XILINXFPGA数字系统设计FPGA介绍
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内容介绍
• 1、FPGA特性及功能介绍 • 2、XILINX公司简介及其FPGA产品介绍 • 3、XILINX-FPGA开发环境介绍 • 4、基于XILINX-FPGA的硬件逻辑设计介绍 • 5、基于XILINX-FPGA的嵌入式系统设计介
绍 • 6、课程安排介绍
2020/2/9
西安电子科技大学-软件学院
2020/2/9
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6
一 FPGA特性及功能介绍-FPGA主要结构
e.g Spartan-II系列
2020/2/9
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7
二 XILINX公司及其FPGA产品
Xilinx公司成立于1984年，首创了现场可编程逻辑 阵列(FPGA)这一创新性的技术，并于1985年首次 推 出 商 业 化 产 品 。 目 前 Xilinx 满 足 了 全 世 界 对 FPGA产品一半以上的需求。
可进行多次编程 只读，EPROM芯片，命名时一般以27开头，前面添
加生产厂商，如TMS27C512-60
2020/2/9
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2
一 FPGA特性及功能介绍-FPGA发展历史
➢电 可 擦 除 只 读 存 储 器 EEPROM （ Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）； 特点在于：
财富杂志2003年“100家最适合工作的企业”排名 中，Xilinx名列第四位，并被广泛认为是半导体行 业中管理最佳、财务状况良好的高科技企业。
旧金山编年史也把Xilinx选为硅谷最适合工作的五 十家企业之一。
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二 XILINX公司及其FPGA产品-spartan系列
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二 XILINX公司及其FPGA产品
作为全球领先的可编程逻辑完整解决方案供应商， 其研发、制造并销售范围广泛的高级集成电路、 软件设计工具(ISE12.3官方发布最高版本)以及作 为预定义系统级功能的IP(Intellectual Property)核。 客户使用Xilinx及其合作伙伴的自动化软件和IP核 对器件进行编程，从而完成特定的逻辑操作。
✓FPGA主要结构
FPGA由可配置逻辑模块CLB(Configutable Logic Blocks) 、 输 入 输 出 模 块 IOB(Input/Output Blocks) 和 互 连 资 源 ICR(Interconnect Capital Resource)以及一个用于存放编程数据的静态存储 器 SRAM 组 成 。 其 中 CLB 的 基 本 组 成 单 元 为 Slice(由查找表和触发器构成的单元)
产品分类
✓ Spartan系列：侧重于低成本应用，容量中等，可以满足一 般的逻辑设计要求；
e.g Spartan-II系列给用户提供了高性能、丰富的逻辑资源和 充足的特征集，该系列家族中的六大成员其系统门级密度 达到了从15000到200000不等。
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二 XILINX公司及其FPGA产品-spartan系列
• Spartan-3A延伸系列FPGA平台对比
系统要求
3A
多功能嵌入式处 是 理
最佳存储架构 是
低成本安全性 是
集成Flash存储
单芯片非易失性
高性能DSP性能
增强型电源管理 是
3AN 是
是 是 是 是
是
3A DSP 是 是 是
是 是
2020/2/9
中试样片 ✓FPGA内部拥有丰富的触发器和I/O引脚 ✓FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用
最低、风险最小的器件之一
✓FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与 CMOS、TTL电平兼容（高低电平标准不一）
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一 FPGA特性及功能介绍-FPGA主要结构
传统的半导体公司仅有几百个客户，而Xilinx在全 世界有7500多家客户以及50000多个设计开端，其 中包括EMC、IBM、Nokia、Motorola、Siemens、 Sony、Sun Microsystem、Cisco Systems等等。
总部设于加利福利亚圣何塞市，为NASDAQ上市 公司。
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一 FPGA特性及功能介绍-FPGA发展历史
✓20世纪80年代，Altera与Xilinx公司分别推 出 CPLD(Complex Programmable Logic Device) 和 FPGA 器 件 (Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)
一是可多次编程 二是可在线编程，常用操作接口方式I2C,SPI接口
✓ 20世纪70年代，出现可编程阵列逻辑(PAL,
Programmable Array Logic)和可编程逻辑阵 列(PLA, Programmable Logic Array)
➢PAL，命名规则PAL16L8-2CJ，包括输入数， 输出数，输出方式，速度，功耗，封装形式， 温度
1
一 FPGA特性及功能介绍-FPGA发展历史
早期的可编程器件，包括：
➢ 可 编 程 只 读 存 储 器 PROM （ Programmable Read Only Memory）；特点在于：
一是只能进行一次编程 二是空白PROM价格低廉，高成本ROM制作之前的
数据原型测试的最佳选择
➢ 紫外线可擦除只读存储器EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）；特点在于：
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二 XILINX公司及其FPGA产品-virtex系列
✓ Virtex系列：侧重于高性能应用，容量较大，可 以满足各式各样的高端应用。当前Virtex系列包括 了Virtex-II，Virtex-4，Virtex-5,以及最新的Virtex6。各个系列都有针对不同应用的版本，比如说 DSP算法的，嵌入式系统设计的。 e.g ：Virtex-II FPGA采用0.15um、1.5v工艺技术制 造而成，拥有420M内部时钟，840Mb/s可编程I/O 块，具有强大的计算存储能力。
✓FPGA生产厂商
➢Altera ➢XILINX ➢Lattice ➢Actel ➢Cypress
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一 FPGA特性及功能介绍-FPGA特性及优势
