FPGALecture
FPGA概述PPT课件
6.底层内嵌功能单元 内嵌专用硬核是相对于底层嵌入的软核而言 的，硬核（Hard Core）使FPGA具有强大 的处理能力，等效于ASIC电路。
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1.3 IP核简介
IP（Intelligent Property）核
是具有知识产权的集成电路芯核总称，是 经过反复验证过的、具有特定功能的宏模 块，与芯片制造工艺无关，可以移植到不 同的半导体工艺中。
通道绑定原 理示意图
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5.预加重技术 在印制的电路板上，线路是呈现低通滤波 器的频率特性的，为解决高频部分的损失， 就要采取预加重技术。
预加重技术的思想是：在传输信号时，抬高 信号的高频信号，以补偿线路上高频分量的 损失。
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没有预加重 的发送波形
•30
预加重后的 发送波形
没有预加重 的接收波形
典型的IOB内部结构示意图
2.可配置逻辑块(CLB)
CLB是FPGA内的基本逻辑单元 .
CLB的实际数量和特性会依据器件的不同而不同，但是每 个CLB都包含一个可配置开关矩阵，此矩阵由选型电路(多 路复用器等)、触发器和4或6个输入组成。
典型的CLB结 构示意图
3. 数字时钟管理模块（DCM）
目前FPGA中多使用4输入的LUT，所以每一 个LUT可以看成是一个有4位地址线的RAM。当用 户通过原理图或HDL语言描述一个逻辑电路以后， 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)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去 进行查表，找出地址对应的内容，然后输出即可。
DLL简单模 型示意图
Xilinx DLL的典 型模型示意图
在FPGA设计中，消除时钟的传输延迟，实现高扇出 最简单的方法就是用DLL，把CLK0与CLKFB相连 即可。 利用一个DLL可以 实现2倍频输出
FPGA入门级讲座培训
常用开发工具的使用方法
Xilinx Vivado： 用于FPGA设计、 综合和实现
Intel Quartus Prime：提供全面 的FPGA设计解决 方案
Altera Quartus II ：适用于Altera FPGA的开发工具
ModelSim：用于 模拟和仿真数字电 路的软件
Part Three
FPGA设计实践
数字逻辑设计基础
逻辑门电路：与、 或、非等基本逻辑 门的功能和使用。
逻辑代数：真值表、 逻辑表达式、逻辑 运算规则等。
组合逻辑电路：设 计方法、实现方式 、竞争与冒险等。
时序逻辑电路：设 计方法、触发器、 寄存器等。
基于FPGA的数字逻辑设计
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F P G A 设 计 流 程 ： 硬 件 描 述 语 言 （ 如 V H D L 或 Ve r i l o g ） 编 写 逻 辑 电 路 ， 通 过综合工具转换为FPGA可执行的配置文件。
图像处理中的FPGA应用
图像处理中FPGA的应用 背景
FPGA在图像处理中的优 势
FPGA在图像处理中的实 现原理
FPGA在图像处理中的具 体应用案例
嵌入式系统中的FPGA应用
嵌入式系统定义 FPGA在嵌入式系统中的应用优势 FPGA在嵌入式系统中的典型应用案例 FPGA在嵌入式系统中的未来发展趋势
FPGA应用案例分 析
通信系统中的FPGA应用
信号处理：FPGA在通信系统中用于信号的调制、解调、编解码等处理 高速接口：FPGA支持多种高速接口协议，如SPI、I2C、UART等，实现高实现不同协议间的转换和适配 同步与定时：FPGA在通信系统中提供高精度同步和定时功能，确保通信的稳定性和可靠性
FPGA技术讲座(中级)
FPGA技术讲座（中级）一、讲座介绍高性能FPGA系统的设计实现需要研究包括设计方法学、算法和系统结构、代码优化和综合、设计和实现工具等关键问题。
只有学习掌握好这几个方面的知识，并深刻理解他们的关系，才能做到从总体上把握全系统，从而设计出满足要求的高性能数字系统。
所谓“会当凌绝顶，一览众山小”正是这样一种感觉。
FPGA系统设计实质上是一个同步时序系统的设计，理解时序概念，掌握代码优化与综合技术，正确完整地进行时序约束和分析是实现高性能系统的重要保证。
本期课程按照“从宏观到微观，从顶层到底层”的系统设计原则，以“时序分析”和“系统集成”为主线，深入探讨了“FPGA和FPGA数字系统”、“FPGA时序设计与时序分析”、“Virtex-4/5/6高级资源”、“面向时序性能的FPGA代码设计与综合技术”以及“FPGA高速I/O接口时序设计与分析”5大主题。
讲座讲师来自相关领域科研一线，具有扎实的理论功底和丰富的实践经验。
课程内容结合了国外同类培训课程内容和培训讲师的科研教学实践，理论丰富，实验合理，具有非常强的系统性和实用性，可以引导学员快速提高FPGA数字系统设计水平，更快创建设计，缩短开发时间，降低开发成本。
二、讲座大纲（12学时）2.1 主题1：FPGA和FPGA数字系统（3学时）2.1.1 学习目标:很多FPGA设计者长期处于高不成、低不就的状态，很难在设计能力上进一步提高。
主题１带领学员从更高和更低的层次上去理解FPGA数字系统的设计问题。
在更高的层次上，理解模拟系统与数字系统的关系，理解软件与硬件的关系。
在更低的层次上，掌握FPGA器件结构和技术特点，掌握FPGA软硬件协同系统设计工具链，学习加法、乘法和滤波器的FPGA实现结构。
