基于FPGA的系统设计与应用01概述
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。
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设计与应用
Fast Track （快速通道） Fast Track提供LE与器件I/O引脚之间的互联。 Fast Track是遍布整
个器件厂、宽的一系列水平和垂直的连续式布线通道。
总结与结论
综上所述，我们可以看到在新世纪，以FPGA为代表的数字系统现场集 成技术正朝着以下几个方向发展。
1、随着便携式设备需求的增长，对现场可编程器件的低压、低功耗的 要求日益迫切。
2、芯片向大规模系统芯片挺进，力求在大规模应用中取代ASIC。 3、为增强市场竞争力，各大厂商都在积极推广其知识产权（IP）核心 库。 4、动态可重构技术的发展，将带来系统设计方法的转变。
◆ 4位计数器
逐位进位计数器
格雷码逐位计数器
流水式超前进位计数器
逐位进位计数器的特点是：每一位都要等前一位的 进位输出有效后才开始变化，每一位模块之间用进 位信号连接起来（推荐使用长度不超过16位）。
应用逐位进位计数器的原理，并在其基础上加以改 进，因为采用格雷码进行计数，每个状态变化时， 只有1位信号发生改变，减少了毛刺现象的发生。
PLD器件：
CPLD： MAX3000/5000/7000/9000和Classic系列 FPGA： FLEX6K/8K/10K、APEX20K、ACEX1K、APEXⅡ、 Mercury、Excalibur、Stratix
开发软件：
MAX+PLUSⅡ ：支持公司多款PLD器件，同时支持多种HDL 语言，包括VHDL、Verilog HDL、AHDL。
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。
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。
基于FPGA的UART设计与应用
Ｔａｓ ｉｅ Ｕ Ｒ ） ｒ ｍｔ ｒ Ａ Ｔ是一种短 距离串行通信接 口，主要 用于计 ｎ ｔ， 算机、 处理器与小型通信 网络之 间的短距离通信…。目前， 微
通信接 １技 术已发展 成为硬件 和软件相 结合 的综合性技术 ， ３ 在嵌入式系统设 计中 ，异步串行通信接 １ ３已成为必不可少 的
３ 波特率发生器设计
按照 Ｒ 一３ 通信规则 ，该 Ｕ Ｒ Ｓ２２ Ａ Ｔ输出 １ ６倍波特率 的时 钟信号 ，ＵＡ Ｔ 在发送数据 时，只需将数据按照一定格式和 Ｒ 速率 串行移位发送 。当 Ｕ Ｔ接收数据 时，在何时采样数据 ＡＲ 线 ，即读入 串行数据 的时刻非常关键 。最理想情况是在 串行 数据每一位 的中间时刻 ，对 串行 数据进行采样 。为保证数据 采集 的准确性 ，需要对每一位数据 的时间进行 分段来降低接 收方 出现采样错误 的概率 。本设计是在每 一串行数据位 的持
ｐ ｏ ｏ ｅ Ｔ ｌ ｏ ｉ ｍ ｎ ｌ ｄ ｓｓ ａｅ ｍ ａ ｈ ｎ ｅ ｉ ｎ ａ ｄ ｌ ｖ ｌ ｅ ｉ ｅ ｈ ｉ ｕ ｓ Ｔ ｅ ｔａ ｍｉｓ ｏ ｕ ｔ ｆｆ ｌ— ｕｐ ｅ ｅ ｅ ｖ ／ ｅ ｄ ｔ ｒ ｐ ｓ ｄ． ｈｅａ ｇ ｒｔ ｈ ｉ ｃｕ ｅ ｔｔ ｃ ｉ ｅ ｄ ｓ ｇ ｎ ｅ ｅ ｓｇｎ ｔｃ ｎ ｑ ｅ ． ｄ ｈ ｒ ｎｓ ｓ ｉ ｎ ｆ ｎｃｉ ｏ ｌｄ ｌｘ ｔ ｒ ｃ ｉ ｅ ｓ ｎ ｓｄａａ ｉ ｏｎ ｕ ｏ ｓ ｒ ａｉ ｅ Ｔ ｅ ｆ ｎｃｉ ａ ｓ ｉｃ ｔ ｆＵＡＲＴ ｓａｓ ｅ ｉ ｅ Ｅｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ａ ｅ ｄ ｓ ｇ ａ ｅａ ｖ ｎ ａ ｅ ｆｐ ｏ ｒ ｍｍ ａ ｌ ｉ ｉ ｏ ｅ ｌ ｄ． ｚ ｈ ｕ ｔ ｏｎ ｌ ｅ ｔ ｒ ｕｉ ｏ ｔ ｃ ｉ ｌ ｏ ｄ ｓｇｎ ｄ． ｐ ｒ ｍｅ ｔ ｌｒ ｓ ｌｓｓ ｏ ｔ ｔｔ ｅ ｉ ｎ ｈ ｓ ｄ ａ ｔｇ ｓｏ ｒ ｇ ａ ｈ ｈ ｈ ｔ ｂｅｄｇｔ ｆ ｔ ｅ ｓ ｎ ／ｅ ｅ ｖ ａ ａａ ｄ ｆ ｎ ｔｏ ａ ｘ ａ ｓｏ ｔ ． ｈ ｅ ｄ ｒ ｃ ｉ ｅ ｄ ｔ ｎ ｕ ｃ ｉ ｎ ｌ ｐ ｎ ｉ ｎ ｅ ｃ ｅ ‘
