一种基于FPGA的低功耗、容错状态机设计方法

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复旦微fpga技术手册

复旦微fpga技术手册一、简介在当今数字电子系统的设计与开发中，可编程逻辑设备（FPGA）扮演着重要角色。

复旦微FPGA技术，作为一种新型的FPGA设计理念和实现方式，结合了传统FPGA和现代微电子技术的优势，具备灵活性高、功耗低、集成度高等特点。

本手册将详细介绍复旦微FPGA 技术的基本原理和应用方法。

二、复旦微FPGA技术原理1. 硅基架构复旦微FPGA技术采用先进的硅基微电子制程，通过在硅芯片上集成大量可编程逻辑单元（PLU）和配套电路。

PLU单元与其他电路之间采用互连方式连接，构成可编程逻辑阵列，通过编程可以实现灵活的数字逻辑功能。

2. 配置单元配置单元是复旦微FPGA技术的核心组成部分，用于配置PLU单元的行为和功能。

配置单元根据设计者的需求进行编程配置，可以实现不同的逻辑功能，如门电路、寄存器、时序控制等。

配置单元使用复旦微FPGA提供的配置软件进行配置文件生成，通过编程将配置文件加载到芯片中完成配置。

三、复旦微FPGA技术应用复旦微FPGA技术可以广泛应用于数字电子系统的设计与开发中，其中主要包括以下几个方面：1. 逻辑设计复旦微FPGA技术可以实现各种复杂的数字逻辑电路设计，如计数器、状态机、数据处理等。

通过配置单元的编程配置，可以在芯片上灵活地实现特定的逻辑功能。

2. 通信接口复旦微FPGA技术提供了多种通信接口的支持，如UART、SPI、I2C等。

通过配置单元的编程配置，可以快速实现各种通信接口的控制和数据传输。

3. 图像处理复旦微FPGA技术在图像处理领域有广泛的应用，可以通过配置单元实现图像滤波、图像识别、边缘检测等功能。

其高集成度和低功耗的特点使得复旦微FPGA技术成为图像处理领域的理想选择。

4. 信号处理复旦微FPGA技术在信号处理方面也有重要的应用，可以通过配置单元实现数字信号滤波、频谱分析、数字滤波器等功能。

其高性能和灵活性使得复旦微FPGA技术成为信号处理领域的有力工具。

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。

FPGA 和 CPLD 映像处理设计方法浅析

FPGA 和 CPLD 映像处理设计方法浅析引言随着数字芯片领域的不断发展和技术的日益成熟，FPGA 和CPLD 芯片被广泛应用于诸如数字信号处理、映像处理、通信系统、物联网、人工智能等领域中。