主题1实质上是对FPGA结构资源、设计流程和设计工具的归纳、总结与升华，使学习者透过表面现象看到FPGA技术的实质，从而为掌握FPGA高级设计技术，实现复杂系统打下基础。
FPGA直接扩频通信技术讲座
扩频调制解调技术
扩频调制：将信号扩展到 更宽的频带上，提高抗干 扰能力
扩频解调：将接收到的扩 频信号还原为原始信号
直接序列扩频（DSSS）： 采用直接序列扩频技术， 实现扩频调制和解调
Part Four
FPGA直接扩频通 信的关键技术
伪随机序列生成技术
伪随机序列的定义：在通信系统中，伪随机序列是一种具有一定统计特性的序列，用 于扩频通信中。
伪随机序列的生成方法：常见的伪随机序列生成方法有LFSR（线性反馈移位寄存器）、 Galois LFSR、m序列等。
伪随机序列的性能要求：在扩频通信中，伪随机序列需要满足一定的统计特性，如自 相关性、互相关性、频谱特性等。
FPGA逻辑设计及优化技术
FPGA逻辑设计的基本概念和 原理
FPGA逻辑设计的方法和步骤
FPGA逻辑设计的优化技术和 方法
FPGA逻辑设计的实际应用案 例分析
Part Five
FPGA直接扩频通 信系统的性能评估
通信距离和误码率性能
通信距离：FPGA直接扩频通信系统的通信距离受到多种因素的影响，包括扩频增益、接收机灵 敏度、信道条件等。
功能：产生扩频信号
组成：本地振荡器、频率合成器、功率放大器 工作原理：本地振荡器产生基频信号，频率合成器将基频信号转换为扩频 信号，功率放大器放大扩频信号 特点：高稳定性、低噪声、宽频带
调制解调模块
功能：实现信号的调制和解调 组成：调制器和解调器 调制器：将数字信号转换为模拟信号 解调器：将模拟信号转换为数字信号
技术挑战：需要应 对FPGA直接扩频 通信技术在复杂电 磁环境下的抗干扰 能力、安全性等方 面的挑战。
FPGA初级入门讲座
HDL（Hardware Description Language）是一种用于描述硬件电路的编程语言
HDL语言主要包括Verilog和VHDL两种
Verilog是一种面向硬件的编程语言，主要用于描述数字电路
VHDL语言基础
VHDL语言可以用于描述组合逻辑、时序逻辑、状态机等电路结构
VHDL是一种硬件描述语言，用于描述数字电路的行为和结构
常用开发工具介绍
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Intel Quartus Prime：Intel公司推出的FPGA设计工具，支持多种FPGA型号，提供图形界面和命令行界面。
Xilinx Vivado：Xilinx公司推出的FPGA设计工具，支持多种FPGA型号，提供图形界面和命令行界面。
ModelSim：Mentor公司推出的仿真工具，支持多种硬件描述语言，可以进行功能仿真和时序仿真。
市场竞争激烈：FPGA市场竞争激烈，需要不断提高产品质量和降低成本
技术更新迅速：FPGA技术更新迅速，需要不断学习和适应新技术
设计难度大：FPGA设计难度大，需要掌握多种技能和知识
应用领域广泛：FPGA应用领域广泛，需要不断拓展新的应用领域和场景
FPGA未来发展方向
更低功耗：FPGA将向更低功耗方向发展，以降低能耗和成本。
作用：实现数字电路设计，具有灵活性和高效性
特点：可编程、可重复使用、可升级
应用领域：通信、医疗、航空航天、工业自动化等
FPGA发展历程
1984年，Xilinx公司推出第一款FPGA产品XC2064
1985年，Altera公司推出第一款FPGA产品EPLD
1990年代，FPGA开始广泛应用于通信、军事、航天等领域
FPGA的基本原理ppt课件
4、 按可重复编程性分：
l 一次性编程的FPGA： 这种FPGA只能编程一次， 如逆熔丝型FPGA就是一次性编程的FPGA。
l
可重复编程的FPGA：这种FPGA可以反复编程，
如基于RAM的FPGA和FLASH型FPGA都可反复编程。
最新版整理ppt
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（四）、FPGA的优点
和其它类型的ASIC相比，FPGA具有以下优点： l 不需要初始投资 l 不要提前制造 l 无库存风险 l 模拟工作费时较少 l 适合样品试制和小批量生产
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五、 FPGA内部布线资源
分段连接线，分段连线的两端为编程单元， 通过对编程单元的编程来决定两个分段 连线是否连接。
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六、 FPGA内部编程单元
1、 逆熔丝开关
逆熔丝开关的功能和熔丝开关正好相反，当加上编程电压后两 端相连（电阻很小〈1kΩ〉，且为永久性连接；不编程时两端电阻 很 大 （ >100MΩ ） 。 市 场 上 有 两 种 类 型 的 逆 熔 丝 开 关 ， 分 别 是 ACTEL公司的多晶硅- 扩散逆熔丝和QuickLogic公司的金属-金属逆 熔丝（ViaLinkTM）。
2) CPLD延时可预测（Predictable），FPGA的延时与布局布线情况 有关。
3) CPLD 组合逻辑多而触发器较少，而FPGA触发器多。
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（三）、 FPGA的分类
1、 按可编程逻辑模块大小分：
l 细粒度型（fine-grain）：内部可编程模块较小的FPGA， 如Actel公司的FPGA。
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十三、FPGA的利用率
