FPGA技术教程(通俗易懂)
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
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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入门学习》课件
LED闪烁设计
总结词
通过LED闪烁设计，掌握FPGA的基本控制功能和数字逻辑设计。
详细描述
LED闪烁设计是FPGA入门学习的基本项目之一，通过该设计，学习者可以了解FPGA的基本控制功能 ，掌握数字逻辑设计的基本原理和方法。LED闪烁设计通常涉及到LED灯的驱动和控制，需要学习者 掌握基本的数字逻辑门电路和时序控制。
FPGA具有并行处理和高速计算的优点，适 用于数字信号处理中的实时信号处理和算 法加速。
数字滤波器设计
频谱分析和正交变换
FPGA可以实现高性能的数字滤波器，如 FIR滤波器和IIR滤波器，用于信号降噪和特 征提取。
FPGA可以高效地实现FFT等正交变换算法 ，用于频谱分析和信号频率成分的提取。
图像处理应用
优化设计技巧
时序优化
讲解如何通过布局布线、时序分析等手段优化 FPGA设计，提高时序性能。
资源共享
介绍如何通过资源共享减少FPGA资源占用，提 高设计效率。
流水线设计
讲解如何利用流水线设计技术提高系统吞吐量。
硬件仿真与调试技术
仿真工具使用
介绍常用HDL仿真工具（如ModelSim）的使用方法 。
03
CATALOGUE
FPGA开发实战
数字钟设计
总结词
通过数字钟设计，掌握FPGA的基本开发流程和硬件描述语言的应用。
详细描述
数字钟设计是FPGA入门学习的经典项目之一，通过该设计，学习者可以了解FPGA开 发的基本流程，包括设计输入、综合、布局布线、配置下载等。同时，数字钟设计也涉 及到硬件描述语言（如Verilog或VHDL）的应用，学习者可以掌握基本的逻辑设计和
基础语言。
FPGA开发流程
FPGA入门培训教材共45张PPT课件
# STEP#4: run router, report actual utilization and timing, write checkpoint design, run drc, write verilog and xdc out route_design write_checkpoint -force $outputDir/post_route report_timing_summary -file $outputDir/post_route_timing_summary.rpt report_timing -sort_by group -max_paths 100 -path_type summary -file $outputDir/post_route_timing.rpt report_clock_utilization -file $outputDir/clock_util.rpt report_utilization -file $outputDir/post_route_util.rpt report_power -file $outputDir/post_route_power.rpt report_drc -file $outputDir/post_imp_drc.rpt write_verilog -force $outputDir/bft_impl_netlist.v write_xdc -no_fixed_only -force $outputDir/bft_impl.xdc
FPGA创建工程及烧录程序简单教程
FPGA创建工程及烧录程序简单教程（适用于IntelCycloneII EP2C35F672C8N）1.双击应用程序2.创建一个新工程（文件夹、工程名、文件名及文件路径中都不要带中文）最后finish，工程就建好了3.创建文件点击file~>new~>Design Files~>VHDL File或Verilog HDL File，然后请开始你的表演！（编写程序）（VHDL文件名应与工程名一致4.引脚编辑引脚如何编辑在FPGA自带的光盘中有提及，请在其中寻找并编辑。
（在光盘文件中也有流水灯的引脚文件waterled.qsf，找到并替换工程文件夹下的qsf文件即可实现引脚编辑）这时打开Quartus II 的Pin Planner可以看见引脚分配5.调试程序程序调试成功后会产生waterled.sof与waterled.qof文件6.烧录程序到软件中在烧录程序时应将电源线与USB-blaster如图示插入并打开电源。
打开Programmer后，应如下图所示6.（1）如果未自动弹出hardware，点开Hardware Setup，双击USB-Blaster，然后Close即可。
6.（2）如果没有USB-Blaster，可能是因为没有安装驱动程序右键安装或更新驱动程序文件路径不尽相同，Quartus II 安装在哪个盘就去哪个盘里面找在解决了驱动的问题后我们继续烧录程序Add Device：双击下图箭头位置添加文件（之前调试产生的waterled.sof文件）：箭头位置的Program Configure一定要选上！！！然后点击Start，烧录程序烧录成功！！！！！。