本文将以映像处理为例，探讨FPGS 和 CPLD 在映像处理中的设计方法。

第一章 FPGA 在映像处理中的设计方法FPGA 是一种基于可编程逻辑器件的数字电路，具有可重构性、高速性、低功耗等特点。

FPGA 在映像处理中的设计方法主要包括以下几个方面：1. 画面处理模块设计画面处理模块是 FPGA 在映像处理中的核心模块。

设计该模块时需要考虑图像的分辨率、颜色深度、刷新率等因素，设计出合适的算法实现图像的处理和显示。

常用的算法包括 gamma 校正、色彩平衡、锐化、模糊、旋转、缩放等。

2. 图像存储模块设计图像存储模块主要用于存储图像数据，通常采用 SRAM、SDRAM、Flash 等存储器。

在设计图像存储模块时，需要结合画面处理模块的要求确定存储容量，以实现高效、稳定的图像存储。

3. 图像传输模块设计图像传输模块主要用于将FPGA 处理后的图像传输到外部设备，如显示器或计算机等。

常用的传输协议有HDMI、VGA、SDI 等。

在设计图像传输模块时，需要根据外部设备的接口规范和信号要求来选择适合的传输协议，保证传输的稳定性和可靠性。

4. 硬件调试与优化在 FPGA 映像处理的过程中，设计者要随时对硬件进行调试和优化。

通常使用FPGA 的内置逻辑分析仪(ILA) 对硬件进行调试，优化则是通过改进算法、调整内存容量等方式提高硬件的性能和稳定性。

第二章 CPLD 在映像处理中的设计方法CPLD 是一种复杂可编程逻辑器件，主要用于控制、计时和状态管理等方面。

与 FPGA 相比，CPLD 更适合于实现时序逻辑和状态机等功能。

CPLD 在映像处理中的设计方法主要包括以下几个方面：1. 时序控制模块设计时序控制模块主要用于控制映像处理时序，包括图像输入信号的采集、分频、同步、输出等。

微处理器的低功耗芯片设计技术

微处理器的低功耗芯片设计技术随着半导体工艺的飞速发展和芯片工作频率的提高，芯片的功耗迅速增加，而功耗增加又将导致芯片发热量的增大和可靠性的下降。

因此，功耗已经成为深亚微米集成电路设计中的一个重要考虑因素。

为了使产品更具竞争力，工业界对芯片设计的要求已从单纯追求高性能、小面积转为对性能、面积、功耗的综合要求。

而微处理器作为数字系统的核心部件，其低功耗设计对降低整个系统的功耗具有重要的意义。

2000年年初，Transmeta公司推出了 Crusoe处理器，以其独特的低功耗设计技术和非凡的超低功耗表现，在业界引起巨大轰动，引发了低功耗处理器设计的激烈竞争。

在2006年的英特尔开发者论坛大会(Intel DeveloperForum)上，英特尔展示了多款基于下一代技术的微处理器。

其中，Metom 主要用于笔记本电脑，最大功耗仅有5W，而将于2006年底上市的超低电压版Merom的功耗则只有0．5W；Conroe主要面向台式机，其最大功耗为65W，远远低于现有Pentium 4处理器的95W；服务器处理器Woodcrest的最大功耗为80W，而现有的Xeon处理器的功耗为110W。

本文首先介绍了微处理器的功耗来源，重点介绍了常用的低功耗设计技术，并对今后低功耗微处理器设计的研究方向进行了展望。

1 微处理器的功耗来源研究微处理器的低功耗设计技术，首先必须了解它的功耗来源。

高层次仿真得出的结论。

从图1中可以看出，时钟单元(Clock)功耗最高，因为时钟单元有时钟发生器、时钟驱动、时钟树和钟控单元的时钟负载；数据通路(Datapath)是仅次于时钟单元的部分，其功耗主要来自运算单元、总线和寄存器堆。

