数字电路设计 FPGA 讲义— lecture01

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FPGA概述PPT课件

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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。
•12
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培训课件资料

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FPGA的发展趋势
总结词
随着人工智能和云计算的快速发展, FPGA的应用前景广阔,未来将朝着更高 性能、更低功耗和更智能化方向发展。
VS
详细描述
随着人工智能和云计算的快速发展,对高 性能计算和数据处理的需求不断增加, FPGA作为一种高效的硬件加速器受到了 广泛关注。未来,FPGA将朝着更高性能 、更低功耗和更智能化方向发展,以满足 不断增长的计算需求。同时,随着5G、 物联网等技术的普及,FPGA在边缘计算 和嵌入式系统中的应用也将得到进一步拓 展。
人工智能算法加速
FPGA能够针对特定算法进行硬件优化,提供高效 的计算能力,加速人工智能应用的运行。
定制化解决方案
FPGA允许针对特定需求进行硬件定制,为人工智 能应用提供更灵活、高效的解决方案。
实时处理能力
FPGA具备并行处理和低延迟特性,适用于需要实 时响应的人工智能应用场景。
云计算与FPGA
调试工具
用于在FPGA芯片上实时调试数字电 路和系统,如Xilinx的ChipScope、 Altera的SignalTap等。
03 FPGA设计实践
数字逻辑设计
01
02
03
数字逻辑基础
介绍数字逻辑的基本概念、 门电路、触发器等基础知 识。
组合逻辑设计
讲解如何使用逻辑门电路 进行组合逻辑设计,包括 加法器、比较器、多路选 择器等。
FPGA培训课件资料
目 录
• FPGA概述 • FPGA基础知识 • FPGA设计实践 • FPGA应用案例 • FPGA开发挑战与解决方案 • FPGA未来展望
01 FPGA概述
FPGA的定义与特点
总结词
FPGA(Field Programmable Gate Array)是一种可编程逻辑器件,具有高 度的灵活性和可定制性。

《FPGA入门学习》课件

《FPGA入门学习》课件
时序控制。
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电路设计实例》课件

《FPGA电路设计实例》课件

介绍FPGA时钟的设计和时钟信号的控制方法,包括时钟分频和时钟抖动的处理 方法。
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FPGA时钟的分析和优化
讲解如何分析和优化FPGA的时钟系统,避免时钟抖动和时序冲突等问题。
第四章:FPGA中的硬件模块设计
常用的硬件模块及其应用 场景
讲述FPGA中各种硬件模块的应用 以及数字锁相环、时序控制和数 据通信的实现方法。
介绍Karnaugh图的基本概念和绘制方法,并讲解其中的优化算法。
时序电路的设计和时序分析
介绍FPGA时序和FPGA时钟,学习FPGA时序电路的设计和时序分析方法,包括时序参数的 计算和显示。
第三章:FPGA时钟的设计与分析
1
时钟的概念及其作用
讲述时钟的基本概念、时钟周期和时钟信号的产生方式。
2
时钟的设计和实现方法
第七章:FPGA在实际应用中的案例
数字信号处理应用
介绍FPGA在数字信号处理中的应 用,包括数字滤波、数字信号编 码等方面。
图像处理应用
讲述FPGA在数字图像处理中的应 用,包括数字滤波、二值化、边 缘检测等方面。
通信系统应用
介绍FPGA在通信系统中的应用, 包括数字调制、信道编码、解调 等方面。
FPGA电路设计实例
欢迎来到FPGA电路设计实例PPT课件,本课程将介绍FPGA的基础知识,数字 电路设计基础,FPGA中的硬件模块设计和FPGA在实际应用中的案例。
第一章:FPGA的基础知识
FPGA的定义和发展历程
器件结构及其特点
介绍FPGA的定义和历史发展情况, 讲述FPGA的器件结构和特点,硬
学习FPGA的故障分类和典型 表现,包括时序冲突、时钟 抖动、信号捕捉等问题。
FPGA故障排除的方法 和技巧