l 模块利用率
模块利用率=所用模块数/FPGA总的模块数
集成电路专业课程 fpga
集成电路专业课程 fpgaThe field-programmable gate array (FPGA) is a crucial course in the curriculum of integrated circuit engineering. As technology continues to advance, the demand for skilled professionals in this field is increasing. This course provides students with a comprehensive understanding of FPGA design, implementation, and application. In this essay, we will explore the importance of FPGA courses frommultiple perspectives, including their relevance in industry, their impact on students' skill development, and their contribution to technological advancements.Firstly, FPGA courses are highly relevant in theindustry due to the widespread use of FPGAs in various applications. FPGAs offer flexible hardware design capabilities and are widely used in fields such as telecommunications, automotive, aerospace, and consumer electronics. By studying FPGA courses, students gain the knowledge and skills required to design and implement complex digital systems using FPGAs. This enables them tomeet the industry's demand for professionals who candevelop innovative solutions using FPGA technology.Secondly, FPGA courses play a vital role in developing students' skills and competencies. These courses provide a practical understanding of FPGA architectures, digital design techniques, and hardware description languages like VHDL or Verilog. Through hands-on lab sessions and projects, students learn how to design, simulate, and implementdigital circuits on FPGAs. This practical experience enhances their problem-solving abilities, critical thinking skills, and their ability to work with real-world constraints. Additionally, FPGA courses often involve teamwork, helping students develop collaboration and communication skills, which are essential in theprofessional world.Furthermore, FPGA courses contribute significantly to technological advancements. As FPGAs become more powerful and versatile, they are increasingly used in cutting-edge technologies such as artificial intelligence, machine learning, and high-performance computing. By studying FPGAcourses, students become equipped with the knowledge and skills necessary to contribute to these technological advancements. They learn about advanced FPGA architectures, optimization techniques, and parallel processing, enabling them to design and implement complex systems that push the boundaries of what is possible.In addition to the technical