采用FPGA实现数字系统

需
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为什么采用FPGA
高性能，能够达到以前用ASIC才能实现的 性能；
并行执行； 可以灵活配置，和ASIC相比大大缩短了开
发周期； 低成本；
讼
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为什么采用FPGA
FPGA和DSP的性能比较
师
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为什么采用FPGA
DSP基本是串行的，并行程度有限，但是 编程调试要容易许多；
大有
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Virtex-II Pro
XC2VP2-XC2VP100
1-2个PPC405核；
8-20个RocketIO收发 器，最大可达100Gb/s 的全双工数据率；
最高8Mb的Memory， 同时带有高速片外内 存接口；
大量18x18bit乘法器。
谦
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Virtex-II Pro基本结构
小畜
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开发平台和设计工具
目前主流的FPGA芯片厂家
Xilinx Altera Actel Lattice 其他
芯片和设计工具的选择
根据应用和设计开发工具进行选择
履
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Xilinx
XC系列
用于小规模设计
CoolRunner系列
属于CPLD
Spartan系列
逻辑综合软件：
通常可以采用配套工具中的综合软件，但是有的时 候为了得到比较优化的结果，必须采用专业的综合 软件；
比较好的有Synopsys公司的FPGA Compiler II（替 代原有的FPGA Express）和Synplicity公司的 Synplify系列软件。
噬嗑
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设计开发工具
贲
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目录
FPGA简介 为什么采用FPGA 开发平台和设计工具 HDL（硬件描述语言） FPGA的设计原则 系统设计开发流程
剥
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HDL
目前工业界有两种主要的标准HDL：VHDL 和Verilog。
以上两种语言各有优缺点，但是无论是哪 种语言，都存在有一大类为其设计的单元 库，因此绝大部分的仿真工具都支持VHDL 和Verilog的混合仿真。
Mercury / Stratix GX
带有高速传输接口，用于高性能高速系统设计
NOIS软处理器
用Verilog编写的可编程CPU核，可以集成到其 他FPGA中
蛊
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芯片和平台的选择
主要还是看应用本身，哪款芯片能够用最 低的成本实现设计所要求的功能，就选择 哪款芯片；
成本的概念：
坤
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FPGA简介
FPGA结构图
屯
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FPGA简介
结构组成：
可配置逻辑单元（CLB） IO模块（IOB） Memory资源 可编程的互连线（PI） 时钟网络 其他内嵌资源（DSP，CPU等）
蒙
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目录
FPGA简介 为什么采用FPGA 开发平台和设计工具 HDL（硬件描述语言） FPGA的设计原则 系统设计开发流程
采用FPGA实现数字系统
Implementing the digital system using FPGA
乾
Copyright © EDA Group, EE Dept. of Tsinghua Univ.
December 12, 2020
目录
FPGA简介 为什么采用FPGA 开发平台和设计工具 HDL（硬件描述语言） FPGA的设计原则 系统设计开发流程
第三方的开发工具：
仿真软件：
ActiveHDL，界面友好，使用比较简单； ModelSim，功能强大的仿真软件，工业界应用广泛，
Xilinx的ISE工具中采用的就是ModelSim的XE版本； Cadence公司NC-Verilog、NC-VHDL和NC-Sim，
其中NC-Verilog的前身是著名的Verilog-XL。
PowerPC 405
嵌入式PPC405核的结构图
豫
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Altera
MAX / MAX II
属于CPLD的范畴
ACEX / FLEX
低成本的FPGA
Cyclone
中等规模的FPGA
随
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Altera
Stratix / Stratix II
高性能FPGA 含有DSP模块 大量的片上Memory
FPGA可以在资源允许的前提下，尽量的提 高硬件的并行程度，但是面向更低的逻辑 层，因此设计和调试都要复杂，尤其是并 行程序调试，现在还没有好的解决方案；
DSP易于实现一些复杂的信号处理算法， 目前的高端FPGA都集成了DSP核。
比
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目录
FPGA简介 为什么采用FPGA 开发平台和设计工具 HDL（硬件描述语言） FPGA的设计原则 系统设计开发流程
不仅仅是这一次设计本身的代价； 还应该考虑将来维护和升级的代价。
如果客观上没有差别，那就根据相应的设 计工具进行选择。
临
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设计开发工具
Xilinx公司的配套工具：
Foundation，界面简单，比较容易上手，但是 功能不够强大，而且支持较少；
ISE，功能十分强大，Xilinx公司推荐的开发软 件，有广泛的支持；
Spartan / Spartan-XL
Spartan-II
Spartan-IIE
Spartan-3
泰
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世界上第 一款采用 90nm工 艺制造的 FPGA；
Spartan-3
Spartan-3结构
否
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Slice结构
Slice是比CLB更
小的逻辑单元， Spartan-II中， 每个CLB含有2 个Slice，每个 Slice又含有2个 LUT（查找表） 和2个FF（触发 器）。
Altera公司的配套工具：
Max+Plus II，在国内的应用很广泛； Quartus II，Altera公司新一代的FPGA开发工
具。
观
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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设计开发工具
第三方的开发工具：
设计输入软件：
一般的文本编辑器，如UltraEdit等； 图形化的输入软件，如VisualVerilog等；
同人
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Spartan-II中slice的结构
Xilinx
Virtex系列
Virtex Virtex-E Virtex-II
和Virtex系列相比，增加了独立乘法器，而且提高了 RAM块的容量；
Virtex-II Pro
增加了PowerPC处理器核、RocketIO高速收发器和 高性能的时钟管理单元。