硬件描述语言及FPGA设计复习要点
fpga笔试题知识点汇总
fpga笔试题知识点汇总
FPGA（现场可编程门阵列）的笔试题目通常会考察以下几个方面的知识点：
1. 数字电路设计基础：理解数字电路的基本原理，包括逻辑门、触发器、寄存器、移位器等基本元件的工作原理和特性。
2. 硬件描述语言：熟悉硬件描述语言（如VHDL或Verilog）的使用，理解这些语言的基本语法、结构、行为和功能描述。
3. FPGA开发工具：了解并熟悉FPGA开发工具，如Xilinx ISE、Vivado，Altera Quartus等，理解这些工具的基本操作和使用方法。
4. FPGA设计流程：理解FPGA设计的流程，包括设计输入、综合、布局布线、时序分析、仿真等步骤，并能根据流程进行设计。
5. 逻辑设计：理解并能够进行基本的逻辑设计，如组合逻辑、时序逻辑等，并理解这些设计在FPGA上的实现方式。
6. 数字信号处理：理解数字信号处理的基本原理和方法，包括滤波器设计、FFT变换等，并理解这些方法在FPGA上的实现方式。
7. 嵌入式系统设计：理解嵌入式系统设计的基本原理和方法，包括微控制器、DSP、ARM等，并理解这些系统在FPGA上的实现方式。
8. 通信协议：理解并能够进行基本的通信协议设计，如UART、SPI、I2C 等，并理解这些协议在FPGA上的实现方式。
9. 时序约束与时序分析：理解时序约束的设定原则，掌握时序分析的方法和技巧，能够进行合理的时序优化。
10. 可靠性设计：理解并能够进行基本的可靠性设计，如容错处理、故障检测与恢复等，并理解这些设计在FPGA上的实现方式。
以上是FPGA笔试中可能会涉及到的知识点，具体会根据不同的职位和招聘要求有所不同。
建议根据具体的招聘要求进行针对性的复习和准备。
Fpga复习资料
Fpga复习资料FPGA复习资料FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，它可以根据需要进行重新编程，以实现不同的功能。
在现代电子设计中，FPGA已经成为一种重要的工具，被广泛应用于数字信号处理、通信系统、图像处理等领域。
为了更好地掌握和应用FPGA技术，我们需要进行系统的复习和学习。
一、FPGA基础知识在复习FPGA之前，我们首先需要了解FPGA的基础知识。
FPGA由可编程逻辑单元（PLU）、可编程互连资源（PIR）和输入输出资源（IOR）组成。
PLU是FPGA的核心，它由一系列可编程逻辑门组成，可以实现不同的逻辑功能。
PIR 用于连接PLU，形成不同的逻辑电路。
IOR用于与外部设备进行数据交互。
在FPGA的设计过程中，我们需要使用硬件描述语言（HDL）进行设计。
常见的HDL有VHDL和Verilog。
通过HDL，我们可以描述FPGA的逻辑电路，并进行仿真和综合。
在复习FPGA时，我们需要熟悉HDL的语法和使用方法。
二、FPGA设计流程了解FPGA的基础知识后，我们需要了解FPGA的设计流程。
FPGA设计流程包括需求分析、设计、仿真、综合、布局和布线等步骤。
需求分析是FPGA设计的第一步，我们需要明确设计的需求和目标。
在需求分析中，我们需要确定输入输出接口、逻辑功能和性能要求等。
设计是FPGA设计的核心步骤，我们需要使用HDL描述FPGA的逻辑电路。
在设计过程中，我们需要考虑时序约束、时钟域划分和逻辑优化等问题。
仿真是验证FPGA设计正确性的重要步骤。
通过仿真，我们可以模拟FPGA的工作过程，检查设计是否满足需求。
综合是将HDL代码转换为FPGA可编程逻辑单元的过程。
在综合过程中，我们需要考虑逻辑优化和资源利用率等问题。
布局和布线是将综合后的逻辑电路映射到FPGA的物理资源上的过程。
在布局和布线过程中，我们需要考虑时序约束和信号完整性等问题。
三、FPGA优化技术为了提高FPGA的性能和资源利用率，我们可以使用一些优化技术。
FPGA考前复习资料-图文
FPGA考前复习资料-图文01EDA技术与FPGA设计EDA技术范畴PCB设计(Protel99)ASIC设计(Candance)PLD设计（FPGA/CPLD）FPGA：FieldProgramableGateArray现场可编程门阵列复杂可编程逻辑器件两种数字系统设计方法基于电路板的设计方法——采用固定功能的器件（通用型器件），通过设计电路板来实现系统功能基于芯片的设计方法——采用PLD（可编程逻辑器件），利用EDA开发工具，通过FPGA芯片设计来实现系统功能。
实现载体的变迁集成于片上而不是集成于板;借助于EDA工具而不是手工设计；基于FPGA设计的EDA技术EDA技术是以计算机为工作平台、以EDA软件工具为开发环境、以硬件描述语言(HDL)为设计语言、以可编程逻辑器件(PLD)或ASIC为实现载体，以帮助电子设计工程师进行电子产品自动化设计的综合技术。
FPGA设计三要素硬件描述语言(HDL):VHDLVerilogHDLEDA软件工具:MA某PLUSQuartuIIISE可编程逻辑器件(PLD):Altera公司芯片某ilin某公司芯片VHDL是什么HDLHardwareDecriptionLanguage；VHSICVeryHighSpeedIntegratedCircuit；VHDLVHSICHardwareDecriptionLanguage；VHDL是一种硬件描述语言80年代初期美国政府超高速集成电路（VHSIC）发展计划的衍生物；VHDL 的IEEE国际标准：IEEEStd1076IEEEtd1076-1987,-1993,-2000,-2002四个版本VHDL源程序基本结构库、程序包调用库：存放已有设计、程序包程序包：存放共享数据类型、函数、过程等与C对比：全局数据结构、库函数实体说明(Entity)描述外部接口对外可见结构体(Architecture)描述系统内部结构对外不可见Altera公司EDA工具---QuartuIIQuartuII是Altera公司为其FPGA/CPLD芯片设计的集成化专用开发软件QuartuII前身是Ma某PluII，QuartuII每半年出一个新版本2006年12月推出QuartuII6.12022年春季推出QuartuII9.0QuartuII支持所有新老器件，包括SOPCBuilder，支持系统级开发可编程逻辑器件（PLD）可编程逻辑器件PLD（ProgrammableLogicDevice）是一种半定制集成电路，在其内部集成了大量的门和触发器等基本逻辑电路，用户通过编程来改变PLD内部的逻辑关系或连线，就可以得到需要的设计电路。