FPGA入门培训教材共45张PPT课件

FPGA入门培训教材共45张PPT课件
# STEP#2: run synthesis, report utilization and timing synth_design -top bft -part xc7k70tfbg484-2 write_checkpoint -force $outputDir/post_synth report_timing_summary -file $outputDir/post_synth_timing_summary.rpt report_power -file $outputDir/post_synth_power.rpt # STEP#3: run placement and logic optimzation, report utilization and timingestimates, write checkpoint design opt_design place_design phys_opt_design write_checkpoint -force $outputDir/post_place report_timing_summary -file $outputDir/post_place_ti家!
# 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说课演示稿

FPGA说课演示稿










基于工作过程的项目教学和任务驱动相结合的教学方法
项目总结
报告总结
项目测试验证 项目考核 项目实施 方案确定 资料调研 项目任务
实施操作
讨论对比
项目分析
明确项目
教学 实施
工作 过程
教学 方法
五、课程考核
学生最终成绩=平时成绩20%+实验成绩50%+考试成绩30%
20% 平时成绩 实验成绩 考试成绩 30%
(三)本课程的重点、难点及解决方案—续
课程难点:
Verilog HDL语言进行电子线路系统的设计技 术 FPGA应用的设计
(三)本课程的重点、难点及解决方案—续
难点解决方案
1
采用新的教学理念 和教学方式,将 Verilog HDL语言 与EDA工程技术结 合起来,以实现良 好的教学效果,同 时大大缩短了授课 时数。
(二)课程地位
课程的地位:
本课程是电子类、通信类专业的主干课程 。
与相关课程的逻辑关系
先修课程: 电路分析基础 C语言程序设计
后继课程: 数字系统设计 SOPC可编程片上 系统设计
二、教学内容
教学 内容

教 材
教 学 内 容
重 点 和 难 点
(一)教材 出林 《 版丽 社萍 ,等 应 编用数 著》字 ,赵系 年 倩 清 统 华、设 月 。大 叶 计 学波与 、
4
6 4 4 2 2 4 4 4 6 40
理论教学内容课时总计
(二)教学内容—续
实 践 教 学 内 容
顺序 实验一


学时 4 4 3 3 2

fpga第一讲

fpga第一讲

下面开始FTGA培训的第一讲,本讲内容:一、培训简介二、基础知识回顾、三、可编程逻辑器件简介培训课程简介:主要内容与时间安排;实验板与开发板;考核方式与要求。

课程内容简介:课程目标。

要了解可编程逻辑器件CPLD FPGA的结构原理;硬件描述语言,以VR为主,如何设计数字系统;集成化设计、方法及相应的软硬件开发流程;硬件调试包括设计的系统如何下载到FPGA进行调试和验证。

课程简介的内容与安排:第1讲培训简介,基础知识回顾、PLD简介;第2讲 PLD基本原理与结构,HDL简介;第3讲 FPGA器件的选型,设计方法与流程和VHDL语言;第4讲 VHDL语言(1);第5讲 FPGA设计原则与技巧;第6讲 VHDL(2);第7讲仿真;第8讲 VHDL(3);第9讲综合、布局布线第10讲时序分析、设计优化;第11讲 IP的使用与设计,存储Memory,锁相环PLL,高速I/O等;第12讲嵌入式处理器软硬件开发(1);第13讲嵌入式处理器软硬件开发(2);第14讲嵌入式乘法器与DSP系统(1);第15讲嵌入式乘法器与DSP系统(2);第16讲模块化设计和硬Copy等等包括今后的发展。

课程简介参考资料参考书:FPGA/CPLD的相关书籍;硬件的描述语言(VHDL、Verilog、HDL等)相关书籍;EDA的相关书籍;其他参考资料与电子文档:可以从网络上获得相应的资源。

课程简介的网络资源:器件厂商网站:-如FPGA主要厂商Altera、Actel、lattice、Xilinx等厂商的网站;技术论坛包括:-;-/bbs;-;-/bbs/index.asp;-/bbs/;开放的核:-;-/freeip.htm;-www.free-;EDA软件:-Altera、Lattice和Xilinx等公司提供的开发软件。

