。”
精彩摘录
“随着技术的不断发展，FPGA设计也在不断演进。未来，FPGA将在人工智能、 物联网、云计算等领域发挥更加重要的作用。因此，学习和掌握FPGA设计对于数 字系统设计师来说具有重要意义。”
目录分析
在这一部分，作者进一步探讨了高级的FPGA设计技术，包括高层次综合、者在实现复杂数 字系统的同时，优化设计性能和功耗。
目录分析
最后一部分内容以实际案例分析结束，包括几个具有代表性的FPGA设计项目。 通过这些案例的分析，读者可以更好地理解前面所学知识在实际项目中的应用。
目录分析
这一章详细介绍了Vivado设计套件，包括其功能、界面、以及在FPGA设计中 的重要性。通过这一章，读者可以了解如何使用Vivado进行FPGA设计的整个流程。
目录分析
在这一部分，作者深入探讨了数字系统设计的基础知识，包括逻辑门、触发 器、寄存器、以及基本的组合和时序逻辑电路。这些知识为后续的FPGA设计提供 了理论支持。
目录分析
这一章详细介绍了使用Vivado进行FPGA设计的整个流程，包括设计输入、综 合、实现以及生成比特流等步骤。还介绍了如何进行时序分析以及优化设计。
fpga自学笔记——设计与验证
fpga自学笔记——设计与验证FPGA（现场可编程门阵列）是一种集成电路（IC）设备，可通过重新编程实现不同电路的功能。
在现代电子行业中，FPGA被广泛应用于计算机硬件开发、通信系统、控制器和许多其他应用领域。
本篇自学笔记将涵盖FPGA的设计与验证的基本概念和技术。
一、FPGA设计流程FPGA的设计流程包括硬件描述语言（HDL）编写、仿真验证、综合、实现和验证。
以下是FPGA设计流程的详细步骤：1.硬件描述语言编写：FPGA设计通常使用硬件描述语言进行编写，如VHDL（硬件描述语言）或Verilog。
这些语言可以描述出FPGA中各个组件的逻辑和连接关系。
2.仿真验证：对设计进行仿真验证是FPGA设计流程的重要一步。
利用仿真工具，可以检查设计是否满足规范，并进行功能验证。
仿真验证可以帮助发现和解决设计中的问题。
3.综合：综合是将设计转换为FPGA的可编程逻辑单元（PLU）的过程。
综合工具将HDL代码转换为逻辑门电路，并生成一个逻辑网表作为输入。
4.实现：实现是将逻辑网表转换为FPGA器件的过程。
这个过程包括将逻辑网表分配到实际的逻辑单元和I/O资源，进行布线以及生成配置文件。
5.验证：验证是确保设计在FPGA上正常运行的过程。
通常这一步会通过连接实际的外设和运行测试程序来验证设计的功能和性能。
二、FPGA设计与验证工具在FPGA设计与验证中，有许多工具可供选择，如：1.设计工具：FPGA设计工具是用于编写和组织HDL代码的软件。
常用的设计工具包括Xilinx的Vivado和ISE，以及Altera（现在是英特尔）的Quartus II。
这些工具提供了综合、实现和验证的功能。
2.仿真工具：仿真工具用于验证设计的正确性和性能。
常用的仿真工具包括ModelSim、VCS和NC-Verilog等。
这些工具可以模拟设计的行为，并生成波形图以进行分析。
3.布线工具：布线是将逻辑网表分配到FPGA器件中的实际逻辑单元和I/O资源的过程。
fpga基础课程设计
fpga基础课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解FPGA的基本概念、结构和原理，掌握FPGA在数字系统设计中的应用；2. 学会使用硬件描述语言（HDL）进行数字电路设计和仿真；3. 了解FPGA开发流程，掌握FPGA开发工具的使用。
技能目标：1. 能够运用所学知识，设计简单的数字系统，并进行FPGA实现；2. 培养学生的动手能力，使其具备独立进行FPGA程序编写、调试和验证的能力；3. 提高学生的团队协作能力，能够在小组合作中发挥各自优势，共同完成设计任务。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对FPGA技术的兴趣，激发学生主动探索新技术的热情；2. 培养学生严谨、细致、负责的学习态度，养成良好的学术道德；3. 增强学生的创新意识，鼓励学生勇于尝试，提高解决问题的能力。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，结合理论教学和实验操作，培养学生的实际操作能力和创新能力。
学生特点：学生具备一定的电子技术基础知识，对FPGA技术有一定了解，但实际操作能力较弱。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，通过课程学习，使学生能够掌握FPGA基础知识和技能，具备实际应用能力。