fpga知识点汇总
fpga知识点汇总
FPGA（现场可编程门阵列）知识点汇总：
1.FPGA介绍：FPGA是一种现场可编程门阵列器件，主要由可编程逻
辑单元、程序存储器、数十种时序管理器等功能单元组成。
其主要作用为
根据用户程序对可编程逻辑单元进行编程，实现特定的功能。
2. FPGA架构：FPGA由一系列可编程逻辑单元（LE），互联资源（Interconnections）和I/O资源（Input/Output）组成。
3.FPGA的逻辑单元：FPGA逻辑单元是具有逻辑运算和存储能力的基
本单元。
不同的逻辑单元内部由不同的门电路组成。
4.FPGA的时序控制器：FPGA中的时序控制器包括时钟管理器、时序
控制器等，用于解决时序问题，保证FPGA内部各个功能单元的正确工作。
5.FPGA的资源开销：FPGA的资源开销指的是，编写FPGA程序时所需
要使用的逻辑单元、时序控制器等资源的数量。
过高的资源占用将导致设
计难度增加、延迟较大、功耗增大等问题。
6.FPGA的编程语言：FPGA的编程语言主要有HDL（硬件描述语言）
和硬件级别的编程语言。
其中HDL主要是为FPGA编程设计的，而硬件级
别的编程语言则更为底层、更接近硬件。
7.FPGA的应用领域：FPGA被广泛应用于数字信号处理、网络通信、
图像处理、视频处理、工业控制等各种领域。
8.FPGA的优缺点：FPGA的优点包括可重构性、低功耗、高灵活性、
快速开发等等；缺点包括设计难度较大、成本较高、对开发者要求较高等。
FPGA重点知识13条，助你构建完整“逻辑观”之一
FPGA重点知识13条，助你构建完整“逻辑观”之一来源：满天芯1、查找表 LUT 和编程方式第一部分：查找表 LUTFPGA 是在PAL、GAL、EPLD、CPLD 等可编程器件的基础上进一步发展的产物。
它是作为 ASIC 领域中的一种半定制电路而出现的，即解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路有限的缺点。
由于FPGA 需要被反复烧写，它实现组合逻辑的基本结构不可能像 ASIC 那样通过固定的与非门来完成，而只能采用一种易于反复配置的结构。
查找表可以很好地满足这一要求，目前主流 FPGA 都采用了基于SRAM 工艺的查找表结构，也有一些军品和宇航级FPGA 采用Flash 或者熔丝与反熔丝工艺的查找表结构。
通过烧写文件改变查找表内容的方法来实现对 FPGA 的重复配置。
根据数字电路的基本知识可以知道，对于一个n 输入的逻辑运算，不管是与或非运算还是异或运算等等，最多只可能存在 2n 种结果。
所以如果事先将相应的结果存放于一个存贮单元，就相当于实现了与非门电路的功能。
FPGA 的原理也是如此，它通过烧写文件去配置查找表的内容，从而在相同的电路情况下实现了不同的逻辑功能。
查找表（Look-Up-Table）简称为LUT，LUT 本质上就是一个RAM。
目前 FPGA 中多使用 4 输入的 LUT，所以每一个 LUT 可以看成一个有 4 位地址线的的 RAM。
当用户通过原理图或 HDL 语言描述了一个逻辑电路以后，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）事先写入 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进行查表，找出地址对应的内容，然后输出即可。
下面给出一个 4 与门电路的例子来说明 LUT 实现逻辑功能的原理。
例 1-1：给出一个使用 LUT 实现 4 输入与门电路的真值表。
从中可以看到，LUT 具有和逻辑电路相同的功能。
实际上，LUT 具有更快的执行速度和更大的规模。
fpga语法知识点总结
fpga语法知识点总结一、Verilog语言Verilog是一种硬件描述语言（HDL），用于描述数字电路和系统级设计。
在FPGA设计中，Verilog语言常常用于描述逻辑功能和时序控制。
Verilog语言包括模块、端口、信号声明、组合逻辑、时序逻辑、行为模拟等部分。
1. 模块：Verilog中的模块是一个最基本的组织单位，它类似于面向对象编程中的类。
每个模块都有自己的输入输出端口和内部逻辑实现。
在FPGA设计中，通常会设计多个模块来实现不同的功能，然后将这些模块连接起来，构成一个完整的系统。
2. 端口：在Verilog中，端口用于定义模块与外部环境的接口。
端口可以被定义为输入端口（input）、输出端口（output）、双向端口（inout）等，用于进行与外部信号的通信。
3. 信号声明：在Verilog中，信号用于传递逻辑信息。
信号可以是单个的位（bit）信号，也可以是多位（bus）信号。
在FPGA设计中，对信号的声明和使用是非常重要的，可以影响到设计的性能和资源占用。
4. 组合逻辑：组合逻辑是一种不含时钟的逻辑电路，其输出仅由输入决定。
在Verilog中，组合逻辑常常使用逻辑运算符和条件语句来描述。
5. 时序逻辑：时序逻辑是一种包含时钟信号的逻辑电路，其输出由时钟信号和输入信号共同决定。
在FPGA设计中，时序逻辑和时序约束非常重要，可以影响到设计的时序性能。
6. 行为模拟：行为模拟是一种用于验证设计功能和性能的技术。
在Verilog中，可以使用行为模拟语句来描述设计的行为，并进行仿真验证。