aspects, FPGA courses also foster creativity and innovation. Students are encouraged to explore novel design approaches and develop unique solutions to real-world problems. This fosters an entrepreneurial mindset and prepares students to become future innovators in the field of integrated circuit engineering. By encouraging students to think outside the box and experiment with different design methodologies, FPGA courses cultivate a culture of innovation and drive advancements in the field.Moreover, FPGA courses provide students with a solid foundation for further academic research or pursuing advanced degrees. The knowledge gained in FPGA courses forms the basis for more specialized research in the fieldof integrated circuit engineering. Students who excel in FPGA courses may choose to delve deeper into specific FPGA architectures, optimization techniques, or explore emerging trends in the field. This research can lead to breakthroughs in FPGA technology and contribute to the academic community's understanding of digital design and implementation.In conclusion, FPGA courses are of utmost importance in the curriculum of integrated circuit engineering. They are highly relevant in the industry, contribute to students' skill development, drive technological advancements, foster creativity and innovation, and provide a foundation for further academic research. By studying FPGA courses, students acquire the knowledge and skills necessary to design and implement complex digital systems using FPGAs, making them valuable assets in the ever-evolving field of integrated circuit engineering.。
FPGA零基础入门讲座
硬件设计语言
Verilog：一种 硬件描述语言， 用于描述数字
电路的行为
VHDL：另一种 硬件描述语言， 用于描述数字
电路的结构
S y s t e m Ve r i l o g：Verilog的 扩展，增加了 系统级建模和
验证功能
OpenCL：一 种用于并行编 程的框架，可 以在FPGA上实 现高性能计算
FPGA零基础入门讲座
汇报人：XXX
目录
FPGA基础知识
01 FPGA设计实例
04
FPGA开发流程
02
FPGA发展趋势和未来展
望
05
FPGA开发工具
03
FPGA基础知识
FPGA的定义和作用
FPGA：现场可编 程门阵列，是一种 可编程半导体器件
作用：实现数字电 路设计，具有灵活 性和高效性
特点：可编程、可 定制、可升级
基于FPGA的嵌入式系统设计实例
● 设计目标：实现一个简单的嵌入式系统，包括处理器、内存、输入输出设备等。
● 设计方法：使用FPGA作为硬件平台，编写Verilog或VHDL代码实现各个模块。
● 设计步骤： a. 设计处理器：实现一个简单的RISC处理器，包括指令集、寄存器、控制逻辑等。 b. 设计内存：实现一个简单的RAM，包括存储单元、读写控制逻辑等。 c. 设计输入输出设备： 实现一个简单的UART，用于与外部设备通信。
● a. 设计FPGA硬件架构，包括图像处理模块、控制模块等 ● b. 编写FPGA硬件描述语言代码，实现图像处理算法 ● c. 仿真验证设计，确保FPGA硬件架构和代码正确
● 设计结果：实现图像处理算法，提高处理速度，降低功耗
FPGA发展趋势和 未来展望
fpga第二讲
现在开始FPGA的第二讲：本讲内容：一、可编程逻辑器件基本原理与结构，第二、硬件描述语言简介一、可编程逻辑器件基本原理与结构：可编程逻辑器件基本原理与结构，在第一章第一讲介绍的基础上，我们再略为对基本的、简单的可编程逻辑器件做一个描述，我们重点分析CPLD和FPGA。
