嵌入式系统设计FPGA实验箱
基于FPGA的嵌入式系统开发
基于FPGA的嵌入式系统开发的实验报告应福军徐飞Linux操作系统近年来在嵌入式领域中发展很快，由于其强大的性能和开源免费的特点，越来越受到嵌入式系统开发商的青睐，信息家电、网络设备、手持终端等都是嵌入式Linux应用的广大市场。
FPGA生产商Xilinx公司提供了全面的嵌入式处理器解决方案,包括PowerPC、MicroBlaze和PicoBlaze三款RISC结构的处理器核。
其中,MicroBlaze 是32位嵌入式软核处理器解决方案,支持CoreConnect总线的标准外设集合,具有兼容性、可配置性以及重复利用性,能够根据成本和性能要求提供高性价比的处理性能。
支持MicroBlaze处理器的嵌入式操作系统很多,比如μC/OS-II、BuleCat ME Linux、RTA MB、ThreadX、PetaL-inux等等。
本次项目实验是在xilinx 公司的spartan_3E开发板上移植petalinux内核一、实验目的通过成功做一个嵌入式项目，把前期课堂学习转化成实践能力，真正具备基础的嵌入式开发能力，为今后的更大的项目实践打下基础二、实验步骤1.在EDK中建立基本硬件系统新建工程，添加DCE,LED,FLASH,DDRAM,MAC,以及定时器等IP核2. 在EDK中创建BSPBSP是在EDK中创建BSP板级支持包（Board Support Package），是介于主板硬件和操作系统之间的一层，应该说是属于操作系统的一部分,主要目的是为了支持操作系统，使之能够更好的运行于硬件主板。
BSP是相对于操作系统而言的，不同的操作系统对应于不同定义形式的BSP,例如VxWorks的BSP和Linux的BSP相对于某一CPU来说尽管实现的功能一样，可是写法和接口定义是完全不同的，所以写BSP一定要按照该系统BSP的定义形式来写（BSP的编程过程大多数是在某一个成型的BSP模板上进行修改），这样才能与上层OS保持正确的接口，良好的支持上层OS。
嵌入式系统实验箱说明书.doc
嵌入式系统实验箱说明书..EFLAG-ARM-S3C44B0嵌入式系统实验箱说明书北京工业大学电控学院DSP和嵌入式系统研究室二零零四年十月一、系统概述嵌入式系统是嵌入式计算机系统的简称，以ARM为CPU的SOC系统作为嵌入式系统的硬件基础，以实时（uC/OS, VxWorks等）或非实时的(uCLinux, Linux, WinCE等)嵌入式操作系统作为软件平台。
这样的嵌入式系统是一个完整的计算机系统。
特别是有了嵌入式操作系统的支持以后，系统的软件开发的复杂程度大大降低。
程序员在操作系统层面设计和编写程序，降低了对程序员硬件知识水平的要求，扩大的开发队伍，提高了开发速度，缩短了开发周期，增强了系统的可靠性和稳定性。
ARM是处理器，“ARM”即是ARM公司的名字，也是ARM CPU的名字。
ARM公司是一家集成电路设计公司，本身不生产芯片，也不销售芯片，ARM公司向其他芯片制造厂商出售他们的设计，即IP （知识产权）。
芯片制造公司（如Intel，Samsung，Atmel，Philips等）生产基于ARM处理器的SOC（片上系统）芯片。
ARM公司要求，所有使用ARM处理器的芯片必须印有ARM标志。
ARM本身是CPU，不是单片机。
以ARM为CPU生产的SOC芯片在内部结构上是完整的计算机系统结构，而非传统单片机的控制器结构，故以ARM为核心制造的芯片区别原有的单片机而被称之为SOC芯片。
ARM处理器被许多芯片制造大厂采用，芯片制造厂商使用ARM处理器，再整合不同的外设，生产出不同的SOC芯片，如Intel使用ARM V5TE版本处理器，添加SDRAM控制器，LCD控制器，USB控制器，串口，IIC等外设生产Xscale芯片，Xscale 是Intel公司的SOC芯片，其内部使用的处理器是ARM。
不同厂商基于同一个版本的ARM处理器生产的SOC芯片CPU的指令集是相同的，这就给开发人员带来了极大的便利，更大的加速了ARM处理器的市场占有率。
嵌入式实验箱使用步骤
嵌入式系统JTAG调试步骤1．将PC与调试器Multi-ICE用并口连接；调试器与开发板用14或20针的JTAG线连接。