在教学过程中，注重启发式教学，引导学生主动思考，提高分析问题和解决问题的能力。
同时，关注学生的情感态度价值观培养，激发学生的学习兴趣，提高综合素质。
二、教学内容1. FPGA基本概念：介绍FPGA的发展历程、基本结构、工作原理及其在数字系统设计中的应用。
教材章节：第一章 FPGA概述2. 硬件描述语言（HDL）：讲解Verilog和VHDL两种硬件描述语言的基本语法、数据类型、运算符和结构。
教材章节：第二章 硬件描述语言基础3. FPGA开发工具：介绍FPGA开发流程，学习使用ModelSim进行仿真，掌握Quartus II或Vivado等开发工具的使用。
教材章节：第三章 FPGA开发工具与环境4. 数字电路设计：学习组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计方法，进行FPGA 实现。
fpga教程
fpga教程FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，它具有可编程的逻辑和存储单元，可以用于实现各种数字电路。
FPGA作为硬件描述语言（HDL）的实现工具，被广泛应用于数字电路设计和嵌入式系统开发。
FPGA教程首先介绍了FPGA的基础知识，包括FPGA的结构和工作原理。
FPGA由一组可编程的逻辑单元（LUT）和寄存器组成，通过配置电路来实现所需的功能。
编程FPGA需要使用硬件描述语言（HDL），如VHDL或Verilog，来描述电路的功能和结构。
接下来的部分讲解了FPGA的开发流程。
首先，需要使用HDL编写电路的逻辑描述，并进行模拟验证。
然后，通过综合和布局布线工具将逻辑描述转换为实际的硬件配置文件。
最后，将配置文件下载到FPGA芯片中，即可进行功能验证和性能测试。
在FPGA教程的后续部分，会介绍FPGA的应用领域和案例。
FPGA广泛用于数字信号处理、通信系统、图像处理、机器学习等领域。
例如，在数字信号处理中，FPGA可以用于实现滤波器、快速傅里叶变换等算法；在通信系统中，FPGA可以用于实现调制解调器、编码解码器等功能。
此外，FPGA教程还会介绍FPGA的开发工具和开发板。
FPGA开发工具提供了编程、仿真、综合等功能，如Xilinx的Vivado和Altera（现在是英特尔子公司）的Quartus。
而FPGA开发板则是一个集成了FPGA芯片和外围接口的开发平台，如Xilinx的Zynq系列和Altera的Cyclone系列。
总的来说，FPGA教程是一个全面介绍FPGA的入门指南，涵盖了FPGA的基础知识、开发流程、应用领域和开发工具。
通过学习FPGA教程，可以掌握FPGA的基本概念和使用方法，为后续的深入学习和应用打下坚实的基础。
检索报告模板
检索报告2012 级物信院系电子与通信工程专业学号 ********* 姓名李贤晨说明利用所学的文献信息检索知识和检索方法，结合自己的专业，从多方面广泛收集有关资料，并完成该课题的综合检索报告。
一、数据库选择要求1.中文数据库2.外文数据库3.搜索引擎二、条目解释1.“检索年限”：范围限定在最近十年以内，各种数据库（检索工具）尽量选用同等年限，以便之后根据检索结果进行比较，从而加深对各类数据库（检索工具）的认识。
2.“检索词”：在写出检索词的同时需注明检索词的性质，即检索项，如：题名、主题、关键词、摘要、作者、作者单位、来源、全文、参考文献、基金等。
（注意：数据库不同，检索项的表达方式不同）3.“逻辑检索表达式”：运用布尔逻辑运算符来表达检索词与检索词之间逻辑关系。
如：要查找儿童教育方面的文献，逻辑检索表达式可表示为“题名=教育and 儿童”或“关键词=教育并且儿童”。
4.每种检索系统检索完毕后，记录检索结果（检出文献篇数），按规定条数列出与课题密切相关的文献信息，格式请参考《文后参考文献著录规则》（GB/T 7714-2005）。
三、其它要求1.每一种检索系统的检索报告如不够填写，可自行补充页数。
2.综合检索报告交打印版，2012年11月12日交报告。
（打印请使用A4纸，内文采用宋体5号字；综合检索报告将存档，请注意排版整洁，并自行留底）3.检索报告分为四个部分：检索课题概括、检索过程记录、文献综述、意见及建议。
一检索课题概况（一）检索课题名称图像采集与预处理系统设计及FPGA实现（二）检索课题研究现状图像信息是人类社会生活中的一种非常重要的信息源。