课程简介开发板:Altera、Xilinx等专业开发板:大规模高性能的FPGA芯片和中规模低成本的FPGA芯片;含有丰富的接口包括:键盘、鼠标、VGA、USB、串口、以太网等接口、CF卡、PCI总线、内存条接口、模拟的输入等。

FPGA的基本原理ppt课件

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。
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5
(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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3
(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

FPGA零基础入门讲座

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

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第一章》PPT课件

《FPGA第一章》PPT课件

精选PPT
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其一般书写格式为:
PORT (端口名 :端口模式 数据类型;
端口名 :端口模式 数据类型;
… …);
精选PPT
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总目录 章目录 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
例:
GENERIC (trise,tfall:TIME:=1ns; Addrwidth:INTEGER:=16);
PORT(a0, a1 : IN STD_LOGIC; Add_bus:OUT STD_LOGIC_VECTOR(addrwidth-1
DOWNTO 0);
这里类属参量中参数trise为上升沿宽度,tfall为下 降沿宽度,用于仿真模块的设计;
定义地址总线的宽度为Addrwidth位,类属值 Addrwidth的改变将使结构体中所有相关的总线定义同 时改变,由此使整个设计实体的硬件结构发生变化。
总目录 章目录 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
第一章 VHDL基本结构
1.1 实体 1.2 结构体 1.3 块、子程序和进程 1.4 库和程序包 1.5 配置
精选PPT
1
一个完整的VHDL程序或设计实体,要求能为 VHDL综合器所支持,并能作为一个独立的设计单元, 即元件的形式而存在的VHDL程序。
通常VHDL程序包含五个部分:
总目录 章目录 第一节 第二节 第三节
(1)实体(ENTITY) (2)结构体(ARCHITECTURE) (3)包集合(PACKAGE) (4)库(LIBRARY) (5)配置(CONFIGURATION)
第四节 第五节
实体和结构体是必需的——可构成最简单VHDL程序。
端口模式可用下图说明,图中方框代表一个设计实体或 模块。

数字电路的FPGA设计方法和FPGA开发流程PPT教学课件

数字电路的FPGA设计方法和FPGA开发流程PPT教学课件

4.综合后仿真
综合完成后需要检查综合结果是否与原设计 一致,做综合后仿真。在仿真时,把综合生成 的标准延时文件反标注到综合仿真模型中去, 可估计门延时带来的影响。综合后仿真虽然比 功能仿真精确一些,但是只能估计门延时,不 能估计线延时,仿真结果与布线后的实际情况 还是有一定的差距。这种仿真的主要目的在于 检查综合器的综合结果是否与设计输入一致。
2020/12/10
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数字电路的FPGA开发流程
2.功能仿真 电路设计完成后,要用专用的仿真工具对设计
进行功能仿真,验证电路功能是否符合设计要 求,功能仿真有时也被称为前仿真。通过功能 仿真能及时发现设计中的错误,在系统设计前 期即可修改完成,提高设计的可靠性。
2020/12/10
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数字电路的FPGA开发流程
5.设计验证(仿真、测试)和设计实现。 当采用EDA技术和自顶向下的分层设计方法设 计系统时,每一层都应该有描述、划分、综合、 仿真等几个工作过程。这样,就能及时纠正错 误,降低了设计成本,提高了可靠性。
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数字电路的FPGA开发流程
一般来说,完整的FPGA设计流程包括 电路设计与输入、功能仿真、综合、综合 后仿真、实现、布线后仿真与验证、板级 仿真验证与调试等主要步骤。以Altera公 司的QuartusII EDA软件为例,其详细的PGA设计方法
2.描述系统功能,设计算法 描述系统功能是用符号、图形、文字、表达式
等来正确描述系统应具有的逻辑功能。设计算 法就是把系统要实现的复杂运算分解成一组有 序进行的子运算。描述算法的工具有算法流程 图、算法状态机、方框图等。
2020/12/10
7
数字电路的FPGA设计方法