2．依次打开调试器电源、开发板电源。
3．启动Multi-server服务程序并选择2410配置文件（事先已经配置好文件）。
如下图：图14．通过Codewarrior启动AXD Debugger，或者直接启动AXD Debugger，如下图所示：图25．首次使用需要配置JTAG调试方法。
选择Options->Configure Interface，在General标签中的设置为下图所示：图36．选择Options->Configure Target弹出如下图所示对话框：图4如果是首次使用则图中只有前两项，需要单击Add按钮在安装程序中找到Multi-ICE.dll文件，然后单击Configure按钮，弹出下图所示对话框：图5然后，选择ARM处理器ARM920T，点击确定按扭回到图4所示，再在图4中点击OK按扭回到AXD调试环境。
就会显示下图所示，表示已经连接上了ARM芯片。
7．然后，选择System Views->Command Line Interface，如下图所示：图78．在Command Line Interface中输入obey d:\2410.ads，其中d:\2410.ads表示配置ads中2410的环境文件目录。
运行命令后，出现如下图所示：图89．以上就是配置好了2410的调试环境，最后选择File->Load Image…，加载程序。
10．置断点、打开有关变量、寄存器和内存等界面进行观察。
11．调试运行，如go、step…12．若要修改程序需要重新编译，可重复以上步骤直到调试成功。
13．退出AXD，关闭开发板和调试器的电源。
基于FPGA的嵌入式系统设计与开发研究
基于FPGA的嵌入式系统设计与开发研究嵌入式系统是指具有特定功能的计算机系统，被嵌入到其他设备中以完成特定任务。
嵌入式系统的设计与开发在现代技术领域中具有重要的地位，其中基于可编程逻辑器件（FPGA）的嵌入式系统尤为重要。
本文将探讨基于FPGA的嵌入式系统设计与开发的研究，并分析其在实际应用中的价值与挑战。
首先，我们需要了解FPGA是什么。
FPGA是一种基于可编程逻辑门阵列（PLA）的集成电路芯片，具有灵活性和可编程性，可以通过配置器件中的逻辑门和连接资源来实现各种硬件功能。
相比于传统的固定功能集成电路，FPGA具有更高的性能、灵活性和可靠性，因此广泛应用于嵌入式系统设计与开发中。
基于FPGA的嵌入式系统设计与开发的研究主要涉及以下几个方面：硬件设计、嵌入式软件开发、系统集成与验证。
在硬件设计方面，基于FPGA的嵌入式系统需要首先确定系统的需求和功能，然后进行硬件结构设计。
硬件设计主要包括逻辑设计、电路设计、时序设计等。
通过使用硬件描述语言（HDL）如VHDL或Verilog来描述系统的行为和结构，设计师可以实现各种硬件模块和接口，并通过逻辑综合工具生成对应的电路网表。
随后，通过布局布线工具将电路网表映射到FPGA的逻辑单元和资源中，最终生成比特流文件（Bitstream），供FPGA配置器件使用。
嵌入式软件开发是基于FPGA的嵌入式系统设计与开发中的另一个重要方面。
嵌入式软件开发主要涉及嵌入式处理器的选择与集成、固件编程、设备驱动程序的开发等。
在嵌入式系统设计中，使用处理器核心与FPGA逻辑单元进行协同工作，处理器核心负责控制和高层次算法处理，FPGA逻辑单元负责实时数据处理和硬件加速，使得系统具有较高的性能和吞吐量。
通过使用嵌入式软件开发工具如Eclipse等，设计师可以编写和调试嵌入式软件，并将其烧录到FPGA中。
系统集成与验证是保证基于FPGA的嵌入式系统正常运行的关键步骤。
系统集成主要涉及将各个硬件模块、嵌入式软件和外设等组合到一起，并实现合适的通信和数据交换机制。
FPGA嵌入式系统开发与实例
03
fpga嵌入式系统设计语 言及工具
vhdl语言
总结词
VHDL是一种用于描述数字电路和系统的硬件描述语言。
详细描述
VHDL是一种超前描述语言，可以用于描述时序和组合逻辑电 路，以及更复杂的数字系统。它支持信号赋值、条件语句、 循环语句等结构，适用于描述复杂的数字系统。
verilog语言
总结词
FPGA嵌入式系统的主要目的是 利用FPGA的并行处理能力和灵 活性来提高整个系统的性能和