二、VHDL语言VHDL（VHSIC Hardware Description Language）是一种硬件描述语言，用于描述数字电路和系统级设计。
在FPGA设计中，VHDL语言和Verilog语言一样，用于描述逻辑功能和时序控制。
VHDL语言包括实体、端口、信号声明、组合逻辑、时序逻辑、行为模拟等部分。
1. 实体：在VHDL中，实体是描述一个硬件单元的基本描述。
FPGA复习总结
一：简答题：1.FPGA设计流程：系统规范定义、模块设计、设计输入、功能仿真、综合、布局布线、时序仿真、配置下载。
2.功能仿真:设计输入后，经HDL编译器检查后没有错误后就可以对设计进行通过仿真软件的验证其功能符合系统规范！这个阶段的验证成为功能验证或行为验证！3.时序验证：在布局布线后，提取有关的器件延时，连线延时等时序参数在此基础上进行的仿真成为后仿真，也称时序验证！4.CPLD和FPGA的区别: FPGA的逻辑单元是小单元，采用查表的结构方式，每个逻辑单元实现的功能少，互连结构复杂，延时不易确定。
CPLD的逻辑单元是大单元，采用PAL 的结构方式，每个单元内可实现复杂的逻辑功能，延时可预测。
5.Altera公司的FPGA器件主要可以分为以下三种：第一，早期的fpga期间，主要包括FLEX系列等期间，这种期间的结构简单，有逻辑块和嵌入式RAM输入输出的I/O单元和快速通道组成，特点是容量下，功能简单，价格便宜！第二类，包括APE 20K等系列，这种期间除了嵌入RAM之外，还嵌入了锁相环，CPU和高速收发器等，兼容较多的I/O标准，具有容量大，集成度高的，功能强大，应用广泛的特点！第三类，为新型的FPGA期间，Cyclone等系列组成，这些期间中内嵌了很多功能模块，此外还方便嵌入IP软核，尤其是altera公司的NIOS软核！6.CPLD和FPGA都是由可编程的逻辑单元、I/O块和互连资源三部分组成。
7.宏单元由逻辑与阵列、乘积项选择矩阵和可编程寄存器组成。
8.逻辑单元（LE）的构成：四输入查找表（LUT）、带有同步使能的可编程触发器、进位链和级连链。
9.一个电路系统可以从以下五个层次描述：系统级，算法级，RTL（寄存器传输）级，逻辑级，电路级！系统级的抽象层次最高，电路级的最低，抽象层次越高包含的信息就越少！10.时钟类型：全局时钟、门控时钟、多级逻辑时钟和行波时钟。
11.建立时间：在触发器的时钟信号有效沿到来以前，数据稳定不变的时间。
FPGA知识汇总
FPGA知识汇总FPGA汇总⼀概述：1. FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列。
它是作为专⽤集成电路（ASIC）领域中的⼀种半定制电路⽽出现的，既解决了定制电路的不⾜，⼜克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
2. ⽬前以硬件描述语⾔（Verilog 或VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录⾄FPGA 上进⾏测试，是现代IC 设计验证的技术主流。
3. FPGA⼀般来说⽐ASIC（专⽤集成芯⽚）的速度要慢，⽆法完成复杂的设计，⽽且消耗更多的电能。
但是他们也有很多的优点⽐如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。
4. CPLD逻辑门的密度在⼏千到⼏万个逻辑单元之间，⽽FPGA通常是在⼏万到⼏百万。
5. ⼤多数的FPGA含有⾼层次的内置模块（⽐如加法器和乘法器）和内置的记忆体。
这些可编辑元件可以被⽤来实现⼀些基本的逻辑门电路（⽐如AND、OR、XOR、NOT）或者更复杂⼀些的组合功能⽐如解码器或数学⽅程式。
在⼤多数的FPGA⾥⾯，这些可编辑的元件⾥也包含记忆元件例如触发器（Flip－flop）或者其他更加完整的记忆块。
6. FPGA采⽤了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样⼀个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输⼊模块IOB （Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。
7. FPGA利⽤⼩型查找表（16×1RAM）来实现组合逻辑，每个查找表连接到⼀个D触发器的输⼊端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构成了既可实现组合逻辑功能⼜可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利⽤⾦属连线互相连接或连接到I/O模块。
8. FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接⽅式，并最终决定了FPGA所能实现的功能，FPGA允许⽆限次的编程。
FPGA知识重点
FPGA知识重点《硬件描述语言及FPGA设计》复习要点：一、名词解释⑴设计方法：自顶向下和自底向上，以自顶向下为主要设计。
综合：指的是将较高级抽象层次的设计描述自动转化外较低层次的描述过程。
1.EDA ：电子设计自动化2.HDL ：硬件描述语言SoC ：系统芯片4.ASIC ：专用集成电路5.PLD ：可编程逻辑器件6.CPLD ：复杂可编程逻辑器件7.FPGA ：现场可编程门阵列8.LUT ：查找表9.JTAG ：联合测试行动组10.ISP ：在系统编程11．IP核：完成某种功能的设计模块12．逻辑综合：将设计者在EDA平台上编辑输入的HDL文本、原理图或状态图描述，依据给定的硬件结构和约束控制条件进行编译、优化和转换，最终获得门级电路甚至更底层的电路描述网表文件的过程。
13．设计输入：将设计者所设计的电路以开发软件要求的某种形式表达出来，并输入到相应软件中的过程。