除了上述两部分，还有存储单元(Memory)，控制部分和输入／输出(Control，I／O)。

存储单元的功耗与容量相关。

CMOS电路功耗主要由3部分组成：电路电容充放电引起的动态功耗，结反偏时漏电流引起的功耗和短路电流引起的功耗。

fpga 低功耗设计方法

fpga 低功耗设计方法小伙伴们！今天咱们来聊聊FPGA低功耗设计方法呀。

FPGA可是个很厉害的东西呢，但要是能让它功耗低一些就更棒啦。

一种办法就是优化时钟策略哦。

你想啊，时钟就像FPGA的心跳一样，跳得太快太猛，那功耗肯定蹭蹭往上涨。

所以呢，能降低时钟频率的地方就降低一点，不过也不能降得太过分啦，不然它就不好好干活喽。

还有啊，那些用不到的时钟就别让它一直跳啦，把它关掉，就像睡觉的时候把灯关掉一样，能省不少电呢。

再有呢，就是数据通路的优化啦。

数据在FPGA里面跑来跑去的，要是路线规划得不好，那也会浪费很多能量。

就像你出门开车，如果老是走弯路，油就费得多呀。

所以要让数据走最短的路径，减少不必要的转换和缓冲。

比如说，在设计算法的时候，尽量让数据的处理简单直接，不要绕来绕去的。

还有一个很重要的点，就是合理使用FPGA的资源。

不能一股脑儿地把所有资源都用上，就像你收拾东西，不能把所有东西都堆在一个小盒子里，那样既乱又占地方。

要根据实际的功能需求来分配资源，多出来的就别让它空转啦，该休息就休息。

比如说一些逻辑块，要是没用到，就别让它在那空耗电啦。

电源管理也不能忽视哦。

给FPGA提供合适的电压，就像给手机充电，电压太高或者太低都不好。

有的FPGA有多种电源模式可以选择，那就根据实际情况挑一个最省电的模式呗。

在代码编写方面也有小窍门呢。

比如使用一些低功耗的库函数，这就像是给FPGA 穿上了一件节能的小衣服。

而且写代码的时候要简洁明了，不要写那些复杂又费电的代码结构。

FPGA的低功耗设计就像是照顾一个小宠物一样，要从各个方面去关心它，从时钟到数据通路，从资源利用到电源管理，还有代码编写。

只要把这些小细节都做好了，就能让FPGA在低功耗的状态下好好工作啦，是不是很有趣呢？。

基于FPGA 的LVDS设计

CLR
CLK4X INV
LO
CLR
IDAT14 D0
IDAT10 D1
IDAT6 D2
IDAT2 D3
LR
L
IDAT12 D0
RISEDATA IDAT8 D1
IDAT4 D2 IDAT0 D3
LF
L
FALLDATB
CLK4X
DDRFD VCC
INV D0 D1
GND
CLK4X
CLK4X
LO
CLR
LO
36
２００３．５
绘制原理图或设计状态机的方法生成网络表，功能仿真正确后，经过翻译、映射、放置和布线、时序优化及配置过程，生成比特流文件。然后，进行时序仿真，仿真通过后下载到 PROM 中。（我们用了 Xilinx 公司的 XC18V01。）
ELSIF CLK 'EVEN T AN D CLK='1 ' T HEN COU NT <=
(COUN T +1) M OD 256;
END PROCESS;
TC<='1 ' WHEN COU NT=255 ELSE '0'；
TYPE STATE _TYPE I S (IDL E, PACK1, PACK2, TRANS-
靠近子卡的边缘连接器（≤ 1.52 cm），并给每个差
分引脚串联一个 20 Ω的贴片电阻。 ④ 电源方面：Virtex芯片上电时要求有大于 500
mA 的驱动电流，同时，由于多个输出引脚的电位快速变化，要求每对电源和地引脚都要良好旁路。

一种低功耗系统芯片的可测试性设计方案

摘
要：低功耗技术，如多电源多电压和电源关断等的应用，给现代超大规模系统芯片可测试性设计带来诸多问题。为此，采用
工业界认可的电子设计自动化工具和常用的测试方法，构建实现可测试性设计的高效平台。基于该平台，提出一种包括扫描链设计、嵌入式存储器内建自测试和边界扫描设计的可测性设计实现方案。实验结果表明，该方案能高效、方便和准确地完成低功耗
第４０卷第３期
Ｖｌ０１．４０
ＮＯ．３
计
算
机
工
程
２０１４年ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
・开发研究与工程应用・
一
文章缩号：１０００ — ３４２８（２０１４）０３ — ０３０６ — ０４
ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓｆｏｒｔｈｅｔｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｄｅｓｉｇｎｏｆｍｏｄｅｒｎｖｅｙｒｌａｒｇｅｓｃａｌｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ— ｏｎ — ｃｈｉｐ（ＳｏＣ）．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｉｃｆｉｅｎｔｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ
系统芯片的可测性设计，并成功地在自动测试仪上完成各种测试，组合逻辑和时序逻辑的扫描链测试覆盖率为９８．２％。
关健词：可测试性设计；低功耗；系统芯片；内建自测试；电源关断；多电源多电压；扫描链

FPGA的低功耗设计

FPGA的低功耗设计芯片对功耗的苛刻要求源于产品对功耗的要求。

集成电路的迅速发展以及人们对消费类电子产品——特别是便携式（移动）电子产品——的需求日新月异，使得设计者对电池供电的系统已不能只考虑优化速度和面积，而必须注意越来越重要的第三个方面——功耗，这样才能延长电池的寿命和电子产品的运行时间。

很多设计抉择可以影响系统的功耗，包括从器件选择到基于使用频率的状态机值的选择等。

1 FPGA功耗的基本概念（1）功耗的组成功耗一般由两部分组成：静态功耗和动态功耗。

静态功耗主要是晶体管的漏电流引起，由源极到漏极的漏电流以及栅极到衬底的漏电流组成；动态功耗主要由电容充放电引起，其主要的影响参数是电压、节点电容和工作频率，可以用式（1）表示[1]。