效率。
在FPGA嵌入式系统中，FPGA 通常被用作执行复杂逻辑功能 和并行数据处理的核心部件。
fpga嵌入式系统应用领域
通信
FPGA嵌入式系统广泛应用于通信领域，如高速数 据传输、无线通信、光纤通信等。FPGA可以用于 实现复杂的调制解调、信号处理和数据压缩等功 能。
根据需求分析结果，进行硬件部分的设计，包括 芯片选型、电路设计、接口设计等。
软件设计
进行软件部分的设计，包括编程语言选择、算法 设计、程序结构规划等。
硬件与软件的集成
将硬件和软件部分进行集成，实现预定的功能和 性能。
仿真验证
仿真环境搭建
选择合适的仿真工具，搭建仿真环境，为后续仿真 验证提供条件。
功能验证
Verilog是一种用于描述数字电路和系统的硬件描述语言。
详细描述
Verilog是一种基于事件的描述语言，可以用于描述数字电路和系统的行为和 结构。它支持模块化设计、信号赋值、条件语句、循环语句等结构，适用于 描述复杂的数字系统。
icarus tool
总结词
Icarus是一个开源的FPGA设计工具，用于Verilog HDL模拟和综合。
安全性和可靠性
嵌入式系统广泛应用于各个领域，对其安全性和可靠性的 要求也越来越高，需要采取有效的措施来确保系统的安全 性和可靠性。
嵌入式系统——实验1
《嵌入式系统设计（实验课）》内容安排《嵌入式系统设计（实验课）》是《嵌入式系统设计》课程的一个重要环节。
通过实验，学生可以对嵌入式系统的设计与开发过程有更深地体会。
实验课共八次，每次2学时，实验内容结合课程内容，介绍一般的实验开发流程和软件硬件开发环境，并辅之以典型的嵌入式程序设计实例，使学生掌握基本的嵌入式软件开发技能。
大量的具有实际应用背景的实验，更将理论与实践结合起来，使实验内容更加生动。
实验报告要求一、实验名称:说明:本次实验的名称二、实验目的:说明:本次实验的主要目的,参考每次的实验指导书三、实验环境:说明:实验用到的硬件软件环境。
四、实验内容与步骤:说明:实现实验目的而进行的实验内容，如果有步骤要求则简要列出步骤五、实验报告总结:说明:对本次实验的总结，１．画出主函数的程序流程图，２．重写主程序．或者：自拟一个新的应用，参照本次实验的主程序，重新设计主程序并给出详尽注释。
３．其他，本次实验得到了什么？收获是什么？有些什么别的想法？六、建议与意见:说明:对于此次实验内容或在实验过程中有任何问题或建议，以及对于改善实验效果有什么建议，均可提出。
在书写实验报告的过程中，主要是帮助自己回顾和总结实验。
重点放在第五部分，前四项可以十分简要地列写，第六项有则提出，无则不写。
实验一嵌入式微处理器系统的开发环境一、实验环境PC机一台软件： ADS 1.2集成开发环境一套二、实验目的1.了解嵌入式系统及其特点；2.熟悉嵌入式系统的开发环境和基本配置并能编写简单的汇编程序三、实验内容1.嵌入式系统的开发环境、基本配置2.使用汇编指令完成简单的加法实验四、实验步骤（1）在D:\新建一个目录，目录名为experiment。
（2）点击 WINDOWS 操作系统的“开始|程序|ARM Developer Suite v1.2 |Code Warrior for ARM Developer Suite”启动Metrowerks Code Warrior，或双击“ADS 1.2”快捷方式启动。
HL-C8051F嵌入式实验开发系统、单片机实验箱
HL-C8051F嵌入式实验开发系统/单片机实验箱一、概述HL-C8051F嵌入式实验/开发系统是针对C8051F单片机（SOC）而开发的。
C8051F单片机完全兼容MCS-51指令系统，利用此平台，不仅可以开展传统的MCS-51单片机教学，如指令系统、中断系统、I/0口接口实验、外围逻辑和通信实验，也可以讲授片上系统（SOC）的概念、体系结构、设计方法、系统应用。
该实验系统实现了C8051F单片机片上的全部资源，并集成了USB主从通信，TCP/IP以太网通信，UCOS-II嵌入式系统移植源码。
我们编写了所有功能和模块的测试程序，提供了大量的实例，使学生在学会C8051F系列片上系统单片机开发方法的同时，感受到片上系统单片机在设计方法上的革新和解决的高效。