14.下载：把适配后生成的编程文件装入到PLD器件中的过程15．FSM: 有限状态机16．UDP：用户自定义17．NS：次态18．OL：输出逻辑二、填空1.EDA就是以计算机为工作平台，以为开发环境，以者为目标器件设计实现电路系统的一种技术。
2.在数字电路设计过程中，综合是将软件转化为硬件电路的关键步骤，是文字描述与硬件实现的一座桥梁。
3.通常，将对CPLD的下载称为编程，对FPGA中的SRAM进行直接下载的方式称配置。
4.仿真时是否考虑硬件延时分类，可分为仿真和时序仿真。
5.IP核主要包括硬核、固核和软核。
6.当前最流行的并且成为IEEE标准的硬件描述语言包括和。
7．当前EDA设计中普遍采用的方法是：自顶向下。
8.PLD按照编程工艺和编程元件可以分为、、用紫外线擦出、点编程方式的器件、EEPROM型、闪速存储器（Flash）型和采用静态存储器（SRAM）机构的器件9．简单PLD包括、、和四类。
10．PLD按不同的内部结构可分为基于乘积项结构的PLD器件和基于结构的PLD器件，前者的典型代表是CPLD ，后者的典型代是SRAM 。
FPGA调试基础必学知识点
FPGA调试基础必学知识点
1. FPGA的基本概念和工作原理：了解FPGA的组成结构和工作流程，
包括可编程逻辑单元（CLB）、输入输出块（IOB）、时钟管理、布线
和时序控制等。
2. HDL（硬件描述语言）的编写和理解：学习使用HDL（如VHDL或Verilog）来描述FPGA的硬件逻辑，并能理解和分析HDL代码的功能。
3. 硬件仿真和验证：运用仿真工具（如ModelSim）对设计的硬件逻辑进行功能验证，包括创建仿真测试平台、编写仿真脚本和分析仿真结
果等。
4. FPGA开发工具的使用：掌握常用的FPGA开发工具，如Xilinx ISE、Altera Quartus等，了解其基本操作和调试功能。
5. FPGA时序分析和约束：学习时序分析的基本概念和方法，包括时钟频率、数据路径延迟等，并了解约束文件的编写和应用。
6. FPGA调试方法和技巧：熟悉FPGA调试的常见问题和解决方法，如
信号探测、时序分析、时序约束修正等。
7. JTAG接口和调试工具的使用：了解JTAG接口的基本原理，使用对
应的调试工具对FPGA进行调试和调试数据的读写。
8. FPGA性能优化和资源利用：学习设计高效的硬件逻辑和优化布局，提高FPGA的性能和资源利用率。
9. 外设和接口的使用：了解不同类型的外设和接口（如UART、SPI、
I2C等），学习如何与FPGA进行交互和通信。
10. 故障排除和错误修复：掌握常见的故障排除方法，如烧录错误、
时序不稳定、引脚冲突等，并能灵活应对修复错误。
fpga自学笔记——设计与验证
fpga自学笔记——设计与验证FPGA（现场可编程门阵列）是一种集成电路（IC）设备，可通过重新编程实现不同电路的功能。
在现代电子行业中，FPGA被广泛应用于计算机硬件开发、通信系统、控制器和许多其他应用领域。
本篇自学笔记将涵盖FPGA的设计与验证的基本概念和技术。
一、FPGA设计流程FPGA的设计流程包括硬件描述语言（HDL）编写、仿真验证、综合、实现和验证。
以下是FPGA设计流程的详细步骤：1.硬件描述语言编写：FPGA设计通常使用硬件描述语言进行编写，如VHDL（硬件描述语言）或Verilog。
这些语言可以描述出FPGA中各个组件的逻辑和连接关系。
2.仿真验证：对设计进行仿真验证是FPGA设计流程的重要一步。
利用仿真工具，可以检查设计是否满足规范，并进行功能验证。
仿真验证可以帮助发现和解决设计中的问题。
3.综合：综合是将设计转换为FPGA的可编程逻辑单元（PLU）的过程。
综合工具将HDL代码转换为逻辑门电路，并生成一个逻辑网表作为输入。
4.实现：实现是将逻辑网表转换为FPGA器件的过程。
这个过程包括将逻辑网表分配到实际的逻辑单元和I/O资源，进行布线以及生成配置文件。
5.验证：验证是确保设计在FPGA上正常运行的过程。
通常这一步会通过连接实际的外设和运行测试程序来验证设计的功能和性能。
二、FPGA设计与验证工具在FPGA设计与验证中，有许多工具可供选择，如：1.设计工具：FPGA设计工具是用于编写和组织HDL代码的软件。
常用的设计工具包括Xilinx的Vivado和ISE，以及Altera（现在是英特尔）的Quartus II。
这些工具提供了综合、实现和验证的功能。
2.仿真工具：仿真工具用于验证设计的正确性和性能。
常用的仿真工具包括ModelSim、VCS和NC-Verilog等。
这些工具可以模拟设计的行为，并生成波形图以进行分析。
3.布线工具：布线是将逻辑网表分配到FPGA器件中的实际逻辑单元和I/O资源的过程。
硬件描述语言FPGA2013考试重点(EDA)
1、Verilog能够在多个层级对数字系统进行描述：系统级（System Level）、算法级(Algorithm Level)、寄存器传输级(RTL Register Transfer Level)、门级(Gate Level)、开关级(Switch Level)1、VerilogHDL的三种方式来描述逻辑电路:结构（Structural）描述、行为（Behavioural）描述、数据流（Data Flow）描述3.多输入门：and，nand，or，nor，xor，xnor多输出门：buf，not4. 三态门元件的调用格式：调用门元件的格式为：门元件名字 <例化的门名字>（<端口列表>）对于三态门，则按如下顺序列出输入输出端口：（输出，输入，使能控制端）；比如：bufif1 mytri1(out,in,enable); //高电平使能的三态门2、在Verilog程序中可通过如下方式描述电路的结构：1、调用Verilog内置门元件（门级结构描述）2、调用开关级元件（晶体管级结构描述）3、用户自定义元件UDP（也在门级）4、多层次结构的电路设计中，不同模块间的调用。