（2）静态功耗静态功耗主要是由漏电流引起。

漏电流是芯片上电时，无论处于工作状态还是处于静止状态，都一直存在的电流，来源于晶体管的三个极，。

它分为两部分，一部分来自源极到漏极的泄漏电流ISD，另一部分来自栅极到衬底的泄漏电流IG。

漏电流与晶体管的沟道长度和栅氧化物的厚度成反比[2]。

图1 静态功耗的组成源极到漏极的泄漏电流是泄漏的主要原因。

MOS管在关断的时候，沟道阻抗非常大，但是只要芯片供电就必然会存在从源极到漏极的泄漏电流。

随着半导体工艺更加先进，晶体管尺寸不断减小，沟道长度也逐渐减小，使得沟道阻抗变小，从而泄漏电流变得越来越大，而且源极到漏极的漏电流随温（3）动态功耗动态功耗主要由电容充放电引起，它与3个参数有关：度增加呈指数增长。

节点电容、工作频率和内核电压，它们与功耗成正比例关系。

如式（1）所示，节点电容越大，工作频率越高，内核电压越大，其动态功耗也就越高。

而在 FPGA中动态功耗主要体现为存储器、内部逻辑、时钟、I/O消耗的功耗。

在一般的设计中，动态功耗占据了整个系统功耗的90%以上，所以降低动态功耗是降低整个系统功耗的关键因素。

一种低功耗系统芯片的可测试性设计方案

一种低功耗系统芯片的可测试性设计方案徐太龙;鲁世斌;代广珍;孟坚;陈军宁【摘要】低功耗技术，如多电源多电压和电源关断等的应用，给现代超大规模系统芯片可测试性设计带来诸多问题。

为此，采用工业界认可的电子设计自动化工具和常用的测试方法，构建实现可测试性设计的高效平台。

基于该平台，提出一种包括扫描链设计、嵌入式存储器内建自测试和边界扫描设计的可测性设计实现方案。

实验结果表明，该方案能高效、方便和准确地完成低功耗系统芯片的可测性设计，并成功地在自动测试仪上完成各种测试，组合逻辑和时序逻辑的扫描链测试覆盖率为98.2%。

%The low power design technologies such as Multi-supply Multi-voltage(MSMV) and Power Shut-off(PSO), present many challenges for the testability design of modern very large scale integration System-on-chip(SoC). Based on the efficient implementation platform constructed by using the industrial electronic design automation tools and the widely used testability methods, a testability design scheme that includes the scan chain, memory built-in-self-test and boundary scan is proposed. Experimental results show that the scheme can efficiently, conveniently and accurately complete the testability design of low power consumption SoC, and works correctly in automation test equipment. The test coverage of combinational and sequential logic scan chains is 98.2%.【期刊名称】《计算机工程》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】4页(P306-309)【关键词】可测试性设计;低功耗;系统芯片;内建自测试;电源关断;多电源多电压;扫描链【作者】徐太龙;鲁世斌;代广珍;孟坚;陈军宁【作者单位】安徽大学电子信息工程学院安徽省集成电路设计实验室，合肥230601;安徽大学电子信息工程学院安徽省集成电路设计实验室，合肥 230601; 合肥师范学院电子信息工程学院，合肥 230601;安徽大学电子信息工程学院安徽省集成电路设计实验室，合肥 230601;安徽大学电子信息工程学院安徽省集成电路设计实验室，合肥 230601;安徽大学电子信息工程学院安徽省集成电路设计实验室，合肥 230601【正文语种】中文【中图分类】TN47随着半导体技术的发展，芯片的集成度逐步提高，越来越多的功能模块被集成在同一个芯片上，形成系统芯片(System-on-chip, SoC)[1-2]。

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。

《FPGA系统设计》实验报告》有限状态机的设计

《FPGA系统设计》实验报告》有限状态机的设计一、设计任务a)了解有限状态机的概念；b)掌握Moore型有限状态机的特点和其VHDL语言的描述方法；c)掌握Mealy型有限状态机的特点和其VHDL语言的描述方法。