在数字计算机问世之前，一般采用传统的模拟方式处理图像信息，随着数字计算机以及数字信号处理器的出现及发展，图像的采集与处理技术已经逐渐转变为数字化方式。
随着数字信号处理技术和计算机技术的快速发展，图像采集与处理技术已经成为了当前的一个热门研究点。
经过数字化处理后，图像信息的数据量非常大，然而传统的图像采集与处理系统对于如此庞大的数据量已经无法达到其对数据处理速度的高速要求，新的图像采集方法，即以FPGA、DSP、ARM为核心处理器的采集方法的不断发展，为图像采集与处理系统提供了新的解决方案，并成为了图像数据高速采集与处理系统领域的发展趋势。
xilinx fpga开发实用教程——fpga结构
1.2.1 FPGA工作原理与简介如前所述，FPGA是在PAL、GAL、EPLD、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。
它是作为ASIC领域中的一种半定制电路而出现的，即解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路有限的缺点。
由于FPGA需要被反复烧写，它实现组合逻辑的基本结构不可能像ASIC那样通过固定的与非门来完成，而只能采用一种易于反复配置的结构。
查找表可以很好地满足这一要求，目前主流FPGA都采用了基于SRAM工艺的查找表结构，也有一些军品和宇航级FPGA采用Flash或者熔丝与反熔丝工艺的查找表结构。
通过烧写文件改变查找表内容的方法来实现对FPGA的重复配置。
根据数字电路的基本知识可以知道，对于一个n输入的逻辑运算，不管是与或非运算还是异或运算等等，最多只可能存在2n种结果。
所以如果事先将相应的结果存放于一个存贮单元，就相当于实现了与非门电路的功能。
FPGA的原理也是如此，它通过烧写文件去配置查找表的内容，从而在相同的电路情况下实现了不同的逻辑功能。
查找表（Look-Up-Table）简称为LUT，LUT本质上就是一个RAM。
目前FPGA中多使用4输入的LUT，所以每一个LUT可以看成一个有 4位地址线的的RAM。
当用户通过原理图或HDL语言描述了一个逻辑电路以后，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）事先写入 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进行查表，找出地址对应的内容，然后输出即可。
下面给出一个4与门电路的例子来说明LUT实现逻辑功能的原理。
例1-1：给出一个使用LUT实现4输入与门电路的真值表。
表1-1 4输入与门的真值表从中可以看到，LUT具有和逻辑电路相同的功能。
实际上，LUT具有更快的执行速度和更大的规模。
由于基于LUT的FPGA具有很高的集成度，其器件密度从数万门到数千万门不等，可以完成极其复杂的时序与逻辑组合逻辑电路功能，所以适用于高速、高密度的高端数字逻辑电路设计领域。
- 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)。
第一章开发软件ISE与开发流程LUT主要适合SRAM工艺生产，因此FPGA都是基于SRAM工艺的，掉电就会丢失。
1.1 设计输入除了常见的文本输入，还可以采用图形输入方式：单击Design Utilities->Creat Schematic Symbol，则会在工程文件夹下生成一个MY_AND2.sym文件，同时这个生成的符号被加入到符号库中。
这样可以添加元件。
⏹用户约束文件UCF的编写：管脚约束：如NET “<Signal Name>” LOC = <Pin Name>; --将信号锁定到fpga的管脚。
时钟约束：如NET “<Net Name>” PERIOD = period {HIGH/LOW}[high or low time]。
⏹采用图形化方法输入约束文件：创建ucf文件，选择ucf文件，然后点击Processes->User Constrains->Create Timing Constraints添加时序约束；点击Processes->User Constrains->I/O Pin Planning添加管脚约束。
1.2 设计综合（Synthesize）综合将概念性硬件描述语言HDL的设计定义转换成针对目标器件的逻辑或者物理表示。
XST(Xilinx Synthesis Tools)就是综合工具，其输出为Xilinx特有的NGC网表文件，NGC包含转化后的逻辑数据和约束信息。