3、Verilog支持哪几种描述方式，各有什么特点？答：结构（Structural）描述，行为（Behavioural）描述，数据流（Data Flow）描述。
结构描述是调用电路元件（比如逻辑门，甚至晶体管）来构建电路，行为描述则是通过描述电路的行为特性来设计电路，也可以采用上述方式的混合来描述设计，数据流描述方式主要使用持续赋值语句，多用于描述组合逻辑电路。
4、有限状态机可以认为是组合逻辑和寄存器逻辑的特殊组合，他一般包括组合逻辑和寄存器逻辑两个部分，寄存器用于存储状态，组合逻辑用于状态译码和产生输出信号。
4、摩尔型和米里型区别答：摩尔型状态机的输出只是当前状态的函数，米里型状态机的输出则是当前状态和当前输入的函数。
教学大纲-FPGA及硬件描述语言.doc
《FPGA与硬件描述语言》教学大纲课程名称：FPGA与硬件描述语言英文名称：FPGA and hardware description language课程类别：实践教学课课程编号：学分：4学时：68课程简介：FPGA与硬件描述语言该课程主要讲授数字逻辑电路的基本知识、基本理论和基本分析、设计方法，并利用现代EDA技术的verilog和Multisim进行数字逻辑电路分析与设计，它起到由专业基础课向专业课过渡的承上启下的作用。
本课程的教学任务是通过本课程的理论学习，使学生掌握有关数字逻辑的基本理论，熟悉数字逻辑电路基本器件的电路结构、功能和使用方法，掌握数字逻辑电路的分析方法和设计方法。
通过课堂教学演示环节及课程设计，使学生掌握利用Verilog和EDA 工具进行数字逻辑电路设计的方法.课程内容：1.概论：EDA设计方法以及FPGA/CPLD特点2.层次建模的概念3.基本概念4.模块和端口5.门级建模6.数据流建模7.行为级建模8.任务与函数9.实用建模技术10.时序和延迟11.开关级建模12.用户自定义原语先修课程：《C语言程序设计》、《数字逻辑电路》适用专业：电子信息技术教材（暂定）：《Verilog HDL数字设计与综合》作者：（美）Sanir Palnitkar,译者:夏宇闻胡燕祥刁岚松电子工业出版社参考教材：1、《Verilog HDL数字设计与综合（第二版）》，电子工业出版社夏宇闻2、《电子工程师创新设计必备宝典系列之FPGA开发全攻略》，张国斌3、《Verilong数字系统设计教程》，北航出版社夏宇闻开课学院：信息技术学院具体课程内容与安排第一章概述第一节课程介绍第二节学习重点及学习方法第三节EDA技术及发展与实现目标第四节硬件描述语言及IEEE标准第五节EDA设计流程及优点第六节常用EDA工具第七节电子设计自动化系统软件与器件第八节数字系统设计方法第九节九节FPGA/CPLD的特点及发展（一）采用多媒体，讲解与演示相结合（二）内容及基本要求主要内容：【重点掌握】：FPGA/CPLD的优缺点，采用硬件描述语言（Verilog HDL）的设计流程。
FPGA复习
一、 回答问题1、 叙述摩尔定律；摩尔定律是著名芯片制造厂商美国因特尔公司 (Intel)创始人之一的戈顿·摩尔对集成电路技术发展趋势做出的推断。
它描述了特定时期，特定技术及其相关应用的性能或价格以18个月为周期的一种增长或下降规律。
摩尔定律主要有三种不同的表述：（1）集成电路芯片上所集成的电路数目，每隔18个月翻一番；（2）微处理器的性能每隔18个月提高一倍，而价格下降50%；（3）用一个美元所能买到的电脑性能，每隔18个月翻两番。
1965年，戈登•摩尔在《电子》杂志上发表了一篇预测未来集成电路发展趋势的文章，它就是摩尔定律的原身,即所谓每18个月，相同面积大小的芯片内，晶体管数量会增长一倍的规则 摩尔定律将被遵守• 晶体管数: 2X growth in 1.96 year• 裸芯片面积:7% growth per year ；2X growth in 10 year• 存储器: 4X growth every 3 year2、 简述门阵列与FPGA 异同；FPGA 与数字电路设计的关系:前者是实体，后者是灵魂3、 画图说明FPGA 的开发流程；4、 解释在FPGA 设计过程中“库”的作用；5、 FPGA 器件中专用时钟引脚的作用是什么；与其它引脚的区别是什么；6、 为什么芯片的功耗与信号的翻转率（高低电平转换的次数）有关；7、 什么叫综合；综合（Synthesis ）：综合过程完成对设计文件进行分析，生成门级网表文件。
在Quartus Ⅱ中完成设计的输入后选择【Processing 】-【Start 】-【Start Analysis规格设计行为级描述行为级仿真RTL 级描述RTL 级仿真逻辑综合优化门级仿真、定时检查输出门级网表& Synthesis】可以启动综合过程。
综合过程的输入可以是设计源文件(.v/.vhd/.tdf/.bdf etc.)，也可以是第三方综合工具的输出文件，如Synplify综合工具输出的综合结果.edf/.vqm文件。
fpga设计知识点
fpga设计知识点FPGA（Field-Programmable Gate Array）可编程逻辑门阵列，是一种常见的数字电路设计技术。
通过编程，FPGA可以实现不同的逻辑功能，具有灵活性和可重构性。
在FPGA设计中，掌握一些基本的知识点对于设计人员来说是至关重要的。
本文将介绍一些常见的FPGA设计知识点，以帮助读者更好地理解和应用这项技术。
一. FPGA基础知识1. FPGA结构：FPGA由逻辑单元、可编程连接资源和输入/输出资源组成。
逻辑单元可以实现不同的逻辑功能，可编程连接资源用于连接逻辑单元，输入/输出资源用于与外部系统进行数据交互。
2. FPGA编程方式：FPGA的编程可以通过硬件描述语言（例如Verilog或VHDL）来实现。
设计人员可以使用这些语言描述电路功能和连接关系，并通过编译工具将其转换成FPGA可执行的位流文件。
3. FPGA开发工具：常见的FPGA开发工具包括Xilinx的Vivado和Intel的Quartus等。