FPGA的基本原理(详细+入门)
门阵等效门：一个门阵等效门定义为一个两输入端的“与非”门。 系统门：是芯片上门的总数，是厂家指定给器件的一个门数。
十一、FPGA的封装
1、引脚数：FPGA芯片总的引脚数。 2、用户I/O数：指除了电源引脚、特殊功能引脚外的引脚，这些引脚可根据用户的需要进行配置。 3、 I/O驱动电流：8mA 或10mA。 4、时钟网络数：FPGA芯片可能包含1个、2个或4个时钟网络。 5、封装：PLCC，PQFP，CPGA等封装形式。 6、工作温度范围：FPGA芯片一般有商用、工业用及军用等不同的工作温度范围。 7、工作环境：一般分普通工作环境和航天工作环境。
ACT1模块是如何实现三输入与门的？
2、查表型FPGA结构 两输入与门： 4 X 1 RAM 表：
A
B
C
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
A1
A0
（二）、 什么是FPGA？ FPGA是英语（Field programmable Gate Array）的缩写，即现场可编程门阵。它的结构类似于掩膜可编程门阵（MPGA），由可编程逻辑功能块和可编程I/O模块排成阵列组成，并由可编程的内部连线连接这些逻辑功能块和I/O模块来实现不同的设计。 1、FPGA与MPGA的区别： MPGA利用集成电路制造过程进行编程来形成金属互连，而FPGA利用可编程的电子开关实现逻辑功能和互连。 2、FPGA与CPLD的区别： 1) 结构不同：FPGA是由可编程的逻辑模块、可编程的分段互连线和I/O模块组成，而CPLD是由逻辑阵列块、可编程连线阵列和I/O模块组成。 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。
FPGA开发入门教程
FPGA开发入门教程FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可重新配置的集成电路，能够根据用户需求实现不同的功能。
作为硬件开发的重要技术之一，FPGA具有灵活性高、性能强、功耗低等优点，因此受到了广泛的关注和应用。
本文将介绍FPGA开发的入门教程，帮助初学者快速上手FPGA开发。
第一步：了解FPGA第二步：选择开发工具和开发板FPGA开发需要选择合适的开发工具和开发板。
常用的FPGA开发工具有Xilinx的Vivado和Altera的Quartus等。
这些工具提供了图形化界面以及一些示例代码，方便用户进行开发和调试。
开发板是用户在FPGA开发中搭建硬件平台的重要部分，通过开发板可以将FPGA芯片与其他外设相连接，进行实际的验证和测试。
选择开发工具和开发板时要考虑到自己的需求和预算。
第三步：学习HDL编程语言HDL（Hardware Description Language）是用于描述数字电路的编程语言，FPGA开发中常用的HDL有Verilog和VHDL。
要掌握FPGA开发，我们必须学习和熟悉HDL编程语言。
HDL语言可以描述数字电路的结构、功能和时序等信息，通过HDL编写的代码可以被FPGA开发工具转化成对应的硬件电路。
学习HDL编程语言需要掌握其语法规则和基本概念，理解时序逻辑和组合逻辑的原理，并通过练习和实践进行巩固。
第四步：学习FPGA开发流程第五步：完成第一个FPGA项目通过以上几个步骤的学习和实践，我们已经具备了进行FPGA开发的基本能力。
接下来我们可以尝试完成一个简单的FPGA项目，例如实现一个LED闪烁的功能。
我们可以使用HDL语言编写一个简单的计数器，将计数值输出到FPGA开发板上的LED灯，通过改变计数值的频率实现LED的闪烁。
完成这个项目可以加深对FPGA开发流程的理解，并为后续更复杂的项目奠定基础。
总结FPGA开发入门需要掌握FPGA的基本概念和工作原理，选择合适的开发工具和开发板，学习HDL编程语言，了解FPGA开发流程，并通过实践完成一个简单的FPGA项目。
FPGA技术概述
来达到自己所要实现的目标。
第一章 FPGA设计基础
首先，FPGA名称中的“现场可编程”是指编程“在现场”进行 (与那些内部功能已被制造商固化的器件正相反)。 这意味着FPGA的编程具有更强的灵活性和创新性， 可以在实验室进行配置， 或者可以对已经应用于实际的电子系统中的某些功能进行改进， 或者可以根据用户需求， 实现新的协议或者标准来对当前应用作进一步的完善和改进。 总之， FPGA的现场可编程特性满足了用户实现任意数字逻辑的愿望， 成为用户灵活“武装”自己产品的最有效的武器。
第一章 FPGA设计基础
对于ASIC公司来说，FPGA经常用于提供一个硬件验证 平台来验证新算法新协议的物理层实现。比如，许多行业的 开创性公司使用FPGA制定新的协议标准，并进行产品化， 迎来市场的新增值点。同时，FPGA为许多小型公司带来机 遇。这些公司利用FPGA开发低成本高智力投入的产品并快 速推向市场，迎来新的发展机遇。FPGA技术的发展将创造 性的逻辑设计任务从昂贵的ASIC公司搬到了普通的工作室。