综合是设计流程中的基本步骤，它将概念性硬件描述语言的设计定义转换为针对器件的逻辑或物理表示。
在综合过程中，状态机是单独处理、独立分析的，根据综合的选项，综合器选择状态机在综合过程中选用的实现算法。
综合完成后，综合器会根据综合选项和XCF(XST Constraint File, 综合约束文件)，对综合结果做一些基础的优化。
1.3 功能仿真（Simulation->behavioral）功能仿真可以对工程设计文件进行初步的功能验证。
仿真软件将HDL语言转换为抽象的逻辑电路，忽略信号在逻辑器件和传输线上的延时，并对应各种可能的输入信号仿真得到设计工程的输出信号，检验输出信号是否满足预期的要求。
功能仿真需要创建Test Bench文件。
1.4 工程实现（Implementation）工程实现包含以下四个步骤：⏹Translate—将综合后的网表文件NGC和约束文件UCF融合到同一个Xilinx的设计文件PCF中。
⏹Map—将设计中的功能器件映射到工程设计的目标器件资源中。
⏹Place and Route—对映射后的目标器件资源进行布局和布线，满足时序约束。
⏹Generate Programming File—生成可以下载到器件中的比特流文件，对器件进行编程配置。
1.5 时序仿真（Simulation->Post Route）对经过布局布线后的仿真模型加入延时文件进行仿真的过程，他将最基本的门级延时计算在，模拟工程设计在FPGA器件的实现过程。
经过时序仿真后的设计基本上与实际电路是一致的。
时序仿真的基本参数：⏹时钟周期Period：最小时钟周期是指信号从一个触发器或锁存器的输入端，经过一系列的组合逻辑单元和信号线，到达下一个同步器件，所用的最长时间。
⏹端口到建立时间（Pad to setup time）：信号从进入fpga芯片，经过一系列的逻辑元件和连线，到达一个同步器件（触发器、锁存器或存储器）的输入端所用的最长时间。
⏹时钟到端口时间（Clock to pad time）：数据信号从触发器或锁存器的输入端口，经过逻辑单元和连线时延，到达fpga芯片的输出管脚的最长时间。
这个时间在约束文件中称为OFFSET OUT AFTER约束。
⏹端口到端口时间（Pad to pad time）：数据信号从输入端口进入fpga芯片，经过一系列逻辑元件和连线延时后到达fpga的输出端口的最大时间。
1.6 器件配置利用iMPACT工具将比特流文件编程到fpga中。
第二章 VHDL硬件描述语言2.1 基础知识fpga电路设计的四个层次：行为层次(Behavioral)、寄存器传输层次(RTL, Register Transfer Level)、逻辑门层次(Logic)和布图层次(Layout)。
行为层次主要关注模块的功能描述和仿真验证，寄存器传输层次要关注模块的可综合电路的实现，逻辑门层次考虑如何用门级电路实现给定功能，布图层次考虑如何将电路适配到fpga的资源中。
2.2VHDL基本结构2.2.1 实体与构造体实体与C++中的类相似。
构造体的行为描述通常采用process进程语句实现。
构造体的数据流描述方式主要使用VHDL语言中的标准布尔函数，将信号之间的布尔代数关系用布尔方程式来表示。
结构体的结构描述主要通过下层模块的声明和调用及端口映射将下层模块相连。
Generic参数声明类似于C++语言中的类属参数声明。
2.2.2 库用户自定义库时，先用关键字library说明要引用的库名，然后用use语句打开库中程序包。
在计算机中新建一个文件夹，将文件夹名改为用户自定义“库名”，将编辑的程序包等以文件形式存在该文件下，此时该文件夹即为用户自定义库。
在ise中自定义library时，首先要新建library，然后编写相应的程序包，并将程序包移到（move to library）该library中，然后就可以使用use <库名>之类的语句了。
2.2.3 程序包程序包的作用是收集被多个VHDL实体共享的数据类型、子程序或数据对象，使其适用于更一般的访问和调用围。
2.2.4 配置一个实体可以声明多个构造体，但形成最终电路时，只能使用一种结构体作为功能实现的描述，这时就需要使用配置将实体与结构体连接起来。
配置不是从属单元，可以独立存在。
通常在使用时都会将配置单独写入一个文件中。
1、默认配置语法如下。
当实体选择的结构体中，不包含BLOCK语句和COMPONENT语句时，可采用默认配置为实体选择不同的结构体和对VHDL程序的性能评估。