教学课件第1章FPGA系统设计基础

教学课件第1章FPGA系统设计基础

1.1.2 可编程逻辑器件的编程器件工作原理
可编程逻辑器件按照编程工艺又可分为4 个种类:(l)熔丝(Fuse)或反熔丝 (Antifuse)编程器件;(2)UEPROM编程 器件;(3)EEPROM编程器件;(4) SRAM编程器件。前3类器件称为非易失 性器件,它们在编程后,配置数据保持 在器件上;第4类器件为易失性器件,每 次掉电后配置数据会丢失,因而在每次 上电时需要重新进行数据配置。
5. 随机存储器(RAM)
随机存储器也叫随机读/写存储器,简称RAM。 在RAM工作时可以随时从任何一个指定地址读 出数据,也可以随时将数据写入任何一个指定 的存储单元中去。它的优点是读、写方便,使 用灵活。缺点是一旦断电以后所存储的数据将 随之丢失,即存在数据易失性的问题。RAM电 路通常由存储矩阵、地址译码器和读/写控制 电路(也叫输入/输出电路)几部分组成,电 路结构框图如图所示。
1.可编程只读存储器(PROM)
熔丝(Fuse)或反熔丝(Antifuse)编程 器件采用PROM结构。PROM的总体结构 与掩模ROM相同,所不同的是在出厂时 已经在存储矩阵的所有交叉点上全部制 作了存储元件。存储元件通常有两种电 路形式:一种是由二极管组成的结破坏 型电路;另一种是由晶体三极管组成的 熔丝型电路,结构示意图如图所示。
最早研究成功并投入使用的EPROM是用 紫外线照射进行擦除的,并被称之为 EPROM。因此,现在一提到EPROM就是 指的这种用紫外线擦除的可编程 ROM (Ultra-Violet Erasable Programmable Read-Only Memory,简称 UVEPROM)。
EPROM采用MOS型电路结构,其存储单 元通常由叠栅型MOS管组成。叠栅型 MOS管通常采用增强型场效应管结构。 叠栅注入 MOS管(Stacked-gate Injection Metal-Oxide-Semiconductor, 简称SIMOS管)的结构原理图和符号如 图所示。