Integrated Circuit，专用集成电路)技术已经在飞速发展。但 是在很多应用场合，昂贵的ASIC费用不是广大客户所想要 的，而且ASIC流片的风险太大，周期太长，在不确定芯片 需求量很大的情况下，人们是非常谨慎的。而CPLD技术虽 然有飞跃，但是依然不能实现复杂的功能，尤其是无法实现 复杂逻辑运算的功能。ASIC与CPLD之间的鸿沟越来越明显。 幸运的是，1984年世界上首款FPGA在Xilinx诞生。首款 FPGA基于CMOS工艺，并且采用SRAM单元，最小单元由 一个3输入查找表(LUT)与寄存器组成。首款FPGA的诞生， 已经给人们发出了一个信息，除了ASIC和CPLD之外，另外 一种新型结构的可编程逻辑器件会给逻辑设计带来新的活力。
《FPGA入门学习》课件
FPGA基础知识
硬件描述语言HDL FPGA的逻辑单元 FPGA的时钟网络
使用HDL编写硬件描述，描述FPGA的功能和 逻辑。
FPGA由大量逻辑单元（Look-Up Tables）和 触发器组成，用于实现各种逻辑功能。
时钟网络是FPGA中一种重要的信号分发网络， 用于同步各个逻辑单元的操作。
FPGA在医疗器械中实现数据 采集、信号处理和控制等关 键功能。
FPGA在军事装备中 的应用
FPGA可用于军事雷达、通信 设备、导航系统等关键领域， 在高可靠性和性能要求下发 挥作用。
总结
FPGA的未来发展
FPGA技术将随着科技的进步不断发展，将在更 多领域发挥重要作用。
FPGA入门学习路线图
通过按照学习路线图逐步学习，您可以掌握 FPGA开发的核心知识和技能。
FPGA的优缺点
FPGAs具有高度灵活性和 可重配置性，但其资源利 用率和功耗可能相对较高。
FPGA的应用领域
FPGAs广泛应用于通信、 嵌入式系统、信号处理、 图像处理等领域。
开发环境准备
FPGA开发板
选择适合您需求的FPGA开发 板以进行实验和项目开发。
Quartus Prime软件 安装
安装Intel提供的Quartus Prime软件用于FPGA的设计 和编程。
《FPGA入门学习》PPT课 件
FPGA入门学习是介绍Field-Programmable Gate Array（可编程门阵列）的 课程。本课件将帮助你了解FPGA的基础知识、开发环境准备以及FPGA的应 用领域。
简介
什么是FPGA
FPGA是一种可编程硬件， 可以根据需要被重新编程 和配置以执行不同的功能。
FPGA入门教程 Basys2
四、下载工程
1、JTAG下载
保存了编写好的UCF文件后，我们将板子接上 电源和数据线，如图先点击工程文件，再双击 Configure Target Device中的Generate Target。
弹出这个，丌管它，点ok。
弹出这个，不管，点NO
弹出了ISE的iMPACT工具，双击 Boundary Scan。
弹出如下对话框，这个对话框是让你选择关联的测试模块（比如你的工程中有多 个模块存在，就要选择你所要仿真的模块关联到一起去），此处我们只有一 个led_flash_top模块，选择它，点击Next进入下一步。会在弹出概要 （summary）也直接点击Next进入下一步。
弹出testbench的编辑文档，编辑好testbench后，会发现左边面板的设计平台中没 有test_led.v文件，此时在view处选择simulation才会出现test_led.v文件（因为 仿真文件仅仅用来仿真，在选择implementation时是看不到test_led.v文件的）， 如下图所示。
这个是实验板的芯片，可以看到有很多I/O口，即可编程输入/输出口单元（IOB）。是芯 片不外界电路的接口部分，提供输入缓冲，输出驱动，接口电平转换等功能。为了便于 管理和适应各种电气标准，图中我们可以看到IO Bank被分成4组，丌同Bank的接口标准 由其接口电压Vcco决定，一个Bank只有一种Vcco。
从上图中我们可以看到M5管脚连线到LD0这个 地方。LD0的线最后会连接到左图红色方框位置。 说明了M5管脚连接的是第一个LED灯。
有的人会疑惑为什么 led<0> <= ‘1’; 而丌是led<0> <= ‘0’; 的时候灯才会亮。 左图是LED的原理图。 图中我们可以看到，当LD1来了一个 高电平‘1’的时候，二极管被导通， 当是低电平的时候，左边和右边接地 都为0，没有电流通过，所以LED丌会 被点亮。
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 教学大纲
fpga 教学大纲第一章 FPGA概述1.1 FPGA的定义与特点FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，具有灵活性高、可重构性强的特点。
它由一系列可编程逻辑门和可编程内部连线构成，可以根据需要进行逻辑功能的设计和实现。
1.2 FPGA的应用领域FPGA广泛应用于数字电路设计、通信系统、嵌入式系统等领域。
在数字电路设计中，FPGA可用于实现各种逻辑功能、算法运算和信号处理等任务。
1.3 FPGA的发展历程自FPGA诞生以来，经历了多个发展阶段。