二、设计过程实验原理在数字电路系统中，有限状态机是一种重要的时序逻辑电路模块。

它对数字系统的设计具有十分重要的作用。

例如：全自动洗衣机，浸泡、洗涤、排水、脱水，流程状态无需手动操作，只要条件满足就自动进入下一工作个状态，并且工作流程可以灵活设定。

这种控制功能完全可用有限状态机来实现。

有限状态机( Finite State Machine, FSM)也是一种时序逻辑电路。

状态机从输出方式出发，可以分为Moore型和Mealy型；从状态机结构出发，可以分为单进程状态机和多进程状态机。

我们知道，任何数字系统都可以分为相互作用的控制单元（control unit）和数据通道（data path）两部分。

数据通道通常由组合逻辑构成，而控制单元通常由时序逻辑构成，任何时序电路都可以表示为有限状态机（Finite State Machine，FSM）。

在基本时序逻辑电路建模的基础上，本实验主要介绍有限状态机实现复杂时序逻辑电路的设计。

数字系统控制部分的每一个部分都可以看作一种状态，与每一控制相关的转换条件指定了状态的下一个状态和输出。

根据有限状态机的输出与当前状态和当前输入的关系，可以将有限状态机分成Moore 型有限状态机和Mealy型有限状态机两种。

从现实的角度，这两种状态机都可以实现同样的功能，但是它们的时序不同，选择使用哪种有限状态机要根据实际情况进行具体分析。

1.单进程Moore型有限状态机程序码图6.1 引脚分配图图6.2 Moore型实验箱现象2.该状态机时一个2进程Mealy型状态机，进程COMREG是时序与组合混合型进程；进程COM1负责根据状态和输入信号给出不同的输出信号。

图6.3 引脚分配图图6.4 Mealy型实验箱现象3.该状态机属于Moore型状态机，由两个主控进程构成，其中进程REG 是主控时序进程，COM是主控组合进程。

FPGA的功耗概念与低功耗设计

本栏目责任编辑：梁书计算机工程应用技术FPGA 的功耗概念与低功耗设计张阳，施辰光（中航工业西安航空计算技术研究所，陕西西安710068）摘要：随着半导体行业的飞速发展和芯片工作频率的不断提高，芯片的功耗迅速增加，而功耗增加导致芯片发热影响设计的可靠性，增加了散热设计成本。

因此，功耗已经成为电路设计中需要重要考虑的环节。

本文围绕FPGA 功耗的组成，从芯片静态功耗、设计静态功耗、设计动态功耗三个方面出发，分析影响FPGA 功耗的因素。

最后提出了FPGA 低功耗设计方法。

关键词：功耗、FPGA 、低功耗设计中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2017)05-0226-02Research on Low Power Consumption Design of FPGA ZHANG Yang,SHI Chen-guang(Xi ’an Aeronautical Computing Technique Research Institute ，A VIC,Xi ’an 710068,China)Abstrat:With the rapid development of semiconductor technology and higher chip operating frequencies,power consumption of chip increases rapidly,leading to lower reliability and higher expenses on low power consumption design.Therefore,power con-sumption becomes an essential consideration in circuit design.Based on the composition and principle of FPGA power loss,this article analyzes the factors on FPGA power dissipation from three major aspects as follows:chip static power consumption,de-sign static power consumption and design dynamic power consumption.Finally,this article provides some methods to reduce the power consumption of FPGA.Key words :power consumption,FPGA,Low power consumption design of FPGA随着集成电路的飞速发展，人们对电子产品，尤其是便携式电子产品的需求越来越大。

基于FPGA的数字电路实验报告

2.初步了解模块化设计的思想，理解累加器的工作原理，用硬件描述语言实现指定功能的累加器设计。
·4位累加器
1.设计方案
需要用两个模块，一个用来进行保存工作，即累加器，另一个用来实现数据相加，即加法器。这样即可每次把数据加到总和里，实现累加器的工作。
2.原理说明及框图
基本原理为书上的结构图。只要实现了两个主要模块，再用线网连接即可。
State1
0
0
State1
State10
State1
0
0
State10
Empty
State101
0
0
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State1010
State1
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0
State1010
Empty
Empty
0
1
经过状态化简，上面状态已经为最简状态。
状态装换图：
在用HDL代码实现时，利用always块和case语句实现有限状态机。
答：用两个异或门，比较计数器的输出与一个加数的大小，若相等时则输出低电平到累加器的使能端，则可停止累加。
实验9序列检测器的设计
·实验目的
掌握利用有限状态机实现时序逻辑的方法。
1实验原理：
有限状态机（FSM）本质上是由寄存器和组合逻辑电路构成的时序电路。次态由当前状态和输入一起决定，状态之间的转移和变化总是在时钟沿进行。有限状态机分为Moore型和Mealy型。Moore型有限状态机输出仅由当前状态决定；Mealy型有限状态机输出由当前状态和输入同时决定。
·思考题
1.给出锁存器的定义，它与边沿触发器的区别是什么？
答：锁存器是一种对脉冲电平敏感的存储单元电路,它可以在特定输入脉冲电平作用下改变状态。边沿触发器只有在固定的时钟上升沿或者下降沿来临时改变状态。可以通过锁存器实现边沿触发器。