可编程技术发展历程：在第一讲我们讲到了，从70年代80年代90年代器件是怎么一步步发展起来的。
那么在这个基础上我们再看一下，在70年代以存储器为主的出现的可编程逻辑器件就是PROM，我们注意PROM实际上也可以实现逻辑功能的，只是在大规模的PROM器件下，利用率不是很高。
然后出现了可编程的处理单元，就是CPU，80年代。
我们说一个电子系统尤其是数字电子系统有三部分组成的，一个是CPU，CPU包括：单片机、DSP处理器或者是微处理器，这些处理器的指令和数据，就必须有存储器，存储器也是可编程的，但是另外一部分是电子系统的控制逻辑，或者我们说相应的粘附逻辑Logic，到90年代之前，这些粘附逻辑用的器件都是中小规模的器件，并不是可变成编程的，到了80年代后期和90年代初，出现了可编程逻辑器件以后，这样粘附逻辑也可以实现可编程，所以这个时候电子系统的三部分：CPU、存储器和逻辑，都是可编程的，这样的话对数字系统设计带来很大的方便，但是这三部分可能没有作到一个芯片上，随着半导体工艺的进一步，线宽的进一步缩小，逐步把存储器作到逻辑芯片里头，慢慢的把CPU微处理器集成到芯片里头，就可以按照系统级的要求来设计芯片，出现了片上系统，这样一些片上系统，如果用可编程逻辑器件来实现就是可编程的片上系统或者叫做SOPC，或者叫做CSOC。
什么是可编程系统？那么从上面一个图，从存储器到CPU到逻辑电路再到一个系统，这样一个可编程技术的发展历程，我们现在来看一下，什么是可编程系统？刚才说了构成电子系统尤其是数字电子系统的三个部分是CPU、存储器和控制逻辑，在他们都是可以编程的情况下，系统可以很方便的更新、修改或者在现场装修，达到的缩短产品样品的开发周期，产品的上市时间和节约成本，这样的一个系统是可编程的系统，如果还能把这三个部分集成到一个芯片内，那么就是可编程的片上系统，或者叫做SOPC或者叫CSOC。
fpga第五讲
第五讲，本讲的内容包括 ：一、 FPGA 的设计的基本原则；二、基本的设计技巧和经验；三、常用的模块简介，有些高级应用的模块在第八章以后在 DSP 和嵌入式系统来介绍。
FPGA 的设计的基本原则:这个部分包括四个方面的内容:一、面积与速度的折衷；第二、硬件原则；第三、系统原则；第四、同步的设计原则。
•面积与速度的折衷（1）下面我们介绍面积和速度的折衷，面积和速度是 ASIC芯片设计中一对相互制约的影响到成本和性能的指标。
我们在第一讲的数字电路基础知识回顾中，讲到 CMOS工艺门电路的宽长比是设计可以选择的参数，栅极沟道长度和宽度的变化直接影响到电路的速度，即工作频率之外，也决定了电路的面积和电路的等效电阻和分布电容，那么这些参数直接关系到器件的成本，因此，器件的性能与成本的关系可以归结为速度和面积的关系，即时间和空间的关系，二者之间的折衷是是设计首要考虑的问题。
在 FPGA设计中面积与速度的问题变为占用资源和最高频率的问题，综合时可选择面积最优和速度最优，在资源足够的情况下，更多是选择速度的最优，这也是FPGA的特点了，因为你用了FPGA，它的资源肯定是有富裕的，另外是以速度最优来考虑。
面积与速度的折衷（1）关于面积和速度的折衷，我们这里说一下，面积：在 FPGA的设计中是指一个设计消耗的FPGA内部逻辑资源的数量，可以用消耗的触发器和查找表的个数或者是等效逻辑门数来衡量，速度是指一个设计在FPGA上稳定运行时所能达到最高的频率，由设计时序状态决定，与很多的时序特征量密切有关，比如说Pad到Pad的时间，也就是引脚到引脚的时间，Clock Setup时间也就是说建立的时间，Clock Hold Time这个是时钟保持时间，后面还会有一些的解释，所以面积和速度是设计的质量评价的重要指标，贯穿FPGA设计的时钟，与产品和质量和成本密切有关，设计中要对面积和速度进行平衡或者进行互换。
面积与速度的折衷（2）关于面积和速度的折衷我们看一下面积和速度的平衡，我们希望满足设计的时序和工作频率的要求的前提下使得占用 FPGA最小的资源达到占用最小的芯片面积，或者在所规定的面积下，使得设计的时序余量最大，能够在更高的频率上稳定运行，所以速度优先是满足时序和频率要求更重要一些的指标，第二个问题是面积和速度的互换，有些时候牺牲速度换取面积的节省，即少占用FPGA 的资源，或者是多用一些的资源，占用更多的面积换取速度上的提高。
FPGA免费讲座
可编程逻辑器件的种类
PAL（Programmable Array Logic)可编程阵列逻
辑 可编程的“与”阵列和不可编程的“或”阵 列。 GAL(GenericArray Logic)通用阵列逻辑 可编程 的“与”阵列和固定的“或”阵列。输出有输出 宏逻辑单元。 CPLD(ComplexProgrammable Logic Devices)复 杂可编程逻辑器件 结构以逻辑宏单元为基础， 宏单元内部有AND—OR积项阵列 FPGA （Field Programmable Gate Array）现场可 编程门阵列 掩膜编程门阵列通用结构：由逻辑 功能块排成阵列组成，并由可编程的互连资源连 接这些逻辑功能来实现不同设计。 超大规模、高速、低功耗的新型FPGA/CPLD 集 成了中央处理器、数字处理器内核，可以进行软 硬件协同设计
华清远见FPGA培训课程
FPGA的特点、发展现状和主流技术
（1）特点一： 设计灵活 （2）特点二：缩短研制时间 （3）特点三： 体积小,性能高 （4）特点四：可靠性高 (5）特点五：保密性好 主流厂家：Altera, Xilinx
代表芯片：
Altera公司 Cyclone3/Stratix3系列 Xilinx 公司 Spartan3/Virtex5系列
FPGA的发展现状
两大FPGA厂商的代表产品
FPGA的典型应用(一)
接口逻辑控制器 --提供前所未有的灵活性
ISA,PCI,PCI Express,PS/2,USB等接