从最初的简单门级可编程器件到现在高度集成、性能强大的复杂逻辑器件，FPGA的性能和规模得到了极大的提升。
第二章 FPGA基本原理与结构2.1 FPGA的基本原理FPGA通过可编程逻辑门和内部连线的灵活配置实现逻辑功能的定制。
用户可以根据需要设计出特定的逻辑电路，并将其配置到FPGA芯片中，从而完成特定任务。
2.2 FPGA的逻辑资源FPGA芯片内部包含大量的可编程逻辑资源，如逻辑门、寄存器、乘法器等。
这些资源可以通过配置实现各种逻辑功能，并且可以根据需要进行灵活的重构。
2.3 FPGA的结构组成FPGA由可编程逻辑单元（CLB）、可编程输入输出块（IOB）、可编程互连资源（Interconnect）等部分组成。
它们相互连接并形成一种可重构的逻辑结构。
第三章 FPGA设计流程3.1 FPGA设计流程概述FPGA设计流程一般包括需求分析、系统设计、逻辑设计、综合与优化、布局布线、仿真验证等环节。
每个环节都有其独特的设计方法和工具支持。
3.2 FPGA的设计语言常用的FPGA设计语言包括硬件描述语言（如VHDL、Verilog）和高级综合语言（如C、C++）。
设计语言的选择会影响到设计的效率和可移植性。
3.3 FPGA设计工具FPGA设计离不开各种设计工具的支持，如逻辑综合工具、布局布线工具和仿真工具等。
这些工具可以提高设计效率，减少设计风险。
FPGA入门系列实验教程——数码管动态显示
FPGA入门系列实验教程——数码管动态显示FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑设备，它可以通过编程的方式实现各种数字逻辑电路的功能。
在FPGA入门的过程中，了解如何使用数码管进行动态显示是一项非常基础而重要的实验。
本文将向读者介绍如何使用FPGA实现数码管的动态显示，并提供相关的实验教程。
一、实验目的本实验的目的是通过FPGA控制数码管以一定的时间间隔显示不同的数字或字符。
通过本实验的学习，读者可以了解到FPGA的编程方式和数码管的控制原理，并初步掌握FPGA的基本应用。
二、实验材料和准备1. FPGA开发板（如Xilinx Spartan系列）2.七段数码管模块3.连接线三、实验步骤1.搭建电路连接将开发板上的数码管模块通过连接线与FPGA的GPIO引脚相连接，确保连接正确无误。
2.创建工程打开FPGA开发环境（如Xilinx ISE），创建一个新的工程。
3.编写代码在创建的工程中，通过HDL语言（如Verilog或VHDL）编写数码管控制的代码。
以下是一个简单的Verilog代码示例：module seven_segment_displayinput wire clk,output wire [6:0] seg,output wire [3:0] anreg [23:0] count;reg [3:0] digit;reg [6:0] segment;count <= count + 1;digit <= 0;digit <= 1;digit <= 2;digit <= 3;count <= 0;endendassign seg = segment;assign an = digit;endmodule以上代码实现了数码管的动态显示功能。
其中，clk为时钟信号，seg为七段数码管的引脚，an为数码管的位选引脚。
FPGA入门教程
FPGA入门教程FPGA入门教程1．数字电路设计入门2．FPGA简介3．FPGA开发流程4．RTL设计5．QuartusⅡ设计实例6.ModelSim和Testbench1.数字电路设计入门1.1数字电路设计数字电路设计的核心是逻辑设计。
通常，数字电路的逻辑值只有‘1’和‘0’，表征的是模拟电压或电流的离散值，一般‘1’代表高电平，‘0’代表低电平。
高低电平的含义可以理解为，存在一个判决电平，当信号的电压值高于判决电平时，我们就认为该信号表征高电平，即为‘1’。
反之亦然。
当前的数字电路中存在许多种电平标准，比较常见的有TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVDS、HSTL、SSTL等。
这些电平的详细指标请见《补充教程1：电平标准》。
数字电路设计大致可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。
一般的数字设计的教材中对组合逻辑电路和时序逻辑电路的定义分别为：组合逻辑电路的输出仅与当前的输入有关，而时序逻辑电路的输出不但与输入有关，还和系统上一个状态有关。
但是在设计中，我们一般以时钟的存在与否来区分该电路的性质。
由时钟沿驱动工作的电路为时序逻辑电路。
大家注意，这两种电路并不是独立存在的，他们相互交错存在于整个电路系统的设计中。
1.1.1组合逻辑电路组合逻辑电路由任意数目的逻辑门电路组成，一般包括与门、或门、非门、异或门、与非门、或非门等。
一般的组合逻辑电路如下图：其中A,B,C,D,E,F为输入，G为输出。
1.1.2时序逻辑电路时序逻辑电路由时钟的上升沿或下降沿驱动工作，其实真正被时钟沿驱动的是电路中的触发器（Register），也称为寄存器。