二、实验系统组成:（1）CPU板：CPU核心模块采用C8051F020芯片，该芯片是C8051F系列单片机中功能最为其全的一款；集成开发环境支持Silicon Labs IDE和KEIL C软件。
（2）片内：64K FLASH，4K XRAM片外扩展：256K FLASH，32K XRAM（3）CPU板C8051F020芯片I/0引脚全部引出，可以和用户外部电路连接；（4）实验系统带有JTAG接口，并配有HL-EC5型USB高速通讯专业仿真器，通过4脚的JTAG接口可以进行非侵入式、全速的在线系统调试、仿真；（5）4*4阵列式键盘；（6）8位逻辑电平开关输出、8位LED逻辑电平显示；（7）6位动态八段LED数码管；（8）2路单脉冲信号发生电路和1路8MHZ时钟发生电路；（9）时钟分频电路；（10）模拟量发生器电路和逻辑笔电路；（11）8*8LED点阵及驱动电路；（12）128*64LCD液晶显示屏；（13）蜂鸣器电路；（14）直流电机测速电路；（15）四相步进电机及驱动电路；（16）继电器电路及接口；（17）双通道RS-232接口；（18）SPI接口，LED数码管显示；（19）IIC接口，接24C01串行EEPROM；（20）IIC接口，PCF8563日历时钟；（21）8路12位AD，2路12位DA接口；（22）D12USB从机通信；（23）SL811USB主机通信；（24）TL801910M以太网通信；三、C8051F020单片机主要特点：1、模拟外设:(1)逐次逼近型(SAR)12位ADC(ADC0)●可编程转换速率，最大100ksps●可多达8个外部输入；可编程为单端输入或差分输入●可编程放大器增益：16、8、4、2、1、0.5●数据相关窗口中断发生器●内置温度传感器（±3°C）(2)8位ADC(ADC1)●可编程转换速率，最大500ksps●8个外部输入●可编程放大器增益：4、2、1、0.5(3)两个12位DAC●可以同步输出，用于产生无抖动波形(4)两个模拟比较器●16个可编程回差电压值●可用于产生中断或复位(5)电压基准●内部基准（2.4V）(6)精确的VDD监视器和欠压检测器●可通过MONEN引脚允许或禁止。
FPGAFPGA实验箱使用说明
FPGA实验箱使用说明●该板器件型号为Cyclone公司的EP1C6Q240C8●使用BYTE BLASTER 2下载线接JT AG上的BYTE BLASTER 2接口进行下载。
●配套软件Quartus 2 (4.0).（注意MaxPLUS II 不支持该型号的FPGA芯片的下载！）●注意：程序下载完后，需要下载线拔掉，程序才能正常运行。
●输入口（JP4）和输出口（JP3）千万不要接反，以免烧坏芯片。
●硬件使用说明：接通电源，指示灯D1亮。
JP3作为输出口，JP4做输入口。
●软件使用说明：1.创建一个新项目（new project）。
单击file菜单中的新项目向导“new project wizard”。
根据提示单击next按扭，然后在出现的框图中，在第一行填上要建立新项目的路径和名称，在第二行填入项目所包含的编程文件，第三行自动生成与第二行相同的名称。
继续单击按钮，如果项目不存在，则单击是按钮，再点击finish，生成新项目。
2.在file 菜单中选择new，建立一个新文件。
如果用VHDL编程，在device design files选项卡中选择vhdl file，然后单击按钮。
3.程序编写完后，选择菜单“Processing”中的“start compilation”对程序进行编译。
4.在菜单“Assignments”中的“Device”选择要使用的器件。
选择菜单“Assignments”中的“Assign Pins”命令，对管脚进行指定分配。
5.如果需要，可以进行仿真模拟，看时序。
新建一个文件波形文件，file->new->other files->vector waveform file，然后将输入波形模拟好，输出端口也列出来，最后保存该文件。
接着点击start simulation按钮开始仿真，仿真完毕将弹出仿真结果。
6.芯片下载，单击下载图标，弹出一个对话框，在mode中选择active serial programming，然后在Add File中选择自己的文件，选中Program/configure，verify，blank-check . 然后按start。