口控制器 SDRAM,DDR SDRAM, QDR SRAM, NAND Flash, NOR Flash等接口控制 器 电平转换,LVDS,TTL,COMS,SSTL等
《FPGA简介》PPT课件
模块的端口
FPGA技术
net inout
input
net
output
reg or net net
reg or net
FPGA简介
1.可编程逻辑器件发展历程 2.CPLD/FPGA概述 3.CPLD/FPGA基本原理 4.FPGA设计方法 5.FPGA设计流程 6.Verilog HDL语言简介 7.PLD/FPGA发展趋势
FPGA技术
1.可编程逻辑器件的发展历程
FPGA
早期
可编程逻辑器件(PLD) 可编程阵列逻辑(PAL）
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• 主形要产了功生编基机能程本制语逻。言辑提接门供口，，例通如过an该d 接、口or可和以n在an模d 拟等、都 验内证置期在间语从言设中计 • 外部开访关问级设基计本，结包构括模模型拟，的例具如体pm控os制和和n运mos 行等。也被内置在语言中
•寄•线存网器
reg 是最常线用网的类寄型存主器要类有型w，ir寄e 存和器tr类i 型两通种常。用线于网对存储 单元的描述类，型如用D型于触对发结器构、化R器OM件等之。间存的储物器理类连型线的的信号当 在某种触发建机模制。下如分器配件了的一管个脚值，，内在部分器配件下如一与个门值的之时保 留原值。但输必出须等注。意由的于是线，网re类g 型类代型表的的变是量物，理不连一接定是存 储单元，如线在，al因wa此ys它语不句存中贮进逻行辑描值述。的必必须须由用器r件eg所类型的 变量。 驱动。通常由assign进行赋值 reg 类型定义语法如下： reg [msb: lsb] reg1, reg2, . . . r e g N; msb 和lsb 定义了范围，并且均为常数值表达式。范围定 义是可选的；如果没有定 义范围，缺省值为1 位寄存器。 例如： reg [3:0] Sat; // S a t 为4 位寄存器。
FPGA初学者公开课
04
FPGA应的应用 数字钟的设计步骤 数字钟的设计示例
VGA显示控制器设计
VGA显示控制器的作用：控制计算机显卡输出信 号，将图像数据转换为显示器可识别的格式
VGA显示控制器的组成：包括时钟发生器、寄存 器、DAC等
VGA显示控制器的工作原理：通过时钟发 生器产生时钟信号，寄存器存储图像数据， DAC将图像数据转换为模拟信号输出到显 示器
FPGA工程实战经验分享
FPGA设计流程：从需求分析到实现，再到测试和优化
FPGA开发工具：介绍常用的FPGA开发工具，如Vivado、Quartus等
FPGA编程技巧：分享FPGA编程技巧，如时序控制、资源优化等 FPGA常见问题：列举FPGA开发中常见的问题，如时序问题、资源不足等， 并给出解决方案
时序约束与优化方法
时序约束的重要 性：保证设计的 稳定性和性能
时序约束的基本 概念：建立时间、 保持时间、最大 延迟、最小延迟 等
时序约束的设置 方法：通过工具 或手动设置
时序优化的方法 ：使用流水线、 并行处理、异步 时钟等技巧
硬件资源优化与配置
FPGA的硬件资源主要包括：逻辑单元、存储单元、I/O单元等
FPGA串口通信 设计实例：提供 一个具体的 FPGA串口通信 设计实例，包括 电路设计、代码 实现和测试结果 等内容
数字信号处理算法实现
FPGA在数字信号处理中的应 用
常见数字信号处理算法：FFT、 FIR、IIR等
FPGA实现数字信号处理算法 的优势
实例解析：基于FPGA的数字 信号处理系统设计
VGA显示控制器的设计方法：根据VGA显示控制 器的组成和工作原理，设计相应的电路和程序代 码，实现图像数据的转换和输出。
FPGA入门学习讲义
THANK YOU
汇报人：XXX
HDL语言应用：在数字电路设计、FPGA编程、ASIC设计等领域广泛应用。
VHDL和Verilog的比较
V H D L 和 Ve r i l o g 都 是 硬 件 描 述 语 言 ， 用 于 描 述 数 字 电 路 和 系 统 V H D L 更 注 重 电 路 的 结 构 和 行 为 ， 而 Ve r i l o g 更 注 重 电 路 的 实 现 和 寄 存 器 传 输 级 别 V H D L 的 语 法 更 接 近 于 高 级 编 程 语 言 ， 而 Ve r i l o g 的 语 法 更 接 近 于 硬 件 描 述 语 言 V H D L 的 仿 真 速 度 通 常 比 Ve r i l o g 快 ， 但 Ve r i l o g 更 适 合 用 于 大 规 模 数 字 系 统 的 设 计 和 实 现
FPGA开发实践
数字逻辑设计基础
数字逻辑的基本概念和原理
时序逻辑电路的设计方法
添加标题
添加标题
逻辑门电路及其组合
添加标题
添加标题
数字系统的设计流程和工具
数字系统设计实例
实例名称：数字钟
设计目标：通过FPGA实现数 字钟的功能
设计流程：硬件描述语言编写 逻辑、编译、仿真、下载到 FPGA开发板
实现效果：实时显示时间，具 有闹钟、计时等功能
FPGA入门学习讲义
汇报人：XXX
FPGA概述 FPGA开发环境搭建 FPGA编程语言和设计方法 FPGA开发实践 FPGA应用领域和案例分析 FPGA的未来发展与挑战
FPGA概述
FPGA的定义和作用
FPGA是现场可编程逻辑门阵列的简称 它是一种可以通过编程实现各种数字电路和系统功能的芯片 FPGA在通信、图像处理、雷达等领域有广泛应用 通过编程，FPGA可以实现高速、高可靠性的数字信号处理
FPGA基础知识讲课文档
FPGA器件结构 可编程输入/输出单元
可编程逻辑单元 嵌入式块RAM