这些开发工具提供了设计、仿真、综合、布局布线以及下载等功能，使得设计人员可以完成整个FPGA设计流程。
二. FPGA设计流程1. 电路分析和规划：在进行FPGA设计之前，需要对所需电路进行分析和规划。
这包括对电路功能、输入/输出要求以及时序等进行了解和定义。
2. 硬件描述语言编写：根据电路规划，使用硬件描述语言编写逻辑功能和连接关系的代码。
这一步需要熟悉硬件描述语言的语法和规范。
3. 仿真验证：使用仿真工具对编写的代码进行验证，确保设计的正确性和稳定性。
仿真还可以帮助发现潜在的时序和功能问题。
4. 综合和优化：将硬件描述语言代码通过综合工具转换成逻辑门级别的网表。
在此过程中，可以对电路进行优化，以减少资源占用和提高性能。
5. 布局布线：将逻辑门级别的网表映射到FPGA芯片中的逻辑块和可编程连接资源上。
布局布线工具负责生成适合FPGA架构的物理布局。
6. 下载和调试：将布局布线生成的结果下载到FPGA芯片中进行验证和调试。
FPGA复习要点整理
FPGA复习要点整理FPGA（可编程逻辑门阵列）是一种集成电路设备，可以根据用户的需要重建电子电路。
在FPGA中，可以通过对逻辑门进行编程来实现一些特定的功能。
在学习和使用FPGA时，以下是一些需要注意的重要点：1.FPGA的架构：FPGA的基本构成由大量的可编程逻辑单元（CLB）、输入/输出单元（IOB）和配置存储器构成。
可编程逻辑单元包含了逻辑门和存储器单元，用于实现逻辑功能和存储数据。
输入/输出单元则用于与外部设备的连接。
2. FPGA的编程语言：FPGA可以使用不同的编程语言进行编程，常见的有VHDL和Verilog。
这些编程语言可以描述逻辑电路的行为，包括信号传输、操作和存储。
学习和掌握这些编程语言是使用FPGA的基础。
3.数字电路设计：使用FPGA时，需要掌握数字电路设计的基本原理和方法。
这包括了逻辑门的设计、组合逻辑和时序逻辑的设计，以及状态机的设计。
数字电路的设计是FPGA编程的基础，需要熟练掌握。
5.时钟管理：FPGA中的逻辑电路是由时钟信号驱动的，需要合理地进行时钟管理。
这包括了时钟树的设计、时钟分频和时钟延迟的控制。
时钟管理对于确保电路的正确功能和性能至关重要。
6.时序约束：在FPGA设计中，时序约束是非常重要的，它定义了电路中不同元件之间的时序关系。
时序约束可以控制电路的性能，包括最大工作频率、时序违反和时序收敛等。
时序约束的编写需要对电路的时序特性有深入的理解。
7.FPGA的资源限制：FPGA设备有一定的资源限制，包括逻辑单元、存储单元、时钟资源和输入输出资源等。
在设计FPGA电路时，需要合理使用这些资源，以避免资源不足或浪费。
8.FPGA的调试和验证：在开发FPGA电路时，调试和验证是非常重要的。
常见的调试方法包括时序和功能仿真，以及使用实际的硬件进行调试。
验证FPGA电路的正确性和性能是保证设计质量的重要手段。
9.FPGA的优化：在设计FPGA电路时，需要对电路进行优化，以提高性能和资源利用率。
FPGA复习
1、可编程逻辑器件(PLD，Programmable Logic Device)是指可通过软件编程修改其逻辑电路、为客户提供具有多种功能的标准部件。
2、ISE(Integrated Software Environment)软件是一个集成的开发环境，在这一环境中可以完成系统级CPLD和FPGA开发的全套流程，集成的功能包括设计输入、逻辑综合、仿真验证、布局布线以及FPGA配置等。
3、CPLD至少包含三种结构：可编程逻辑宏单元、可编程I/O单元和可编程内部连线。
4、FPGA一般分为三个部分：可编程逻辑块CLB、可编程I/O模块和可编程内部连线。
5、FPGA 的设计开发流程一般包括设计输入、综合、功能仿真、实现(布局布线)，时序仿真、生成配置文件和配置FPGA等。
6、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。
(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。
)(3) PLD不需要客户支付高昂的NRE成本和购买昂贵的掩膜组。
PLD供应商在设计其可编程器件时已经支付了这些成本，并且可通过PLD产品线延续多年的生命期来分摊这些成本。
(4) PLD允许客户在需要时仅订购所需要的数量，从而使客户可以控制库存。
(5) PLD甚至在设备交付客户那儿以后还可以重新编程。
事实上，由于有了可编程逻辑器件，现在一些设备制造商正在尝试为已经成型的产品增加新功能或者进行升级。
要实现这一点，只需要通过因特网将新的编程文件下载到PLD就可以在系统中创建出新的硬件逻辑。
7、功能仿真可以对工程设计文件进行初步的功能验证。
仿真软件将HDL语言转换为抽象的逻辑电路，忽略信号在逻辑器件和传输线上的延时，并对应各种可能的输入信号仿真得到设计工程的输出信号，检验输出信号是否满足预期的要求。
fpga基本语法
fpga基本语法FPGA基本语法FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，通过对其内部逻辑电路进行编程，实现不同的功能。
而FPGA 的编程语言主要包括硬件描述语言（HDL）和高级编程语言（如C/C++、Python等）。
本文将重点介绍FPGA的基本语法。
一、硬件描述语言（HDL）硬件描述语言是一种用于描述电子系统硬件结构和行为的语言，其中最常用的是VHDL（VHSIC Hardware Description Language）和Verilog。
这两种语言都能够描述电路的结构、信号的传输和逻辑运算等。
1. 实体（Entity）在VHDL中，实体用于描述电路的输入和输出接口。
一个实体包含了输入输出信号的定义和信号的类型等信息。