一种基于fpga的数字音频处理器设计

技术创新25一种基于FPGA的数字音频处理器设计◊成都大学廖钧华设计一种低成本的FPGA数字音频处理器，能够将输入的音频信号进行处理。

系统处理流程为：先将输入的模拟音频信号进行A/D转换，转换为数字音频信号；再使用FPGA内部的处理逻辑对数字音频信号进行各种处理，如延迟（回声处理）、消除人声等；最后，将处理完成的数字音频信号进行D/A转换，变换为模拟域。

此设计可以应用于各种音频设备，比如功放、耳机、录音机等。

随着信号处理技术的发展，数字音频处理技术在众多领域得到广泛应用。

其中，以新一代国产FPGA为核心的音频采集处理系统，在现代数字系统设计中具有新的发展潜力。

本设计选用安路科技的EG4S20FPGA,EG4S20采用最新的与一块2Mx32bits的SDRAM甜而成，集成12bit SAR型ADC,采样率可达1MHz,最多支持8个输入通道复用。

EG4S20既有更小、更简单的QFN封装，又有用户可用IO较多的BGA#装。

更大的内嵌存储容量，特别适用于大容量，高速数据的采集、传输和变换等应用。

1系统架构图1系统结构框图FPGA使用PicoRV32作为系统逻辑部分的控制器,PicoRV32是由RISC-V开发者Clifford Wolf设计发布的一款经过优化的开源处理器。

该软核处理器能够简化系统的管理，不必在系统逻辑中加入状态机，同时也便于系统的调试和集成。

处理器使用系统总线的方式对数字信号处理部分的逻辑进行控制，选择不同的处理逻辑以及调整处理逻辑的参数，如干湿比例、效果强度、延迟时间等。

同时，处理器部分挂有GPIO接口，可对板上的按键进行扫描，从而响应用户的请求，完成控制效果器功能选择和参数调整的功能。

同时，系统具有USART接口，可以通过USART®口连接MIDI设备，实现MIDI设备对系统的控制，使得系统能够与其它专业音频设备进行集成联控。

逻辑部分示意图如图1所示。

为了简化系统设计，本系统使用EG4S20核心板上的24M晶振通过PLL产生16MHz的单一系统时钟，方便各部分电路之间信息的传递。

一种基于人工免疫系统的FPGA容错方法

般是一个系统或具体的器件．
方向为计算机应用和空间容错技术（ — ａ：ｂｅｔｄｙｅｍｉｒｎ．ｙ＠ｌ
ｇｉ．ｏ）ｍａｌｃｒ．ｎ
修复手段是一组对免疫对象进行错误纠正、故
工免疫系统的硬件容错方法．
本文以ＦＧ为容错对象，用人工免疫系统ＰＡ利探索一种新的容错方法．
（．Ｂｉｎｎｔｕｏｔｌｎｉｅｎ，ｅｉｅｉＩｓｔｔｏＣｎｒｇｎｒｇＢｉｎｊｇｉｅｆｏＥｅｉｊｇ
约克大学则利用人工免疫系统设计了一套ＦＧＰＡ容
一一一一ｈ＿一＿㈣暑蔓一罢ＡＭ
条件．此基础上设计了一种仿照人体细胞结构的在新型ＦＧ可编程逻辑单元和一种基于人工免疫系ＰＡ统的容错方法．后通过实验模拟故障的方法对该最设计和容错方案的正确性和有效性进行了验证．关键词：人工免疫系统；容错：ＦＧＡＰ
ＡｎＡｒｉｃａｍｍｕｅＳｓｅ－ｓｄｔｆｉｌＩｉｎｙｔｍＢａｅ
ＭｅｈｄｆｒＦａｔＴｏｅａｔＦＰＧＡｔｏｏｕｌ．ｌｒｎ
ＤＯＮＧｎｙｎ，ＹＡＮＧｅｇｅＹａｇａｇＭｎｆｉ
收稿日期：０１ —１２２１０ —３
是通过智能算法，实现对免疫对象状态或行为的监