布线资源
底层嵌入功能单元
第十二页，共38页。
FPGA器件结构
Xilinx spatan-3器件结构
第十三页，共38页。
Altera cyclone II器件结构
LAB
第十四页，共38页。
FPGA器件结构 可编程输入/输出单元 可编程逻辑单元 嵌入式块RAM 布线资源 底层嵌入功能单元
第三十一页，共38页。
基于FPGA的DSP设计
基于FPGA的DSP设计
simulink
modelsim
Matlab *.m
system generator
Accel DSP
*.v
第三十二页，共38页。
FPGA与CPLD区别
区别[工艺/结构/延时/配置] FPGA基于SRAM工艺，集成度高，以LE（包括LUT、FF及其他）
SOPC
SOPC
PROM
PROM/EPROM/E2PROM
PROM:可编程只读存储器,通过专用的烧录器编程;编程后不可擦除信息; EPROM:紫外线可擦除只读存储器,可通过光擦除编程信息;
E2PROM:电可擦除存储器. PLD/GAL
PLD:可编程逻辑阵列;
GAL:通用逻辑阵列; PLD/GAL基于与或结构，采用e2prom工艺，主要用于替代早期的74系 列门电路芯片，灵活度相对要大
Altera:LE
Xilinx:SLICE
可编程逻辑块
LAB/CLB
LE
第二十二页，共38页。
Altera:LAB
Xilinx:CLB
FPGA器件结构
可编程输入/输出单元 可编程逻辑单元 嵌入式块RAM
FPGA硬件加速技术ppt课件
3、FPGA 加速模块
FPGA加速模块
• 高性能 面向领域，相对于传统服务器实现10倍至100倍加速
比； • 低功耗
功耗低至75w，相对于CPU和GPU加速，具备最高的 每瓦性能。 • 高密度
每个加速器高度集成2到4片Xilinx 最新的Virtex-7 系 列FPGA芯片，提供无与伦比的加速性能； • PCI-E接口
CAPP PCIe POWER8 Processor
CAPI FPGA
IBM-Supplied POWER Service Layer
Accelerator Function Unit (AFU)
Mem Mem
Acc
Acc
CAPI
CPU
CPU
(P8)
(P8)
EI
CPU
CPU
(P8)
(P8)
PCIe bridge
…… 加速比 550倍
330倍
200倍
……
4、产品展望
• UltraScale架构FPGA芯片 • 与POWER服务器紧密集成
P&P服务器 CAPI技术
. CAPI: Coherent Accelerator Processor Interface(一致性加速处理器接口)
. 允许用户自行设计加速硬件，但在CPU上看做似乎是自己的一部分，与CPU共享内 存地址空间
16GB 40 GB/s 75w/150w 板上内存ECC保护 温度监测及过热保护
应用领域
大数据处理
• 数据清洗 • No SQL键值存取 • 数据压缩解压 • EC编解码
密码安全
生物特征识 别
图像、音视频 处理
• 密码加密算法 • 密码解密算法
- 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)。
ispMACH4000系列 ispMACH4000系列CPLD器件有3.3V、2.5V 和 1.8V 三种供电电压，分别属于 ispMACH 4000V、ispMACH 4000B 和 ispMACH 4000C 器件系列。 Lattice EC & ECP系列
2.9 FPGA/CPLD产品概述
测试指令和编程数据的串行输入引脚。数据在TCK 的上升沿移入。 测试指令和编程数据的串行输出引脚，数据在TCK 的下降沿移出。如果数据没有被移出时，该引脚处 于高阻态。 控制信号输入引脚，负责TAP控制器的转换。TMS 必须在TCK的上升沿到来之前稳定。 时钟输入到 BST电路，一些操作发生在上升沿，而 另一些发生在下降沿。 低电平有效，异步复位边界扫描电路 ( 在 IEEE 规范 中，该引脚可选)。
2.7 边界扫描测试技术
为了解决超大规模集成电路（VLSI）的测试问题，自1986年开始，IC领 域的专家成立了“联合测试行动组”（JTAG，Joint Test Action Group） ，并制定出了IEEE 1149.1边界扫描测试（BST，Boundary Scan Test）技 术规范
边界扫描电路结构
PLD的集成度分类
可编程逻辑器件（PLD）
简单 PLD
复杂 PLD
PROM
PLA
PAL
GAL
CPLD
FPGA
一般将GAL22V10（500门~750门 ）作为简单PLD和高密 度PLD的分水岭
四种SPLD器件的区别
按编程特点分类
PLD器件按照可以编程的次数可以分为两类： (1) 一次性编程器件（OTP，One Time Programmable） (2) 可多次编程器件 OTP类器件的特点是：只允许对器件编程一次，不能修改， 而可多次编程器件则允许对器件多次编程，适合于在科研开 发中使用。
用89C52进行配置
2.9 FPGA/CPLD产品概述
Lattice公司CPLD器件系列
ispLSI器件的结构与特点 （1）采用UltraMOS工艺。 （2）系统可编程功能，所有的ispLSI器件均支持ISP功能。 （3）边界扫描测试功能。 （4）加密功能。 （5）短路保护功能。
2.9 FPGA/CPLD产品概述
Xilinx公司的FPGA和CPLD器件系列
1. Virtex-4系列FPGA 2. SpartanⅡ& Spartan-3 & Spartan 3E器件系列 3. XC9500 & XC9500XL系列CPLD 4. Xilinx FPGA配置器件SPROM 5. Xilinx的IP核
2.9 FPGA/CPLD产品概述