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。
将FPGA熔入嵌入式系统设计
传统设计方案的失败
微处理器成功的关键不在于器 过 可 配 置 的 硬 件 （ 质 上 是 一 个 硬 复杂性和相互依赖程度 的增加。随 本 件本身 ，而在于它让工程师们将重 件 包） 与其 内存 和外设连接 。这就 着更多设计转入 “ 软 平台 ，传统 要的设计难题从硬连接环境转 换为 抽 象 了处 理器 的接 口。 简单地 对 设 计 领 域 如硬 件 、软 件 和 Ｆ Ｇ 间 Ｐ Ａ
“ 领域 的能力 软” 板级硬件平 台设 Ｆ ＰＧＡ 重新编程就改变 了硬件包 ， 的界限越来越模糊 。采用 不同工具
计继续使用熟悉的 “ 硬连接 、现用 系统设计师可以轻易改变处理器 内 独立处理这些设计元素变得越来越
器件”模式 ，但是平 台中的产品特 核 ，甚至在硬 的或软的处理器间转 困难 且效率低下。 性或智能的开发可以为 “ 软件” 使 换 ，无需修改其他系统硬件。从系 。 在单个流程 中转入到更高抽象
具有 几个优点 ： 首先 ，在硬件 综合 时把块视为 “ 黑盒” 从而加快进程 ，
诸如Ｆ ＧＡ这样的可编程技术 的处理 ； 二 ，与板级 的分立组件 Ｐ 第 码结构的情况下 ，基于 Ｆ ＧＡ的组 Ｐ
每个组件的专业化程度的增加导致 的真正潜力在于其不再区分硬件和 的使用一样 ，在无需了解底层 的代 最终产 品更难装配。这将 消耗 大量 软件 。随着我们 不断 利用该潜力 ， 设计时 间并最终 妨碍 产品创新 。 硬件、软件和可编程硬件 的设计就 件 块 即 可被 使 用 。尽 管 ，组 件 背 后 的原理很复杂 ，但设计者 只需要知
嵌入式系统设计FPGA实验箱
FPGA实验板器件 4x4矩阵键盘(KX1)上行1 4x4矩阵键盘(KX2)上行2 4x4矩阵键盘(KX3)上行3 4x4矩阵键盘(KX4)上行4 4x4矩阵键盘(KY1)左列1 4x4矩阵键盘(KY2)左列2 4x4矩阵键盘(KY3)左列3 4x4矩阵键盘(KY4)左列4 SD卡（FSD_CS） SD卡（FSD_MOSI） SD卡（FSD_SCK） SD卡（FSD_MISO） 网卡（N19）可扩他用左1 网卡（N20）可扩他用左2 网卡（N21）可扩他用左3 网卡（N24）可扩他用左4 网卡（N25）可扩他用左5 网卡（N28）可扩他用左6 网卡（N29）可扩他用左7 网卡（N35）可扩他用左8 网卡（N38）可扩他用左9 网卡（N40）可扩他用左10 网卡（N42）可扩他用左11 ARM（P20）可扩他用左1 ARM（P21）可扩他用左2 ARM（P22）可扩他用左3 ARM（P23）可扩他用左4 ARM（P24）可扩他用左5 ARM（P25）可扩他用左6 ARM（P26）可扩他用左7 ARM（P27）可扩他用左8 ARM（P28）可扩他用左9 ARM（P29）可扩他用左10
管脚 23 181 182 185 187 189 192 198 77 76 4138 143 37 34 163 165 152 161 106 110 112 113 114 115 116 117
FPGA实验板器件 管脚 TLC549（ADCS） 169 TLC549（ADDATA） 171 TLC549（ADCLK） 175 ADC0804(AD0) 151 ADC0804(AD1) 69 ADC0804(AD2) 67 ADC0804(AD3) 63 ADC0804(AD4) 60 ADC0804(AD5) 58 ADC0804(AD6) 47 ADC0804(AD7) 208 ADC0804(ADCS) 206 ADC0804(ADRD) 203 ADC0804(ADWR) 200 共阳数码管(SMG0-A) 74 共阳数码管(SMG1-B) 70 共阳数码管(SMG2-C) 68 共阳数码管(SMG3-D) 64 共阳数码管(SMG4-E) 61 共阳数码管(SMG5-F) 59 共阳数码管(SMG6-G) 57 共阳数码管(SMG7-DP) 48 共阳数码管(SEG1-左1) 207 共阳数码管(SEG2-左2) 205 共阳数码管(SEG3-左3) 201 共阳数码管(SEG4-左4) 199 共阳数码管(SEG5-左5) 197 共阳数码管(SEG6-左6) 193 共阳数码管(SEG7-左7) 191 共阳数码管(SEG8-左8) 188 DS1302(CLK) 31 DS1302(IO) 14 DS1302(CE) 12