以下是一个简单的VHDL实体定义的例子：```vhdlentity MyCircuit isport (clk : in std_logic;rst : in std_logic;data_in : in std_logic_vector(7 downto 0);data_out : out std_logic_vector(7 downto 0));end entity MyCircuit;```2. 结构体（Architecture）结构体用于描述电路的内部结构和逻辑运算。
在结构体中，可以使用逻辑门、寄存器和组合逻辑等元素，以及各种运算符和控制结构。
以下是一个简单的VHDL结构体定义的例子：```vhdlarchitecture Behavioral of MyCircuit isbeginprocess(clk, rst)beginif rst = '1' thendata_out <= (others => '0');elsif rising_edge(clk) thendata_out <= data_in;end if;end architecture Behavioral;```二、高级编程语言除了硬件描述语言之外，FPGA的编程语言还包括高级编程语言，如C/C++、Python等。
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《硬件描述语言及FPGA设计》复习要点：一、名词解释⑴设计方法：自顶向下和自底向上，以自顶向下为主要设计。
综合：指的是将较高级抽象层次的设计描述自动转化外较低层次的描述过程。
1.EDA ：电子设计自动化2.HDL ：硬件描述语言SoC ：系统芯片4.ASIC ：专用集成电路5.PLD ：可编程逻辑器件6.CPLD ：复杂可编程逻辑器件7.FPGA ：现场可编程门阵列8.LUT ：查找表9.JTAG ：联合测试行动组10.ISP ：在系统编程11．IP核：完成某种功能的设计模块12．逻辑综合：将设计者在EDA平台上编辑输入的HDL文本、原理图或状态图描述，依据给定的硬件结构和约束控制条件进行编译、优化和转换，最终获得门级电路甚至更底层的电路描述网表文件的过程。
13．设计输入：将设计者所设计的电路以开发软件要求的某种形式表达出来，并输入到相应软件中的过程。
14.下载：把适配后生成的编程文件装入到PLD器件中的过程15．FSM: 有限状态机16．UDP：用户自定义17．NS：次态18．OL：输出逻辑二、填空1.EDA就是以计算机为工作平台，以EDA软件工具为开发环境，以PLD器件或者ASIC专用集成电路为目标器件设计实现电路系统的一种技术。
2.在数字电路设计过程中，综合是将软件转化为硬件电路的关键步骤，是文字描述与硬件实现的一座桥梁。
3.通常，将对CPLD的下载称为编程，对FPGA中的SRAM进行直接下载的方式称配置。
4.仿真时是否考虑硬件延时分类，可分为功能仿真和时序仿真。
5.IP核主要包括硬核、固核和软核。
6.当前最流行的并且成为IEEE标准的硬件描述语言包括Verilog HDL 和VHDL 。
7．当前EDA设计中普遍采用的方法是：自顶向下。
8.PLD 按照编程工艺和编程元件可以分为 采用熔丝（Fuse) 、 采用反熔丝（Antifuse) 、 采用紫外线擦出、点编程方式的器件 、 EEPROM 型 、 闪速存储器（Flash ）型 和 采用静态存储器（SRAM ）机构的器件9．简单PLD 包括 PROM 、 PLA 、 PAL 和 GAL 四类。
10．PLD 按不同的内部结构可分为基于 乘积项 结构的PLD 器件和基于 查找表结构的PLD 器件，前者的典型代表是 CPLD ，后者的典型代是 SRAM 。
11．PLD 的开发中常用的测试技术是： 边界扫描测试 技术。
12．FPGA 器件主要有两类配置方式： 主动配置模式 和 被动配置模式 。
13．Cyclone 器件支持的配置方式有 JTAG 模式 、 PS 模式 和 AS 模式 。
14．写出下图所示F0和F1的表达式：F0= 0101A A A A *+* ，F1= 0101A A A A *+* 。
1.verilog 程序都是由 模块构成的，每个verilog 程序包括4个主要的部分，分别是 模块声明 、 端口定义 、 信号类型声明 、 逻辑功能描述 。
2. 端口是模块与外界连接和通信的信号线，有三种类型，分别是 输入端口 、 输出端口 、 输入/输出端口 。
3. always 过程语句既可以用来描述 时序 电路，也可以描述 组合 电路。
4. always 过程块列表中的敏感信号的表达方式有多种： 用 or 连接所有的敏感信号、可以用来区分或连接所有的敏感信号和 敏感信号表达式 。
5. 调用元件的格式是：< 门元件关键字 >< 例化门元件名 >（ 输入 端口列表， 输出 端口列表） 。
6.用verilog 描述电路需要注意的是：存盘的文件名与 Verilog 模块名 一致，文件名的后缀是 .v 。
1. Verilog 程序由 各种符号流 构成，符号包括 空白符 、 操作符 、 数字 、 字符串 、 注释 、 标示符 、 关键字 。
Verilog 中的标识符可以是任意一组 字母 、 数字 以及符号 “ ＄” 和 “-” 的组合，但标识符的第一个字符必须是 字母 或者 “-” 。
3. Verilog 中的常量主要有如下3种类型： 整数 、 实数 、 字符串 。
4.在整数的书写规则里， x （或z ）在二进制中代表 1 位x （或z ），在八进制中代表 3 位x （或z ），在十六进制中代表 4 位x （或z ），它代表的宽度取决于 进制 。
5. 在 位宽 和 ’ 之间，以及 进制 和 数值 之间允许出现空格，除此之外不允许出现空格。
6. 当位宽与进制缺省时表示的是 十 进制数。
7. 如果定义的位宽比实际的位数长，通常在其 左边 补零。
但如果数最左边一位为x （或z ），那么就相应地在左边补 x （或z ） 。
如果定义的位宽比实际的位数小， 左边的位截掉。