触发器的工作原理和参数如下图：Register的原理和参数DClkQDQClktc-qtholdTtsutsu:建立时间，在时钟有效沿到来之前触发器数据输入应保持稳定的时间，如果建立时间不够，数据将不能在这个时钟沿被打入触发器。
它间接约束了组合逻辑的最大延时。
FPGA技术教程(通俗易懂)
Xilinx Spartan-II内部结构
Altera的FLEX/ACEX等芯片的内部结构
查找表结构的逻辑实现原理
f=(A+B)*C*!D=A*C*!D+B*C*!D
选择FPGA还是CPLD？
CPLD组合逻辑的功能很强，一个宏单元就可以 分解十几个甚至20－30多个组合逻辑输入。而FPGA 的一个LUT只能处理4输入的组合逻辑，因此， CPLD适合用于设计译码等复杂组合逻辑。 但FPGA 的制造工艺确定了FPGA芯片中包含的LUT和触发器 的数量非常多，往往都是几千上万，CPLD一般只能 做到512个逻辑单元，而且如果用芯片价格除以逻辑 单元数量，FPGA的平均逻辑单元成本大大低于 CPLD。
3. 从编程工艺上分为： 1）熔丝(Fuse)型器件：编程过程就是根据设计的熔丝图文件来烧断 对应的熔丝，来达到编程的目的。编程后即使系统断电,它们中存 储的 编程信息不会丢失 。 2）反熔丝(Antifuse)型器件：由Actel公司推出，在编程处通过击穿漏 层使得两点之间获得导通。反熔丝PLD抗辐射，耐高低温，功耗低， 速度快，在军品和宇航上有较大优势。前两种都属OTP器件。 3）EPROM型：紫外线擦除电可编程逻辑器件，它用较高的编程电 压进行编程，当需要再次编程时，用紫外线擦除。前三种较少使用。 4）EEPROM型：电可擦除可编程逻辑器件。CPLD采用此编程工艺。 5）SRAM型：SRAM查找表结构的器件，大部分的FPGA采用此编程 工艺。断电后编程信息会丢失，每次上电时，需从器件外部存储器将 编程数据重新写入SRAM中。允许无限次编程。 6）Flash（Fastflash）型：即闪存技术，由Actel公司推出。采用此编 程工艺的器件，可以实现多次可编程，也可以做到掉电后不需要重新 配置。CPLD采用此编程工艺。
FPGA入门及QuartusII使用教程(内部资料)
FPGA入门及Quartus II使用教程FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在可编程阵列逻辑PAL(Programmable Array Logic)、门阵列逻辑GAL(Gate Array Logic)等可编程器件的基础上上进一步发展的产物。
可以这样讲，ASIC(内部的所有资源，是Application Specific Integrated Circuit )用积木堆积起来的小房子，可以是一个欧美风情的房子，还可以是一个北京四合院…….而FPGA内部就可以说是一个个小积木，也就是内部有大量的资源提供给我们，根据我们的需求进行内部的设计。
并且可以通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确性。
第一章 FPGA的基本开发流程下面我们基于Altera 公司的QuantusII 软件来说明FPGA 的开发流程。
下图是一个典型的基于Quartus II的FPGA开发整体流程框图。
1、建立工程师每个开发过程的开始，Quartus II以工程为单位对设计过程进行管理。
2、建立顶层图。
可以这样理解，顶层图是一个容器，将整个工程的各个模块包容在里边，编译的时候就将这些模块整合在一起。
也可以理解为它是一个大元件，比如一个单片机，内部包含各个模块，编译的时候就是生成一个这样的大元件。
3、采用ALTERA公司提供的LPM功能模块。
Quartus软件环境包含了大量的常用功能模块，比如计数器、累加器、比较器等等。
4、自己建立模块。
由于有些设计中现有的模块功能不能满足具体设计的要求，那就只能自己设计。
使用硬件描述语言，当然也可以用原理图的输入方法，可以独立的把它们当成一个工程来设计，并且生成一个模块符号(Symbol)，类似于那些LPM功能模块。
这里可以理解为，如果我们需求的滤波器，没有现成的合适的，那我们可以通过LC自己来搭建一个滤波器。
5、将顶层图的各个功能模块连线起来。
FPGA开发板快速教程
FPGA开发板快速教程（一）－－-基础知识FPGA开发板作者：古文章来源：本站原创点击数：2284 更新时间：2007-5-24前言FPGA在复杂逻辑电路以及数字信号处理领域中扮演者越来越重要的角色，SOC（片上系统）以其低功耗，高性能，低成本，高可靠性等优点成为嵌入式系统的发展趋势。
作为一个简明的教程，主要宗旨是让初学者快速地了解FPGA/SOPC （可编程片上系统）开发的流程。
目前IT技术的发展可以说是一日千里，以本人的观点来讲，如果希望在电子设计领域有所作为，则必须具备快速掌握新技术的能力。
电子设计最重要的是实践的积累，我们只要具备了一定的基础，应当马上投入实践，否则很多概念都无法真正理解。
有不少人包括我，当下决心要成为一个合格的电子设计工程师的时候，总是想如果把有关电路方面的理论都掌握了才能所向披靡，有底气参加实际项目设计。