基于FPGA的嵌入式系统的设计与实现
基于FPGA的嵌入式系统的设计与实现嵌入式系统是指集成在各种电子设备中的特定功能系统。
随着嵌入式系统的发展，FPGA (Field-Programmable Gate Array)由于其灵活性和可重构性成为制作嵌入式系统的理想选择。
本文将介绍基于FPGA的嵌入式系统的设计与实现，包括硬件设计、软件开发和系统测试等方面。
基于FPGA的嵌入式系统设计的第一步是进行硬件设计。
在硬件设计中，需要确定系统的需求和功能，选择适当的FPGA芯片，并设计系统的电路图。
硬件设计通常涉及选择和连接各种外设（如传感器、通信接口等）以及配置和连接FPGA芯片内部资源（如逻辑单元、时钟网络等）。
在FPGA芯片上，可以使用硬件描述语言（如VHDL或Verilog）来实现各个模块的功能。
硬件设计的目标是通过合理的资源配置和设计减小系统的功耗、提高系统的稳定性和性能。
在硬件设计完成后，接下来需要进行软件开发。
软件开发主要包括驱动程序的编写和应用程序的开发。
驱动程序负责控制和配置硬件资源，使其能够与应用程序进行通信和交互。
驱动程序通常使用硬件描述语言编写，然后通过FPGA开发工具进行编译和烧录到FPGA芯片中。
应用程序的开发涉及选择适当的开发工具和编程语言（如C或C++），编写程序代码，实现系统的各种功能和算法。
软件开发的目标是提供友好的用户界面、优化的系统性能以及稳定的系统功能。
完成硬件设计和软件开发后，还需要对系统进行测试和验证。
测试和验证旨在确保系统的功能和性能符合设计规格。
测试可以分为功能测试和性能测试两个阶段。
功能测试通过使用各种测试用例和测试工具对系统的各个功能进行测试和验证。
性能测试通过对系统进行负载测试和压力测试，以评估系统在不同负载和压力条件下的性能表现。
测试和验证是系统开发的最后一步，通过对系统的全面测试和验证，可以确保系统的质量和稳定性。
总结来说，基于FPGA的嵌入式系统的设计与实现涉及硬件设计、软件开发和系统测试等多个方面。
FPGA在嵌入式系统中的应用探索
FPGA在嵌入式系统中的应用探索嵌入式系统是一种专门设计用于特定应用或特定功能的计算机系统，通常被嵌入到其他设备或系统中，例如工业自动化、军事设备、医疗设备、汽车电子等。
与通用计算机系统相比，嵌入式系统通常对可靠性、实时性和节能性有更高的要求。
为了满足这些要求，嵌入式系统的硬件部分往往需要专门定制。
FPGA（可编程门阵列）是一种集成电路芯片，它通过在硬件级别上重新配置内部电路来实现灵活性和可编程性。
相比于专用ASIC（专用集成电路）设计，FPGA具有更快的开发时间、更低的成本以及更大的设计灵活度。
这些特点使得FPGA成为嵌入式系统中的一种重要的硬件加速器。
FPGA在嵌入式系统中的应用主要体现在以下几个方面：1. 高性能数据处理：FPGA的可编程性和并行处理能力使其成为处理海量数据的理想选择。
例如，在无线通信系统中，FPGA可以用于实现高速的信号处理算法。
同时，FPGA还可以通过硬件加速器方式，提供高性能的图像和视频处理、数据压缩和解压缩等功能。
2. 低功耗应用：在嵌入式系统中，低功耗是一个十分重要的考虑因素。
FPGA的硬件可编程性意味着可以根据具体应用的需求进行优化设计，避免不必要的功耗消耗。
此外，FPGA还可以灵活地实现低功耗处理算法和电源管理功能，使得嵌入式系统能够在节能的前提下提供较高的性能。
3. 系统集成和定制化：FPGA在嵌入式系统中可以用于实现各种外设接口和通信协议，如GPIO、UART、SPI、I2C等。
通过FPGA的可编程性，可以实现对系统硬件的定制和灵活调整，使得嵌入式系统与外部设备的连接更加方便快捷。
4. 实时性要求：在很多嵌入式系统中，实时性是至关重要的。