8.实数的表示方法有十进制表示法和科学计数法，实数转换为整数的方法是四舍五入。
9.Verilog有四种基本的逻辑状态，分别是0 、1 、X或x 、Z或z 。
10.向量的定义形式为：类型[MSB:LSB] 向量名。
A=mybyte[6]是对向量A进行了位赋值，B=mybyte[5:2]是对向量B进行了域赋值。
用这两种形式赋值的时候应当注意应使等号左右两端的宽度要一致。
11.存储器由一组寄存器构成的阵列，用verilog定义存储器时，需定义存储器的容量和字长，前者表示存储器的存储单元数，后者则表示每个单元的数据宽度。
1．Verilog HDL支持三种描述方式来设计电路，分别是结构描述、行为描述和数据流描述。
2．三态门元件的调用格式为：关键字门元件名（输出，输入，使能控制端）。
1．根据输出信号的不同，状态机可以分为米里型和摩尔型，前者的输出是当前状态和当前输入的函数，后者的输出是输入的函数。
2．在状态机的设计中主要包含三个对象为：现态、次态和输出逻辑。
3．在状态机的设计中，常用的状态编码方式有顺序编码、格雷编码、和约翰逊编码。
三、单选1．下列标识符哪些是合法的？（ B ）A．$ time B．_date C．8sum D．mux#2．下列哪些整数的书写是合法的？（ B D ）A．′da30 B．′o721 C．4′d-4 D．8′b1100_1101_00113．如果网线型变量说明后未赋值，那么其缺省值为（ D ）。
A．0 B．1 C．x D．z4．对于定义reg [7:0] mema [255:0]，正确的赋值为（ A ）。
A．mema[5]=10 B．mema=8′d0 C．1′b1 D．mema[5][3:0]=4′d15．对于“a=4′b11001，b=4′bx110”，选出正确的运算结果（BC ）。
A．a&b=0 B．a&&b=1 C．b&a=4′bx000 D．b&&a=4′bx0006．已知“a=1′b1,b=3′b001”，那么{a，b}=（ C ）。
A．4′b0011 B．3′b001 C．4′b1001 D．3′b1017．在verilog语言中，a=4′b1011，那么&a=（ D ）。
A．4′b1011 B．4′b1111 C．1′b1 D．1′b08、按操作符所带的操作数，操作符分类中不含的类型是（ D ）A. 单目B. 双目C. 三目D. 多目1、以下对initial语句的说法中，错误的是___b___A. 有敏感信号B. 沿时间轴可重复执行C. 可用于描述激励信号D. 可用于对寄存器值2.以下语句中不可被综合的语句是 cA、if-elseB、alwaysC、initialD、assign3、在下列关联方式中不属于元件例化语句的是 CA、位置关联B、端口名关联C、混合关联D、指定关联4．时间尺度定义为｀timescale 10ns/100ps，选择正确答案（ c ）。
A．时间精度为10ns B．时间单位为100ps C．时间精度为100ps D．时间精度不确定5．在verilog中定义了宏名‵define sum a+b+c，下面宏名引用正确的是（ B ）。
A．out=sum+d B．out=′sum+d C．out=‵sum+d D．都正确6．在下列程序中，always过程语句描述了一个带异步Nreset和Nset输入端的上升沿触发器，从选项中找出括号内应该填入的正确答案。
always @ ( c )if (!Nreset) Q<=0;else if (!Nset) Q<=1;else Q<=D;A．posedge clk or negedge Nreset B．posedge clk or negedge NsetC．posedge clk or negedge Nreset or negedge Nset D．negedge Nreset or negedge Nset7．下列语句中，不属于并行语句的是（ b ）。
A．非阻塞赋值语句B．assign语句C．实例元件调用语句D．case语句8．在verilog中，下列那个语句不是分支语句（）。
A．if-else B．case C．casez D．repeat9.下列敏感信号的表示属于边沿敏感型的是（ a ）A．always@(posedge clk or posedge clr) B．always@(A or B)C．always@(posedge clk or clr) D.always @ (*)10.以下不属于for循环语句的是（ b ）A.forB.assignC.whileD.repeat1.在V erilog程序中可以通过哪些方式描述电路的结构？（ABCD ）A．门级结构描述B．晶体管级结构描述C．UDP D．不同模块间的调用2．下列哪些Verilog的基本门级元件是多输入门（ABC）A. nandB. norC. andD. not3．针对Verilog HDL语言中的case语句说法不正确的是（B ）A．case语句表达式的取值可以超出语句下面列出的值的范围；B．语句各分支表达式允许同时满足case表达式的值；C．条件语句中的选择值需要完整覆盖表达式的取值范围；D．保险起见，case语句最后分枝最好都加上default语句。
4．以下针对过程语句的说法中不正确的是（ C ）A．试图通过选择型列入过程语句的敏感信号列表来改变逻辑设计是无效的；B．一个模块中包含的多个过程语句本身都是并行的；C．任一过程引导的语句结构都是并行的；D．只要过程语句的敏感信号发生变化，都将启动该过程。
5．关于摩尔型和米里型状态机说法不正确的是（D ）。
A．米里型状态机的输出是在输入变化后发立刻生变化的，不依赖时钟信号的同步B．摩尔型状态机的输入发生变化时还需要等待时钟的到来，必须等状态发生变化时才导致输出的变化C．摩尔型状态机比米里型状态机要多等待一个时钟周期D．米里型状态机比摩尔型状态机要多等待一个时钟周期6．关于阻塞赋值和非阻塞赋值描述正确的是（ D ）。