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。
基于FPGA的多通道高速数据采集系统设计共3篇
基于FPGA的多通道高速数据采集系统设计共3篇基于FPGA的多通道高速数据采集系统设计1随着现代科技的高速发展，各种高速数据的采集变得越来越重要。
而基于FPGA的多通道高速数据采集系统因具有高速、高精度和高可靠性等优点，逐渐受到了越来越多人的关注和青睐。
本篇文章将围绕这一课题，对基于FPGA的多通道高速数据采集系统进行设计和探讨。
1、FPGA的基础知识介绍FPGA（Field-Programmable Gate Array）是可重构的数字电路，可在不使用芯片的新版本的情况下重新编程。
FPGA具有各种不同规模的可用逻辑单元数，可以根据需要进行定制化配置。
FPGA可以根据需要配置每个逻辑单元，并使用活动配置存储器从而实现功能的完整性、高速度和多样化的应用领域。
2、多通道高速数据采集系统的设计在高速数据采集领域中，多通道采集是非常常见的需求。
多通道采集系统通常由高速采集模块、ADC芯片、DSP芯片等核心部件组成。
在本文中，我们将会采用 Analog Devices（ADI）公司的AD7699高速ADC和Xilinx（赛灵思）公司的Kintex-7 FPGA，来设计多通道高速数据采集系统。
2.1系统架构设计系统架构是设计一个多通道高速数据采集系统的第一步。
本系统的架构由两个主要芯片组成，分别为高速的ADC模块和FPGA模块。
其中ADC模块负责将模拟信号转换为数字信号，而FPGA模块则负责将数据处理为人类可以处理的数据。
2.2模块设计由于本系统是多通道高速数据采集系统，所以我们需要设计多个模块来完成数据采集任务。
在本系统中，每个模块包含一个ADC芯片和一个FPGA芯片，用于处理和存储采集的数据。
ADC 芯片可以通过串行接口将数据传递给FPGA芯片，FPGA芯片则可以将数据存储在DDR3内存中。
2.3信号采集与处理对于多通道高速数据采集系统，信号的采集与处理是至关重要的。
因此我们需要谨慎设计。
在本系统中，每个通道的采样速率可以达到1MSPS，采样精度为16位。
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。
基于FPGA人机交互系统设计
３统软硬件调试
终端 运行过程 终 端 Ｌ电后 即 可 进 行 特 征 点 的 提 取 处 下 转 第９ 页 ９
～Байду номын сангаас
９ ２
的也可 以是 动态的。当Ｓ ２ １的链路接 口在 网 Ｇ ００ 关模式 中收到地址路 由帧 ，它会将该帧丢弃 ， 并且发 出地址路 由错误 事件的信号。 在 根节 点和 叶 子节 点的 设计 中，需 使每 个 组件 可 以根据 用 户的 需要 配成 根 模式 或叶 子 模式 工作 ，但 整 个系 统 中必须 有一 个 模块 以 根模式 工作 。设 定为根 的Ｓ ２ １负责 系统 Ｇ ００ 中ＳａＦ ｂｉ 换网络 的初始化 ，初始化 过程 ｔｒａ ｒ 交 ｃ 包括交换 网络的枚举和交换 网络 的发现 。网络 枚 举即完 成 网络 中所 有设 备 网络标 号 （Ｉ 的 ＦＤ） 分 配 ，ＦＤ Ｉ 实际上是 各设备到 根结点的一 条路 径 。网络 发现 就是通过软件检测 网络中的设备 及设备 间连接 关系的过程 ，最终建 立交换网络 设备 间的关 系图 ，并找出本地结 点到其 它设备 的最短路径 。 设 备本 身需 要设 置 这些 配置 寄存 器值 。 这些 配置寄存器值 由设 备向 串行Ｓ Ｏ Ｒ Ｍ预 读得 到 ， 串行Ｓ ＯＭ预 读 在设 备上 电初始 化 的时 Ｒ 候 完成 。该Ｓ Ｏ Ｒ Ｍ存储 Ｓ ２ １ 的上 电配 置信 Ｇ ００ 息 。这 里按照ｓ Ａ Ｇ Ｎ公司的推荐 ，选 用了 Ｔ Ｒ Ｅ ＡＭＴＥ公司的ＡＭＴＥ ５ ４ 。其 中 ，Ｓ ２ １ 的 ２６０ Ｇ００ 网关功能地址设 置寄 存器是关键设置参数 ，因 为绝大部分的应 用中都需要通过 网关功能得 到 系统分配的存储器空 间和１空 间资源 。 ０ 在 硬 件 连接 上 ，对 Ｓ ２ １ 进 行 如 下 配 Ｇ ００