FPGA的并行处理能力和低延迟特性使其能够满足这些实时性要求。
例如，在工控系统中，FPGA可以用于实现高速的数据采集和实时控制，保证系统的工作稳定性和可靠性。
除了以上几个应用方向，FPGA在嵌入式系统中还有许多其他的应用。
FPGA上的嵌入式系统设计实例 作者 赵峰_ 第5章
第5章 嵌入式操作系统
RTLinux是一个最初在新墨西哥理工学院开发的硬实时 Linux API。RTAI(DIAPM)是由Polytechnic Politecnico di Milano(DIAPM)航天工程部的程序员开发的RTLinux 实时API 的副产品。EL/IX是一个计划中的基于POSIX的硬实时Linux API， 由Red Hat发起。Linux-SRT是个实时API的软实时替代 品，它可以使所有的Linux程序无需修改或者重新编译即可增 强性能。
第5章 嵌入式操作系统
BIOS的作用更像是嵌入式系统中的Bootloader(最底层的 引导软件,初始化主板的基本设置，为接收外部程序做硬件上 的准备)。BSP是和操作系统绑在一起运行在主板上的，尽管 BSP的开始部分和BIOS所做的工作类似，可是大部分和BIOS 不同，作用也完全不同。此外，BSP还包含和系统有关的基本 驱动(如串口、网口等)，程序员还可以编程修改BSP，在BSP 中任意添加一些和系统无关的驱动或程序，甚至可以把上层 开发的统统放到BSP中。而BIOS程序是用户不能更改、编译 编程的，只能对参数进行修改设置，只包含一些最基本的I/O 硬件驱动。
第5章 嵌入式操作系统
用户也可以添加自己的程序到BSP中，但严格来说 不应该算BSP，一般不建议这种做法。因为一旦操作系 统能良好运行于最终的主板硬件后，BSP也就固定了， 不需要做任何改动。而用户自己在BSP中的程序还会不 断地升级更新，这样势必对BSP有不好的影响，对系统 造成影响，同时由于BSP调试编译环境较差，也不利于 程序的编译调试。
第5章 嵌入式操作系统
BSP一般包含一段引导启动代码(Bootloader)以及板上 所有器件的设备驱动程序，其中引导启动代码可为操作系 统启动提供最基本的支持。所以，BSP是和操作系统以及 硬件设备驱动紧密联系的。
基于FPGA的嵌入式系统设计
基于FPGA的嵌入式系统设计一、嵌入式系统概述嵌入式系统是指被嵌入到其他系统或机器中，拥有特定功能的计算机系统。
它被广泛应用于工业生产，医疗器械，家庭设备等领域。
传统的嵌入式系统使用单片机和DSP等处理器，但随着FPGA（Field-Programmable Gate Array）的逐渐成熟和普及，越来越多的嵌入式系统开始采用FPGA作为核心控制器，以实现更高效、更灵活的系统设计。
二、 FPGA简介FPGA是一种可现场编程（Field Programmable）的门阵列（Gate Array）器件，它具有抗干扰能力强，灵活性高，可重构性好，功耗低等特点，可以在设计硬件时替代传统的ASIC。
FPGA由大量的逻辑单元、存储器和输入输出引脚组成，用户可以通过设计相应的电路图和底层语言（如Verilog或VHDL），在FPGA内部实现各种逻辑功能和数据处理。
此外，设计好的电路图也可以通过外部编程器下载到FPGA中。
三、 FPGA在嵌入式系统中的应用对于一些需要快速处理大量数据、低功耗、高稳定性的嵌入式系统，传统的处理器已经无法满足需求。
而FPGA则能够提供更高效、更灵活的解决方案。
1. 图像处理图像处理是FPGA在嵌入式系统中的重要应用领域之一。
图像处理通常需要大量并行处理和高带宽数据传输，FPGA能够实现高速、低时延的图像数据采集、处理和输出。
比如安防摄像头、工业相机等。
2. 数字信号处理FPGA在数字信号处理中也有广泛应用。
由于FPGA具有抗干扰能力强和并行处理能力强等优势，它能够轻松实现高速FFT、滤波、解调、编码等数字信号处理算法，实现高速数据的采集、处理和存储。
比如基于FPGA的音频解码器、雷达信号处理器等。
3. 无线通信应用FPGA也被广泛应用于无线通信领域，如基站、卫星通信等。
FPGA可实现高速数据传输、串行通信和多路复用等功能，可以使无线通信设备有更快更可靠的数据传输速度。