2、元件配置。
在层次化设计中，应用库中的元件是设计人员经常采用的一种效率比较高的工作方式。
引用元件的方法有两种：使用元件例化语句；使用元件配置。
元件配置语句的语法结构有两种形式，分别是低层次的配置和实体—结构体对的配置。
低层次的配置语法为：实体—结构体对的配置的语法结构如下：显然，实体—结构体对比低层次的配置要好。
3、结构体配置。
虽然元件配置语句配置实体具有一定的优势，这种方法易写也易懂；但是书写过于臃肿，于是引出了第三种配置语句—结构体配置语句。
结构体配置语句必须放在所要配置的实体中的结构体中。
其语法如下：【举例】采用结构体配置实现全加器2.3 语法要素2.3.1 对象类型Port、Constant、Signal、Variable变量在综合后可以是一个连线(wire)，也可以是一个寄存器(register)，综合的结果取决于变量在时序电路中是否用于保存信号值。
变量虽然可以赋初始值，但是在综合时，综合器会忽略掉。
信号在声明结构中被赋予的初始值，与变量相同，在综合时也会被忽略。
信号的赋值可以加入延时，如 A <= B after5 ns;但是，延时语句只在行为建模时起作用，而在综合时也会被完全忽略。
2.3.2 数据类型标量类型1、bit类型是二值系统中的最基本单元，分别表示低电平和高电平。
2、Boolean类型没有数值的含义，也不能进行算术运算，只能作为关系运算的结果，在判断语句中判断使用。
3、 Integer类型的数据在底层电路中用一系列二进制位表示。
使用时要指定range围，这样综合器才能综合。
4、real类型的数据很多公司的综合工具不支持。
5、物理类型用于表示一些物理量，完整的物理数据类型包含数值和单位两部分。
定义物理类型时必须先给出一个基准单位。
如VHDL只定义了一个物理类型：6、符号类型character通常用单引号括起来，如’Z’。
7、标准逻辑类型STD_LOGIC与bit类型相似，也是表示单个数字信号逻辑的，每个STD_LOGIC都有9种不同的状态。
8、枚举类型enumerate在状态机和复杂系统的描述中尤其有用。
9、错误等级severity_level共有四种状态可用：note、warning、error、failure。
错误等级通常与assert语句配合使用。
复合类型1、位矢量类型BIT_VECTOR是由多个位型数据组合起来的一组数据。
例子如下：2、标准逻辑矢量型STD_LOGIC_VECTOR是由多个标准逻辑数据组合起来的。
3、字符串类型是由多个字符类型的数据组合起来的。
4、数组array是由多个相同类型的数据组成的集合。
VHDL中有两种定义矩阵的方法，一种称为Constrained，另一种称为Unconstrained，两者之间的不同在于定义数组时索引值的围不同。
Constrained在数组定义时就已经确定了索引值的取值围，例如：在工程中，大型的数组一般用变量或常量定义，用信号定义时，会影响仿真速度。
在VHDL做工程仿真时，经常会用ARRAY类型对存储器进行建模。
多维数组没有对应的底层硬件逻辑，因此多用于仿真和建模。
数组的赋值方法为：5、记录型RECORD并不是所有综合器都支持记录类型，组成集合的数据至少要有两种以上不同的类型。
2.3.3 文件类型(File)目前常用的文件类型只有TEXT类型，IEEE的TEXTIO包集合中包含了TEXT文件常用的一些读写函数，方便设计者在开发时调用。
综合器不支持，只能用于仿真。
(1).首先需要声明TextIO的包集(2).声明输入、输出文件(3).声明读写文件的行变量数据变量中。
写文件时，先将数据变量组合成一行，再将行变量中的数据写入文件。
需要注意的是只有variable型才是文件存取类型，不能使用signal型。
TextIO包集中定义了一些常用的文件操作过程：readline(file_var, line_var); --用于从文件file_var中读取一行数据到line_var read(line_var, data_var); --用于从line_var中读取数据保存到data_var中writeline(file_var, line_var); --用于将line_var写入到file_var中write(line_var, data_var); --用于将data_var写入到line_var中endfile(file_var); --判断file_var是否已经到文件末尾2.3.4 属性属性是指实体、结构体、类型及信号的一些表现特征。