当然如果能做到“把有关理论都掌握了”这样的境界，我想应该是很理想的，但经验发现这并不实际。
据我所知，我所认识的不少电子设计牛人，他们的理论知识可能都比不上我们的本科生，但很多不错的产品都是从他们的手中开发出来的，有了实践的经验后，他们掌握新技第二节基于Q u a r t u s I I的实例…………………………………………………………………………………实验一实验板上的K E Y1按钮控制F P G A核心板上的第一个L E D灯介绍………………………………实验二7段数码管实验…………………………………………………………………………………实验三用F P G A设计串口数据收发…………………………………………………………………………第三章S O P C的基本开发流程…………………………………………………………………………………第一节第一节S O P C v s M C U、D S P和F P G A………………………………………………………………………第二节第二节基于QuantusII和NiosII的SOPC基本开发流程……………………………………………………第三节第三节基于Q u a n t u s I I和N i o s I I的S O P C实例……………………………………………………………实验一核心板上的两个L E D交替闪烁…………………………………………………………………实验二4位7段数码管I P c o r e设计以及f l a s h的烧写教程…………………………………实验三L C D设备驱动开发………………………………………………………………………实验四A L L_T E S T综合设计……………………………………………………………………………第四章FPGA开发板中嵌入Uclinux的步骤和方法……………………………………………………第一章 CPLD/FPGA的基本知识（二）FPGA、CPLD 概述FPGA(现场可编程门阵列)与 CPLD(复杂可编程逻辑器件)都是可编程逻辑器件，它们是在PAL,GAL等逻辑器件的基础之上发展起来的。
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。
FPGA详细教程IP复用
FPGA详细教程IP复用
一、IP复用
1、什么是IP复用？
IP复用(IP Reuse)是一种芯片体系结构设计方法，它可以将特定功能需求的不同IP设计合并、组合和重用，以最大程度的提升系统效率、减少芯片设计和验证的时间和成本，一般采用IP复用的芯片系统都包括微处理器、片上存储器、外设接口、I/O等IP块组成，它能够提高芯片的集成度和性能，为客户提供更快捷方便的芯片设计方案。
2、IP复用的优势
（1）减少设计时间。
利用微处理器的IP复用，可以大大缩短芯片设计和验证的时间，有了IP复用，设计者可以把时间花在产品开发上，而不用将时间浪费在重复的设计上，从而提高效率。
（2）减少设计成本。
IP复用可以将电路原件的数量减少，减少了电路设计的成本，降低了相关维护的总成本，而且提高了系统的重用性，使得系统的可伸缩性得到提升，可以更好的满足不断变化的需求。
（3）减少代码量。
IP复用也可以减少自定义的代码量，通过使用已经存在的IP，减少新代码的编写，同时还可以改善系统代码的可编程性和可移植性，进一步提高系统性能。
（4）降低故障率。
FPGA基本教程
FPGA基本教程第一节 FPGA的基本开发流程PLD是可编程逻辑器件（Programable Logic Device）的简称，FPGA是现场可编程门阵列（Field Programable Gate Array）的简称，两者的功能基本相同，只是实现原理略有不同，所以我们有时可以忽略这两者的区别，统称为可编程逻辑器件或PLD/FPGA。
PLD是电子设计领域中最具活力和发展前途的一项技术，它的影响丝毫不亚于70年代单片机的发明和使用。
PLD能做什么呢？可以毫不夸张的讲，PLD能完成任何数字器件的功能，上至高性能CPU,下至简单的74电路，都可以用PLD来实现。
PLD如同一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入法，或是硬件描述语言自由的设计一个数字系统。
通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确性。
在PCB完成以后，还可以利用PLD的在线修改能力，随时修改设计而不必改动硬件电路。
使用PLD来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少PCB面积，提高系统的可靠性。
PLD的这些优点使得PLD技术在90年代以后得到飞速的发展，同时也大大推动了EDA软件和硬件描述语言（HDL）的进步。
如何使用PLD呢？其实PLD的使用很简单，学习PLD比学习单片机要简单的多，有数字电路基础，会使用计算机，就可以进行PLD的开发。
开发PLD需要了解两个部分：1.PLD开发软件 2.PLD本身由于PLD软件已经发展的相当完善，用户甚至可以不用详细了解PLD的内部结构，也可以用自己熟悉的方法：如原理图输入或HDL语言来完成相当优秀的PLD设计。