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。
FPGA设计与应用_ FPGA应用系统开发_
通用代码风格
避免reg型信号赋值错误 - reg型信号只能在一个always语句中赋值； - 最常见的HDL行为描述建模错误之一。
⚫ 所有的描述语句之间是并行执行的； ⚫ always语句在边沿触发条件下的行为描述均采
用非阻塞赋值，并行执行； ⚫ 面向RTL级电路的电路设计易于实现流水操作； ⚫ 与一般高级语言的顺序代码为主的设计方法有
本质的区别。
面向硬件电路的设计方法
时序延迟信号
- 延迟信号的产生方法。
reg a, a_d1, a_d2; always @ (posedge clk or negedge rst) begin
可综合设计
复位电路设计
module test(clk,rst,s);
input clk;
output rst;
reg
s;
always @ (posedge clk)
begin
if (~rst) s <= 0;
else s <= s + 1;
end endmodule
同步复位
module test(clk,rst,s);
目标：功能正确，性能最优
通用代码风格
逻辑复用 - Synplify提供逻辑复用选项，但若要获得最佳的复 用效果，源代码设计中应采用显式的复用控制逻辑； - 节约面积。
逻辑复制 - Synplify提供最大扇出选项，如果扇出过大（驱动过 多逻辑），需增加缓冲器提高驱动能力，但信号延 迟增大； - 增加面积。
5.1 设计方法与可综合设计
面向硬件电路的设计方法
RTL级模型 - 将具体功能形成硬件的RTL级模型 - 编写代码始终要考虑硬件如何实现
面向FPGA实现的Verilg设计特点 - 并行化 - 同步控制 - 实现代价
fpga现代数字系统设计及应用
fpga现代数字系统设计及应用
FPGA全称为“Field-Programmable Gate Array”，即现场可编程门阵列。
它是一种可编程逻辑器件，具有可重构、高密度、高速、低功耗等特点，常用于数字系统设计中。
在现代数字系统设计中，FPGA被广泛应用于各种领域，如通信、嵌入式系统、图像处理、信号处理、计算机视觉等。
FPGA的应用可以大大提高系统的性能、降低功耗和成本，同时也能够简化设计流程、提高设计灵活性和可靠性。
FPGA的应用需要借助相应的开发工具和设计语言，如VHDL、Verilog等。
同时，还需要对硬件电路、信号处理、数据通路等方面有一定的了解和技能。
总之，FPGA在现代数字系统设计中具有重要的地位和作用，为我们的生活和工作带来了更多的便利和创新。
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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
数字ASIC
EDA技术 ASIC设计
FPGA/CPLD 混合
可编程ASIC ASIC
设计
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
1.2 EDA技术实现目标
1. 超大规模可编程逻辑器件
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。
从逻辑门表示转换到版图级表述 (ASIC设计)，或转换到FPGA的配 置网表文件，
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
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
● 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。
1.5 HDL综合
从自然语言转换到Verilog HDL语 言算法表述