状态机基础——精选推荐

状态机基础⽂章⽬录前⾔状态机的设计状态浅析真正的状态抽象的状态与中间变量抽象状态的设计⽅法抽象状态与中间变量的权衡基本状态介绍初始态结束态中继态分⽀态复位态空闲态多余态状态的⼀些基本抽象原则基本原则⼀：按流程抽象基本原则⼆：按功能抽象基本原则三：按复杂度抽象状态机群的设计并联式状态机群串联式状态机群串⾏式状态机群嵌套式状态机群总分式状态机群时序逻辑的状态机群设计前⾔本⽂摘⾃《FPGA之道》，上两篇博⽂分别讲到了状态机的概念以及状态机的模型，可知状态机分为摩尔状态机以及mealy状态机，根据系统设计需求也可分为设计成1型以及2型等。

本⽂⼀起看下FSM的具体设计需要考虑哪些内容以及如何设计状态机，⼀起看看作者想和我们分享的内容。

状态机的设计作为⼀名FPGA开发者，我们的⼯作可不仅仅是将别⼈画好的状态转移图翻译成HDL代码⽽已，更重要的是，我们要能够设计出满⾜项⽬需求的状态机。

既然要设计状态机，那么参考【状态机的概念->状态机的组成六要素】⼩节，可知我们需要从六个⽅⾯⼊⼿，即状态集合、初态、终态、输⼊符号集、输出符号集、状态转移函数，其中除了输⼊符号集、输出符号集外，其余其实都是关于状态机的状态设计。

再结合【状态机的模型】⼩节的描述，可知输⼊符号集是和状态转移函数相关的、输出符号集是和状态集合相关的。

因此，整个状态机的设计实际上就是状态的设计，那么本章节，就简要的为⼤家介绍⼀下状态的设计⽅法与思路。

状态浅析真正的状态要想设计状态，⾸先要明确什么是真正的状态。

在最开始介绍状态机的时候，我们就说“每个FPGA开发者都有意或⽆意的、不可避免的使⽤着状态机”，到底这是为什么呢？我们有过这样的介绍——“如果数字电路满⾜任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输⼊，那么该数字电路为组合逻辑电路。