所以对初学者，首先应了解PLD开发软件和开发流程。
了解PLD的内部结构，将有助于提高我们设计的效率和可靠性。
下面我们以基于Altera公司的QuantusII软件来简单说明一下FPGA的开发流程。
下图是一个典型的基于QuantusII的FPGA开发流程。
（1）建立工程是每个开发过程的开始，QuantusII（以下简称Q2）以工程为单元对设计过程进行管理。
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第二章 CPLD/FPGA概述
一、 二、 三、 四、 五、 简单的PLD 结构 FPGA/CPLD的结构 FPGA/CPLD的基本原理 FPGA的设计方法 FPGA设计流程
•二维的逻辑块阵列，构成了PLD器件的逻 辑组成核心。 •输入／输出块：· 连接逻辑块的互连资源 •连线资源：由各种长度的连线线段组成，其中也有 一 些可编程的连接开关，它们用于逻辑块之间、逻辑块 输入／输出块之间的连接
3. 从编程工艺上分为： 1）熔丝(Fuse)型器件：编程过程就是根据设计的熔丝图文件来烧断 对应的熔丝，来达到编程的目的。编程后即使系统断电,它们中存 储的 编程信息不会丢失 。 2）反熔丝(Antifuse)型器件：由Actel公司推出，在编程处通过击穿漏 层使得两点之间获得导通。反熔丝PLD抗辐射，耐高低温，功耗低， 速度快，在军品和宇航上有较大优势。前两种都属OTP器件。 3）EPROM型：紫外线擦除电可编程逻辑器件，它用较高的编程电 压进行编程，当需要再次编程时，用紫外线擦除。前三种较少使用。 4）EEPROM型：电可擦除可编程逻辑器件。CPLD采用此编程工艺。 5）SRAM型：SRAM查找表结构的器件，大部分的FPGA采用此编程 工艺。断电后编程信息会丢失，每次上电时，需从器件外部存储器将 编程数据重新写入SRAM中。允许无限次编程。 6）Flash（Fastflash）型：即闪存技术，由Actel公司推出。采用此编 程工艺的器件，可以实现多次可编程，也可以做到掉电后不需要重新 配置。CPLD采用此编程工艺。
早期 FPGA
可编程阵列逻辑(PAL）
可编程逻辑阵列(PLA)
现在
Altera的CPLD
Xilinx的FPGA
一、可编程器件大致的发展过程如下：
1）20世纪70年代,出现了熔丝编程的PROM 和PLA器件。70 年代末，AMD 公司对PLA进行了改进，推出了PAL器件。 2）20世纪80年代初,Lattice(莱迪思)公司发明了电可擦写的， 比PAL更灵活的GAL通用阵列逻辑器件。 3）20世纪80年代中期，Xilinx公司提出现场可编程概念，生 产出了世界上第一片FPGA器件。FPGA是改变内部连接的布 线来编程。 4）20世纪80年代末，Lattice公司又提出在系统可编程概念 （ISP），并推出了一系列具有在系统可编程能力的CPLD器 件。CPLD的设计是修改具有固定内部连接电路的逻辑功能 来编程。 5）20世纪90年代后期，可编程集成电路技术飞速发展，器 件的可用逻辑门数超过了百万门，并出现了内嵌复杂功能模 块（如加法器，乘法器，RAM，CPU核，DSP核等）的 SOPC。
自顶向下设计方法学
顶层模块
子模块1
子模块2
子模块3
叶单元
叶单元
叶单元
叶单元
叶单元
叶单元
五、FPGA设计流程
RTL代码
调用模块 的黑盒子 接口
设置综合目 标和约束条 件
测试数据
（1）设计定义 （2）设计输入 （3）功能仿真 （4）逻辑综合 （5）前仿真 （6）布局布线
HDL网表 （netlist）
第三章 Verilog HDL语言
一、 二、 三、 四、 五、 构成 Verilog HDL的语句 Verilog HDL描述方式 Verilog HDL设计流程 用Verilog HDL描述数字电路的实例
硬件描述语言（ HDL ）就是可以描述硬件电路 的功能、信号连接关系及定时（时序）关系的语言， 也是一种用形式化方法来描述数字电路和设计数字 系统的。 常用的硬件描述语言有VHDL、Verilog HDL，已 成为 IEEE 的工业标准硬件描述语言，得到了众多 EDA公司的支持。
VHDL VHDL 主要用于描述数字系统的结构、行为、功 能和接口。 Verilog HDL Verilog HDL是在C语言的基础上发展而来的硬件 描述语言，具有简洁、高效、易用的特点。
语言 设计层次 系统级 RTL级
Verilog HDL 行为描述 系统算法
VHDL 结构描述 系统逻辑框图 寄存器、ALU、 ROM等分模块描 述
这种FPGA的结构可分为三块：宏单元 （Macrocell）、可编程连线（PIA）和I/O控制块。 宏单元是器件的基本结构，由它来实现基本的逻辑 功能；可编程连线负责信号传递，连接所有的宏单 元；I/O控制块负责输入输出的电气特性控制，比如 可以设定集电极开路输出，摆率控制，三态输出等。
宏单元具体结构
4.PLD中或阵列的表示
5. 阵列线连接表示
编程前
编程后
6.PROM的PLD阵列图
二、FPGA/CPLD的结构