4. 军事设备军事设备通常要求具有高度的可靠性、防错能力和实时性。
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管脚 23 181 182 185 187 189 192 198 77 76 45 43 564 163 165 152 161 106 110 112 113 114 115 116 117
FPGA实验板器件 管脚 TLC549（ADCS） 169 TLC549（ADDATA） 171 TLC549（ADCLK） 175 ADC0804(AD0) 151 ADC0804(AD1) 69 ADC0804(AD2) 67 ADC0804(AD3) 63 ADC0804(AD4) 60 ADC0804(AD5) 58 ADC0804(AD6) 47 ADC0804(AD7) 208 ADC0804(ADCS) 206 ADC0804(ADRD) 203 ADC0804(ADWR) 200 共阳数码管(SMG0-A) 74 共阳数码管(SMG1-B) 70 共阳数码管(SMG2-C) 68 共阳数码管(SMG3-D) 64 共阳数码管(SMG4-E) 61 共阳数码管(SMG5-F) 59 共阳数码管(SMG6-G) 57 共阳数码管(SMG7-DP) 48 共阳数码管(SEG1-左1) 207 共阳数码管(SEG2-左2) 205 共阳数码管(SEG3-左3) 201 共阳数码管(SEG4-左4) 199 共阳数码管(SEG5-左5) 197 共阳数码管(SEG6-左6) 193 共阳数码管(SEG7-左7) 191 共阳数码管(SEG8-左8) 188 DS1302(CLK) 31 DS1302(IO) 14 DS1302(CE) 12
FPGA实验板器件 50MHz晶振（时钟输入） LED1（绿）高电平有效 LED2（黄）高电平有效 LED3（红）高电平有效 LED4（上）低电平有效 LED5（右）低电平有效 LED6（下）低电平有效 LED7（左）低电平有效 串口1（RXD） 串口1（TXD） usb转串口（TXD） usb转串口（RXD） 按键SW1（左2） 按键SW2（左3） 按键SW3（左4） 按键SW4（左5） HS0038(红外) DS18B20(温度传感器) BELL(蜂鸣器) 24C02(IIC_SCL) 24C02(IIC_SDA) PS2下(PS2_CLK) PS2下(PS2_DATA) PS2上(PS2_CLK1) PS2上(PS2_DATA1) 独立拨码BM8(左1) 独立拨码BM7(左2) 独立拨码BM6(左3) 独立拨码BM5(左4) 独立拨码BM4(左5) 独立拨码BM3(左6) 独立拨码BM2(左7) 独立拨码BM1(左8)
FPGA实验板器件 4x4矩阵键盘(KX1)上行1 4x4矩阵键盘(KX2)上行2 4x4矩阵键盘(KX3)上行3 4x4矩阵键盘(KX4)上行4 4x4矩阵键盘(KY1)左列1 4x4矩阵键盘(KY2)左列2 4x4矩阵键盘(KY3)左列3 4x4矩阵键盘(KY4)左列4 SD卡（FSD_CS） SD卡（FSD_MOSI） SD卡（FSD_SCK） SD卡（FSD_MISO） 网卡（N19）可扩他用左1 网卡（N20）可扩他用左2 网卡（N21）可扩他用左3 网卡（N24）可扩他用左4 网卡（N25）可扩他用左5 网卡（N28）可扩他用左6 网卡（N29）可扩他用左7 网卡（N35）可扩他用左8 网卡（N38）可扩他用左9 网卡（N40）可扩他用左10 网卡（N42）可扩他用左11 ARM（P20）可扩他用左1 ARM（P21）可扩他用左2 ARM（P22）可扩他用左3 ARM（P23）可扩他用左4 ARM（P24）可扩他用左5 ARM（P25）可扩他用左6 ARM（P26）可扩他用左7 ARM（P27）可扩他用左8 ARM（P28）可扩他用左9 ARM（P29）可扩他用左10
管脚 170 168 164 162 173 176 180 179 118 128 133 135 75 72 81 80 84 82 87 86 89 88 92 90 95 94 97 101 99 103 102 105 104