相反，如果数字电路任意时刻的输出不仅取决于当前时刻的输⼊，⽽且还取决于数字电路原来的状态，那么该数字电路为时序逻辑电路。

”由此可见，时序电路的概念其实就是状态机的概念，因此时序电路本⾝就是⼀个状态机，⽽组合逻辑其实也可以看做⼀个仅有⼀个状态的状态机。

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ＡｂｔａｔＣｏｓｄｒｎｈｅｉｂｌｙａｄｐｗｅｏｓｍｐｉｎｐｏｌｍｓｏＦｉｌｏｒｍｍａｌＧａｅｓｒｃ：ｎｉｅｉｇｔｅｒｌｉｔｎｏｒｃｎｕａｉｔｒｂｅｆ（ｅｄＰｒｇａｏｂｅｔＡｒａ）ＰｒｙＦＧＡｎａｉｔｎａｄｓａｅｌｈｐｌａｉｎ，ａｎｗｅｉｎｍｅｈｄｏｏｐｗｅｎａｌｔｌｒｎｃｅｉｖａｉｎｐｃｆｉｔｐｉｔｏｏｇａｃｅｄｓｇｔｏｆｌｗｏｒａｄｆｕｔｏｅａ —
ｓｒｔｒｏｃｆｒｄｔｒｏｒｎＲＡＭｏｐｒｎｈｅｃｎｓｓｅｙｏｈｅｔｏｋｓＲＡＭｕｔａａｔｕｃｕｅｔｏｎｉｍａａｅｒｓｉｂｙｃｍａｉｇｔｏｉｔｎｃｆｔＷＯｂｌｃｏｐｕｔｄｔ
第３７卷第６期
２ｌＯＯ年６月
湖
南
大
学学
报（自然科学版）
Ｖｏ７Ｎｏ６Ｌ３，．Ｊｎ２０ｌ０ｕ．
ＪｕｎｌｆＨｎｎＵｎｖｒｉｙ（ｔｒｌＳｃｅｎｅ）ｏｒａｕａｉｅｓｔＮａｕａｉｃｓｏ
文章编号：６４２７２１０ — ０７０１７－９４（００）６０７ — ６
一
种基－Ｔ－ＦＰＧＡ的低功耗、错状态机设计方法容
李列文，卫华胡小龙，桂，
（．南大学信息科学与工程学院，南长沙１中湖４０７；．沙师范学校电子信息工程系，南长沙１０５２长湖４００）１１０
摘要：对ＦＧＦｅｄＰｏｒｍｍａｌＧａｅＡｒａ）航空航天领域应用面临的可针ＰＡ（ｉｒｇａｌｂｅｔｒｙ在
靠性和功耗问题，出了一种适于ＦＧ实现的低功耗、提ＰＡ容错有限状态机设计方法．方法该与传统ＦＧ中实现状态机占用布线资源、ＰＡ查找表、寄存器等资源的思想不同，它将状态机
误实现在线纠错．
关键词：功耗；限状态机；错；低有容现场可编程门阵列
中图分类号：３８ＴＮ８３ＴＰ６；７文献标识码：Ａ
ＡＦＰＧＡ— ｓｄＤｅｉｅｈｏｆＬｏｂａｅｓｇｎＭｔｄｏｗＰｏｒＦａｌ—ｏｅａｃｎｉｅＳｔｔａｈｉｅｗｅｕｔｔｌｒｎｅＦｉｔａｅＭｃｎ
２ＣｈｎｓａＮｏｍａｌｇ。ｅｔｏｉＩｆｒａｉｎＥｎｉｅｒｎｐ，ａｇｈ，ｎｎ４００Ｃｈｎ）．ａｇｈｒｌＣｏｌｅＥｌｃｒｎｃｎｏｍｔｇｎｅｉｇＤｅｔＣｈｎｓａＨｕａ１１０，ｉａｉｅｓｉａｅｆｉｔｔｔｃｎｕｔｂｌｏｒＦＰＧＡｓｂｅｎｐｏｏｓｄＤｉｆｒｎｒｍｒｄｔｏａｃｐｙｎｇｒｕｉｅｈａｅｒｐｅ．ｆｅｅｔｆｏｔａｉｉｎ１ｏｃｕｉｏｔｎｇｒ — ｓｒｅｏｕｃｓ，ｌｋｉｇｕｐｔｂｅｎｄｒｇｓｅｓ，ｔｓｍｅｈｄｗａｅｌｚｄｂｐｐｎｇｆｎｉｅｓａｅｍａｈｉｅｎｏｏｏｎａｌｓａｅｉｔｒｈｉｔｏｓｒａｉｅｙｍａｉｉｔ — ｔｔｃｎｓｉｔ
ｔｅｅｅｄｄｂｏｋｈｍｂｄｅｌｃｓＲＡＭｆＦｏＰＧＡｎｍｐｏｉｇｔａｄｅｌｙｎｗｏＲＡＭｌｃｓｔｏｏｅｔｅｄｐｅｒｄｎａｃｂｏｋｏｃｍｐｓｈｕｌ～ｅｕｄｎｙ
映射到ＦＰＧＡ内嵌块ＲＡＭ，时采用两块ＲＡＭ构成双模冗余结构，过比较两块ＲＡＭ同通
输出数据的一致性确定ＲＡＭ中数据出错的情况，结合奇偶校验进行检错与纠错．并实验结果表明：与经典的三模冗余方法相比，方法有更低的功耗和更高的可靠性，能对一位错该并
ＬＩＬｉ— ｅ，，ＵＩＷｅ— ｕａ，Ｈｉｏｌｎｅｗｎ１２ＧｔｉｈＵＸａ —ｏｇ
（．ｃｏｌｆＩｆｒｔｎＳｉｎｅａｄＥｎｉｅｒｎＣｎｒｌＳｕｈＵｎｖＣｈｎｓａＨｕａ４０７，ｈｎ；１Ｓｈｏｎｏｍａｉｃｅｃｎｇｎｅｉｇ，ｅｔａｏｔｉ，ａｇｈ，ｎｎｏｏ１０５Ｃｉａ