从算法表述转换到寄存器传输级 （Register Transport Level，RTL） 表述 从RTL级表述转换到逻辑门(包括触 发器)的表述
与硬件电路的对应关系） ③ 软件开发工具；（熟练使用，注意掌握
工具使用过程中特定方法的使用） ④ 开发系统。
其中，硬件描述语言是重点。
对于大规模可编程逻辑器件，主要是了解 其分类、基本结构、工作原理、各厂家产 品的系列、性能指标以及如何选用，而对 于各个产品的具体结构不必研究过细。
对于硬件描述语言，除了掌握基本语法规 定外，更重要的是要掌握系统的分析与建 模方法，能够将各种基本语法规定熟练地 运用于自己的设计中。
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
为什么学
学什么
主要应学习如下四个方面的内容： ① 大规模可编程逻辑器件； ② 硬件描述语言；（熟练使用，注意语言
•标准逻辑 器件
•很好 •差
•便宜 •短 •差 •短
•容易 •较小 •较差
•微控制 器
•较好 •较好 •一般 •不长 •较好 •较短 •不难 •较小 •很好
•专用集成ASIC
•一般 •很好 •较贵 •较长 •一般
•长 •较难 •较大 •很好
③ 传统方法与EDA方法比较
设计方法
传统方法
自下至上 （Bottom to Up)
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。
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
20世纪90年代
ASIC设计技术 EDA技术
数字电 路中由 18片 IC组成 的数字
钟
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数字电 路中由 18片 IC组成 的数字
钟
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单片IC（单片机）电子钟
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单片IC（FPGA）电子钟
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三类器件的主要性能指标比较
指标
类型
• 速度 • 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
1.3 硬件描述语言Verilog HDL
VHDL Verilog HDL SystemVerilog System C
1.4 其他常用HDL
VHDL
与Verilog相比，VHDL有下 列优势： ● 语法比Verilog严谨，通过 EDA工具自动语法检查，易 排除许多设计中的疏忽。 ● 有很好的行为级描述能力 和一定的系统级描述能力， 而Verilog建模时，行为与系 统级抽象及相关描述能力不 及VHDL。
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。
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
MOS工艺 CAD概念
20世纪80年代
CMOS时代 出现 FPGA
FPGA(Field Programmable Gate Array)
CPLD(Complex Programmable Logic Device)
2. 半定制或全定制ASIC 掩模ASIC
门阵列ASIC 标准单元ASIC
全定制芯片
3. 混合ASIC
CPU、RAM、ROM、硬件加法器、乘法器、锁相环
EDA方法
自上至下 （Top to Down)
实现载体 通用的逻辑元件 可编程逻辑器件PLD
调试方法 设计途径
硬件设计的后期 仿真和调试
硬件电路原理图
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
自动实现
1.1 EDA技术及其展 ：
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