第2章 FPGA/CPLD器件
第2章 FPGA/CPLD器件
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 PLD的分类 PLD的基本原理与结构 低密度PLD的原理与结构 CPLD的原理与结构 FPGA的原理与结构 FPGA/CPLD的编程元件 边界扫描测试技术 FPGA/CPLD的配置 FPGA/CPLD器件概述
PAL
PAL22V10部分结构图
PAL22V10内部的一个宏单元
GAL
GAL22V10的结构
GAL
GAL22V10的结构（局部）
GAL22V10的OLMC结构
2.4 CPLD的原理与结构
CPLD器件的结构
典型CPLD器件的结构
MAX 7000S器件的内部结构
MAX 7000S器件的宏单元结构
2.5 FPGA的原理与结构
查找表结构
4输入LUT及内部结构图
FPGA器件的内部结构示意图
典型FPGA的结构
XC4000器件的CLB结构
典型FPGA的结构
Cyclone器件的LE结构（普通模式）
2.6 FPGA/CPLD的编程元件
1．熔丝(Fuse)型器件 2．反熔丝(Anti-fuse)型器件 3．EPROM型，紫外线擦除电可编程 4．EEPROM型 5．Flash型 6．SRAM型
内容
2.1 PLD的分类
PLD的发展历程
熔丝编程的 PROM和 PLA器件 AMD公司 推出PAL 器件
GAL器件
FPGA器件 EPLD器件
CPLD器件
内嵌复杂 功能模块 的SoPC
PLD的发展
◆ 1985年，美国Xilinx公司推出了现场可编程
门阵列（FPGA，Field Programmable Gate Array） ◆ CPLD（Complex Programmable Logic Device），即复杂可编程逻辑器件，是从 EPLD改进而来的。
GND
-
-
GND
JTAG方式的在系统编程
CPLD编程下载连接图
JTAG方式的在系统编程
多CPLD芯片ISP编程连接方式
使用PC并行口配置FPGA
多FPGA芯片配置电路
FPGA专用配置器件
FPGA的配置电路原理图
FPGA专用配置器件
EPCS器件配置FPGA的电路原理图
使用单片机配置FPGA
按编程元件和编程工艺分类
(1)熔丝（Fuse） (2)反熔丝（Antifuse）编程元件 (3)紫外线擦除、电可编程，如EPROM。 器（Flash Memory）），如多数CPLD (5)静态存储器（SRAM）结构，如多数FPGA 非易失性
器件 (4)电擦除、电可编程方式，(EEPROM、快闪存储
习
题
2.1 PLA和PAL在结构上有什么区别？ 2.2 说明GAL的OLMC有什么特点，它怎样实现可编 程组合电路和时序电路？ 2.3 简述基于乘积项的可编程逻辑器件的结构特点？ 2.4 基于查找表的可编程逻辑结构的原理是什么？ 2.5 基于乘积项和基于查找表的结构各有什么优缺点？ 2.6 CPLD和FPGA在结构上有什么明显的区别，各有 什么特点？ 2.7 FPGA器件中的存储器块有何作用？
PROM
PROM表达的PLD阵列图
PROM
F 0 A0 A1 A0A1 F1 A1A0
用PROM完成半加器逻辑阵列
PLA
典型结构有16个输 入，32个乘积项， 8个输出
PLA逻辑阵列示意图
PAL
结构上进行了改进
与阵列可编程，或阵列固定 设计算法相对简单
PAL
PAL结构
PAL的常用表示
2.2 PLD的基本原理与结构
PLD器件的原理结构图
数字电路符号表示
常用逻辑门符号与现有国标符号的对照
PLD电路符号表示
与门、或门的表示
PLD连接表示法
简单阵列的表示
F0 A 2 A1A A 2 A1A 0
F1 A 2 A1 A0
2.3 低密度PLD的原理与结构
PROM
PROM的逻辑阵列结构
边界扫描IO引脚功能
引脚 描 述 功 能
Hale Waihona Puke TDI TDO测试数据输入(Test Data Input) 测试数据输出(Test Data Output) 测试模式选择(Test Mode Select) 测试时钟输入(Test Clock Input) 测试复位输入(Test Reset Input)
TMS
TCK TRST
边界扫描数据移位方式
2.8 FPGA/CPLD的配置
ISP功能提高设计和应用的灵活性
未编程前先焊接安装
减少对器件的触摸 和损伤 不计较器件的封装 形式
系统内编程--ISP
样机制造方便 支持生产和测试 流程中的修改
在系统现场重编程修改
允许现场硬件升级 迅速方便地提升功能
易失性器件
按结构特点分类
1）基于乘积项（Product-Term）结构的PLD 其主要结构是与或阵列，包含一个或多个与或阵列 低密度PLD、EPLD、大多数的CPLD都采用该结构 采用EEPROM或FLASH工艺，器件容量小于5000门 2）基于查找表（Look-Up Table，LUT）结构的PLD 物理结构基于SRAM和MUX 易失性，外接非易失性配置器件
Altera公司FPGA和CPLD器件系列
1. Stratix II 系列FPGA 2. Stratix系列FPGA 3. ACEX系列FPGA 4. FLEX系列FPGA 5. MAX系列CPLD 6. Cyclone系列FPGA低成本FPGA 7. Cyclone II系列FPGA 8. MAX II系列器件 9. Altera宏功能块及IP核
2.8 FPGA/CPLD的配置
USB-Blaster下载电缆
下载接口引脚信号名称
引脚 PS模式 1 DCK 2 GND 3 CONF_DON E TDO 4 VC C VC C 5 nCONFI G TMS 6 7 nSTAT US 8 9 DATA 0 TDI 10 GND
JATG模 式
TCK