精品课件-Xilinx FPGA设计基础-第1章

精品课件-Xilinx FPGA设计基础-第1章

第1章 绪论
CPLD和FPGA两者各有特点。CPLD分解组合逻辑的功能很 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。 所以如果设计中使用到大量触发器,例如设计一个 复杂的时序逻辑,那么使用FPGA就是一个很好的选择。同时 CPLD具有上电即可工作的特性,而大部分FPGA需要一个加载 过程,所以,如果系统要求可编程逻辑器件上电就能工作,那 么就应该选择用 户的设计中实现片上存储器。
第1章 绪论
业内大多数FPGA均提供数字时钟管理(Xilinx的全部FPGA 均具有这种特性)。Xilinx推出的FPGA提供数字时钟管理和相 位环路锁定。相位环路锁定能够提供精确的时钟综合,且能够 降低抖动,并能够实现过滤功能。
总体来说,PLD的优势可以概括如下: (1) PLD在设计过程中为客户提供了更大的灵活性,因 为对于PLD来说,重复设计只需要简单地改变编程文件就可以 了,而且设计时改变的结果可立即在工作器件中看到。
第1章 绪论
(2) PLD不需要漫长的前置时间来制造原型或正式产品 (PLD器件已经放在分销商的货架上并可随时付运。)
第1章 绪论
线在CLB和I/O之间发送信号。有几种布线方法,从CLB内部互 联到实现时钟与其他全局信号低歪斜布线的水平和垂直长线。 除非特别规定,对用户而言设计软件中的互联布线任务是透明 的,这样就极大地降低了设计复杂度。
FPGA支持很多I/O标准,这样就为用户的系统提供了理想 的接口连接。FPGA内的I/O按组分类,每组都能够独立地支持 不同的I/O标准。当今领先的FPGA提供了很多I/O组,实现了 I/O支持的灵活性。
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─ Higher level of abstraction than gates
Synthesis tool translates to a circuit of gates that performs the same function
Top-down/bottom-up design
Digital Design — Chapter 1 — Introduction and
21
Methodology
Synthesis
We usually design using register-transferlevel (RTL) Verilog
networks, digital appliances
14
Basic Digital Circuit Components
Primitive components for logic design
AND gate
OR gate
inverter
0 1
multiplexer
15
Sequential Circuits
N OK? Y
Integration Verification
N OK? Y
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What we learn by the end of semester
Processor building blocks
─ Binary number representations ─ Types of Adders ─ Multipliers ─ Complex arithmetic hardware ─ Memories
─ Artix-7 FPGA
Prerequisite
─ CMPE 415
─ CMPE 310
5
Course Description
Lectures Handouts Homework/ projects
─ Three/four HWs
Midterm Exam
─ End of March (or early April)
Ask questions at any time Participate in the class (%5 of your grade) Silence phones Hold conversations outside of class
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Advanced FPGA Design
FPGA: Field Programmable Gate Arrays Advanced: Basic knowledge of FPGA
Communication algorithms and systems Design optimization targeted for FPGA
─ Verilog synthesis to a gate netlist ─ Delay estimation and reduction ─ Area estimation and reduction ─ Power estimation and reduction
Y OK? N
Y OK? N
Y OK? N
Digital Design — Chapter 1 — Introduction and Methodology
Manufacture Test
20
Hierarchical Design
Circuits are too complex for us to design all the detail at once
Design subsystems for simple functions
Compose subsystems to form the system
─ Treating subcircuits as “black box” components
─ Verify independently, then verify the composition
─ Mixture of gates and storage components ─ Combinational parts transform inputs and
stored values
16
Flipflops and Clocks
Edge-triggered D-flipflop
─ stores one bit of information at a time
Circuit whose output values depend on current and previous input values
─ Include some form of storage of values
Nearly all digital systems are sequential
13
Common Trends
Analog based →Digital based
─ Music: records, tapes → CDs ─ Video: VHS, 8mm → DVD, Blu‐ray ─ Telephony, cell phones: analog (1G) → digital (2G, 3G, 4G, …) ─ Television: NTSC → digital (DVB, ATSC, ISDB, …) ─ Many new things use digital data and “speak” digital: computers,
Digital design energy‐efficiencies are rapidly increasing Once a digital processor has been designed in a portable format
(gate netlist, HDL, software), very little effort is required to “port” (re‐target) the design to a different processing technology. Analog circuits typically require a nearly‐complete re‐design. Digital circuit capabilities are rapidly increasing Analog A/D speed x resolution product doubles every 5 years Digital processing performance doubles every 18‐24 Months (6x to 10x every 5 years
Final Project and Presentation (or Final exam)
─ A simple communication system design and optimization.
Active participation (5% of your grade)
6
Lectures
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A Simple Design Methodology
Requirements and
Constraints
Design
Synthesize
Physical Implementation
Functional Verification
Post-synthesis Verification
Physical Verification
─ Urgent announcements
Web page
─ /~tinoosh/cmpe650/
Office hours
─ By appointment
3
Course Description
This course focuses on
─ Advanced topics for a complete digital system design
Y. Neuvo, ISSCC 2004
Cellphone Architecture Example
Integrated Transceiver
Cellphone chips have multiple processing cores and support multiple applications and features
─ Discrete time and values
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Digital Processing vs Analog Processing
Digital arithmetic is completely stable over process, temperature, and voltage variations ─ Ex: 2.0000 + 3.0000 = 5.0000 will always be true as long as the circuit is functioning correctly
1993 iPhone 3GS
Chip integration is increasing every generation Cell phone size is decreasing
Users want more features every generation Power budget is very limited
Ex: Integrated Transceiver: WiFi (802.11a/b/g), Bluetooth, FM
, 10
C.H. Van Berkel, DATE 2009
Digital Systems
Electronic circuits that use discrete representations of information
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