✓基于查找表技术 ✓采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生
产，就能得到合适的芯片 ✓FPGA可作为其他全定制或半定制ASIC电路的
• 1、FPGA特性及功能介绍 • 2、XILINX公司简介及其FPGA产品介绍 • 3、XILINX-FPGA开发环境介绍 • 4、基于XILINX-FPGA的硬件逻辑设计介绍 • 5、基于XILINX-FPGA的嵌入式系统设计介
绍 • 6、课程安排介绍
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一 FPGA特性及功能介绍-FPGA主要结构
e.g Spartan-II系列
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二 XILINX公司及其FPGA产品
Xilinx公司成立于1984年，首创了现场可编程逻辑 阵列(FPGA)这一创新性的技术，并于1985年首次 推 出 商 业 化 产 品 。 目 前 Xilinx 满 足 了 全 世 界 对 FPGA产品一半以上的需求。
可进行多次编程 只读，EPROM芯片，命名时一般以27开头，前面添
加生产厂商，如TMS27C512-60
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一 FPGA特性及功能介绍-FPGA发展历史
➢电 可 擦 除 只 读 存 储 器 EEPROM （ Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）； 特点在于：
财富杂志2003年“100家最适合工作的企业”排名 中，Xilinx名列第四位，并被广泛认为是半导体行 业中管理最佳、财务状况良好的高科技企业。
旧金山编年史也把Xilinx选为硅谷最适合工作的五 十家企业之一。
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二 XILINX公司及其FPGA产品-spartan系列
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二 XILINX公司及其FPGA产品
作为全球领先的可编程逻辑完整解决方案供应商， 其研发、制造并销售范围广泛的高级集成电路、 软件设计工具(ISE12.3官方发布最高版本)以及作 为预定义系统级功能的IP(Intellectual Property)核。 客户使用Xilinx及其合作伙伴的自动化软件和IP核 对器件进行编程，从而完成特定的逻辑操作。
✓FPGA主要结构
FPGA由可配置逻辑模块CLB(Configutable Logic Blocks) 、 输 入 输 出 模 块 IOB(Input/Output Blocks) 和 互 连 资 源 ICR(Interconnect Capital Resource)以及一个用于存放编程数据的静态存储 器 SRAM 组 成 。 其 中 CLB 的 基 本 组 成 单 元 为 Slice(由查找表和触发器构成的单元)
产品分类
✓ Spartan系列：侧重于低成本应用，容量中等，可以满足一 般的逻辑设计要求；
e.g Spartan-II系列给用户提供了高性能、丰富的逻辑资源和 充足的特征集，该系列家族中的六大成员其系统门级密度 达到了从15000到200000不等。
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二 XILINX公司及其FPGA产品-spartan系列
• Spartan-3A延伸系列FPGA平台对比
系统要求
3A
多功能嵌入式处 是 理
最佳存储架构 是
低成本安全性 是
集成Flash存储
单芯片非易失性
高性能DSP性能
增强型电源管理 是
3AN 是
是 是 是 是
是
3A DSP 是 是 是
是 是
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中试样片 ✓FPGA内部拥有丰富的触发器和I/O引脚 ✓FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用
最低、风险最小的器件之一
✓FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与 CMOS、TTL电平兼容（高低电平标准不一）
2020/2/9
西安电子科技大学-软件学院
5
一 FPGA特性及功能介绍-FPGA主要结构
传统的半导体公司仅有几百个客户，而Xilinx在全 世界有7500多家客户以及50000多个设计开端，其 中包括EMC、IBM、Nokia、Motorola、Siemens、 Sony、Sun Microsystem、Cisco Systems等等。
总部设于加利福利亚圣何塞市，为NASDAQ上市 公司。
2020/2/9
西安电子科技大学-软件学院
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一 FPGA特性及功能介绍-FPGA发展历史
✓20世纪80年代，Altera与Xilinx公司分别推 出 CPLD(Complex Programmable Logic Device) 和 FPGA 器 件 (Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)
一是可多次编程 二是可在线编程，常用操作接口方式I2C,SPI接口
✓ 20世纪70年代，出现可编程阵列逻辑(PAL,
Programmable Array Logic)和可编程逻辑阵 列(PLA, Programmable Logic Array)
➢PAL，命名规则PAL16L8-2CJ，包括输入数， 输出数，输出方式，速度，功耗，封装形式， 温度
1
一 FPGA特性及功能介绍-FPGA发展历史
早期的可编程器件，包括：
➢ 可 编 程 只 读 存 储 器 PROM （ Programmable Read Only Memory）；特点在于：
一是只能进行一次编程 二是空白PROM价格低廉，高成本ROM制作之前的
数据原型测试的最佳选择
➢ 紫外线可擦除只读存储器EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）；特点在于：
西安电子科技大学-软件学院
11
二 XILINX公司及其FPGA产品-virtex系列
✓ Virtex系列：侧重于高性能应用，容量较大，可 以满足各式各样的高端应用。当前Virtex系列包括 了Virtex-II，Virtex-4，Virtex-5,以及最新的Virtex6。各个系列都有针对不同应用的版本，比如说 DSP算法的，嵌入式系统设计的。 e.g ：Virtex-II FPGA采用0.15um、1.5v工艺技术制 造而成，拥有420M内部时钟，840Mb/s可编程I/O 块，具有强大的计算存储能力。
✓FPGA生产厂商
➢Altera ➢XILINX ➢Lattice ➢Actel ➢Cypress
2020/2/9
西安电子科技大学-软件学院
wk.baidu.com
4
一 FPGA特性及功能介绍-FPGA特性及优势
✓基于查找表技术 ✓采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生
产，就能得到合适的芯片 ✓FPGA可作为其他全定制或半定制ASIC电路的