FPGA/CPLD的结构各有其特点和长处，但概括起来，它们是由三 大部分组成的: 1.逻辑阵列块 LAB (Logic Array Block)或CLB（Configurable Logic Block），构成了PLD器件的逻辑组成核心。 2.输入／输出块 IOB（I/O Block） 3.连接逻辑块的可编程连线阵列 PIA (Programmable Interconnect Array)或互连资源 IR（Interconnect Resources）.它由各种长度的连线 线段组成，也有一些可编程的连接开关，用于逻辑块之间、逻辑块与 输入／输出块之间的连接。
PLD(CPLD/FPGA)的优点：
•规模大，能够完成任何数字逻辑的功能，实现系统集成 •在投片前验证设计的正确性，开发成本低 •修改设计而不用改动硬件电路，开发周期短 •减少PCB面积，提高系统可靠性
CPLD和FPGA的区别
•制造工艺不同 FPGA:查找表技术，SRAM工艺 CPLD：乘积项技术，Flash/EEPROM工艺 •实现功能不同 FPGA:时序逻辑电路 CPLD:组合逻辑电路
一. 简单PLD的结构 任何组合函数都可以表示为与-或表达式：如 F=AB+BCD 。PLD由“与门阵列”和“或门阵列”加上输 入输出电路构成。 早期的PLD有些是“与”阵列可编程， 有些是“或”阵列可编程，还有些是“与”和“或”阵列 都可编程。
1.输入缓冲器
2.PLD的互补输入
3.PLD中与阵列表示
一、 Verilog HDL设计模块的基本结构
• Verilog HDL程序设计由模块(module)构成的， 设计模块的基 本结构如图，一个完整的Verilog HDL设计模块包括端口定义、 I/O声明、信号类型声明和功能描述4个部分。
1 模块端口的定义 • 模块端口定义用来声明电路设计模块 的输入/输出端口，端口定义格式如下： module 模块名 （端口1，端口2，端口3，…）； • 在端口定义的括号中，是设计电路模块与外界联系的全部输入 /输出端口信号或引脚，是设计实体对外的一个通信界面，是外 界可以看到的部分（不包含电源和接地端），多个端口之间用 “，”分隔。例如1位全加器adder模块的端口定义为module adder (S, CO, A, B, CI)； 模块名adder
Xilinx Spartan-II内部结构
Altera的FLEX/ACEX等芯片的内部结构
查找表结构的逻辑实现原理
f=(A+B)*C*!D=A*C*!D+B*C*!D
选择FPGA还是CPLD？
CPLD组合逻辑的功能很强，一个宏单元就可以 分解十几个甚至20－30多个组合逻辑输入。而FPGA 的一个LUT只能处理4输入的组合逻辑，因此， CPLD适合用于设计译码等复杂组合逻辑。 但FPGA 的制造工艺确定了FPGA芯片中包含的LUT和触发器 的数量非常多，往往都是几千上万，CPLD一般只能 做到512个逻辑单元，而且如果用芯片价格除以逻辑 单元数量，FPGA的平均逻辑单元成本大大低于 CPLD。
与或阵列，每一个交叉点都是 可编程熔丝，导通实现与逻辑
“或”阵列 可编程D触发器
乘积项结构的逻辑实现原理
f=f1+f2= A*C*!D+B*C*!D
查找表（Look-Up-Table）的原理和结构
查找表LUT实质上是一个RAM，n位地址线可以配置为n×1的RAM。当用户描 述了一个逻辑电路后，软件会计算所有可能的结果，并写入RAM。每一个信号 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，输出结果
设置布局布线 测试程序 约束条件 （test bench）
测试数据
（test bench）
调用模块 的行为仿 真模型
FPGA厂家工具 逻辑仿真器 逻辑仿真器
RTL代码
测试程序 （test bench）
测试数据
（9）在系统测试
下载/编程文件
HDL网表 （netlist）
SDF文件 （标准延时格式）
逻辑仿真器 (modelsim) （7）后仿真 （8）静态时序分析
布尔等式设计，原理图设 计，HDL语言设计
EDIF网表 SDF文件 EDIF 网表 （ netlist） （标准延时格式） （netlist） HDL网表 （netlist）
逻辑综合器
RTL代码中引用的由 厂家提供的宏模块 /IP 调用模块的 测试程序
行为仿真模型
HDL网表 FPGA基本单 调用模块的 （netlist） 元仿真模型 综合模型
FPGA技术
第一章 可编程逻辑器件发展历程 第二章 CPLD/FPGA概述 第三章 硬件描述语言VHDL/Verilog HDL简介
第四章 Quartus II的Verilog HDL建模与仿真
第一章 可编程逻辑器件的发展历程
一、 二、 可编程逻辑器件的发展历程 可编程逻辑器件的分类
可编程逻辑器件(PLD)
• 二、可编程器件的分类
1.按集成度来划分，分为高密度和低密度PLD器件。 • • • • • 1）集成度小于1000 门/每片的LDPLD,又称简单PLD。 PROM（可编程只读存储器） PLA （可编程逻辑阵列 ，Programmable Logic Array） PAL （可编程阵列逻辑 ，Programmable Array Logic) GAL （通用阵列逻辑，Generic Array Logic）