基于FPGA的嵌入式系统毕业论文课程设计
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。
基于FPGA 的嵌入式系统设计
基于FPGA的嵌入式系统设计Design of Embedded System Based on FPGA(长江大学计算机科学学院) 林华Lin Hua摘要：提出了一种基于FPGA及MicroC /OS的嵌入式系统设计的新方法；从系统硬件平台设计与实现、系统软件配置、实时操作系统MicroC/OS-II的设计应用三方面详细介绍了整个系统平台的设计实现过程，并给出了验证结果。
关键字：FPGA；NIOS II；MicroC /OS；嵌入式系统中图分类号:TP 文献标识码:AAbstract：This paper proposes a new method for embedded system designing，based on FPGA and MicroC/OS．This paper introduce the design and realization course of the whole system flat in details from the hardware design，the software design and the design of MicroC/OS-II. the experiment result is given.Key words: FPGA；NIOS II；MicroC /OS；Embedded system1 前言近年来，随着嵌入式核心芯片的飞速发展，改变了传统嵌入式系统的设计方法，嵌入式系统逐渐由板级向芯片级过渡，即片上系统——SOC。
片上系统是追求产品系统最大包容的集成器件，是当前嵌入式应用领域的技术热点。
SOC的出现使集成电路发展成为集成系统，整个电子整机的功能可以集成到一块芯片中，降低了设计成本，缩短了开发周期。
因此，本文设计了一个基于FPGA的嵌入式系统，既能满足嵌入式系统教学实验的需要，同时也可作为嵌入式产品开发平台。
2 系统硬件设计本系统要实现的功能包括：可以运行嵌入式操作系统；支持NIOS II开发；支持USB 通讯；支持RS-232串口通讯；支持以太网通讯；支持JTAG接口在线调试与下载。
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。
(6)基于FPGA的嵌入式系统设计
FPGA技术发展新趋势（3）
FPGA与ASIC界限日趋模糊，相互融合 与 界限日趋模糊， 界限日趋模糊
XCS30XL Price
$5.50 $5.50 $5.50 $5.50
Percentage of Device Used
17% 36% 27% 6%
Effective Function Cost
$.93 $1.98 $1.49 $0.33
PCI Interface
$6.55
45%
$2.95
Prices are for 250Ku, least expensive package, slowest speed grade
IP资源复用与IP Core IP IP Core设计
IP资源复用理念
IP资源复用(IP Reuse)是指在集成电路 设计过程中，通过继承、共享或购买所 需的部分或全部智力产权内核(IP Core)， 进行设计、综合和验证，从而加速流片 设计过程的设计方法 IP Core是一种商品，是可编程逻辑器件 设计工程师价值体现的主要途径
面向二十一世纪的嵌入式系统设计技术
第六章：基于 第六章：基于FPGA的嵌入式系统设计 的嵌入式系统设计 －System On a Programmable Chip
徐 欣
副教授
嵌入式系统开放研究小组
主要内容
FPGA技术发展趋势综述 IP资源复用与IP Core设计 MicroBlaze软处理器IP Core MicroBlaze IP Core介绍 SOPC基本特征与设计实现 基于Internet可重构逻辑技术（IRL ）
基于FPGA的嵌入式系统设计
计算机工程应用技术本栏目责任编辑：贾薇薇基于ＦＰＧＡ的嵌入式系统设计周汝（湖南工业大学电气与信息工程学院，湖南株洲４１２００８）—基于ＦＰＧＡ设备驱动的解决方案。
该方案使用处摘要：在对现有的ＩＲＬ实现方案进行分析的基础上，提出了一种新的解决方案——理器控制方式结合嵌入式实时操作系统实现了通过互联网进行远程配置的功能，并且具有体系结构简单、跨平台、配置过程灵活快速、硬件成本较低等特点。
关键词：ＦＰＧＡ；嵌入式系统；ＩＲＬ系统中图分类号：ＴＰ３９３文献标识码：Ａ文章编号：１００９－３０４４（２００８）１４－２０９５４－０２ＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓｔｅｍｓＤｅｓｉｇｎＢａｓｅｄｏｎＦＰＧＡＺＨＯＵＲｕ（ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｕｚｈｏｕ４１２００８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｓｃｈｅｍｅｒｅｓｏｌｖｉｎｇｓｏｌｖｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｓｃｈｅｍｅｄｒｉｖｅｓｏｗｉｎｇｔｏＦＰＧＡｅｑｕｉｐｍｅｎｔｒｅａｌｉｚｉｎｇａｓｃｈｅｍｅｈａｖｉｎｇｓｕｇｇｅｓｔｅｄｔｈａｔｏｎｅｋｉｎｄｉｓｎｅｗｏｎｔｈｅａｎａｌｙｔｉｃａｌｂａｓｉｓｂｅｉｎｇｉｎｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｆａｃｅｔｏｆａｃｅｎｏｗａｖａｉｌａｂｌｅＩＲＬ．Ｏｗｅａｓｃｈｅｍｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｓｕｃｈａｓｕｓｉｎｇｔｈｅｐｒｏ－ｃｅｓｓｏｒｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅｔｏｈａｖｅｒｅａｌｉｚｅｄｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｂｙｔｈｅｆａｃｔｔｈａｔＩｎｔｅｒｎｅｔｃａｒｒｉｅｓｏｕｔｌｏｎｇ－ｒａｎｇｅａｌｌｏｃａｔｉｏｎｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈｉｍｐｌａｎｔｉｎｇｄｙａｄｉｃｒｅａｌｔｉｍｅＯＳ，ａｎｄｈａｖｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｔｒｉｄｉｎｇｏｖｅｒｐｌａｔｆｏｒｍ，ｎｉｍｂｌｅｆｌｅｅｔｎｅｓｓｏｆａｌｌｏｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ｈａｒｄｗａｒｅｃｏｓｔｓｉｍｐｌｅｌｙ，ｃｏｍ－ｐａｒａｔｉｖｅｌｙｌｏｗ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＦＰＧＡ；Ｉｍｐｌａｎｔｄｙａｄｉｃｓｙｓｔｅｍ；ＩＲＬｓｙｓｔｅｍ１引言互联网可重配置逻辑ＩＲＬ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＲｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅＬｏｇｉｃ），是一种能够通过互联网对目标系统的硬件进行远程更新和动态重构的设计方法。
基于FPGA技术的嵌入式系统设计与开发
基于FPGA技术的嵌入式系统设计与开发嵌入式系统在现代科技中起着至关重要的作用，它们被广泛应用于智能手机、汽车、医疗设备和工业控制等领域。
嵌入式系统的设计与开发过程中，FPGA（Field Programmable Gate Array）技术成为一种常用的解决方案。
本文将探讨基于FPGA技术的嵌入式系统设计与开发的相关内容。
一、嵌入式系统设计与开发的基本概念嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，它被嵌入到其他设备或系统中，以实现特定的功能。
嵌入式系统通常具有实时性要求、资源受限、功耗低等特点，因此对其设计与开发的要求较高。
基于FPGA技术的嵌入式系统设计与开发，采用可编程逻辑芯片FPGA作为硬件平台，通过对FPGA内部逻辑电路的编程实现所需功能。
相比于传统的ASIC（Application Specific Integrated Circuit）设计流程，FPGA技术具有可重构性、快速原型开发、灵活性等优势。
二、FPGA技术在嵌入式系统设计与开发中的应用1. 快速原型开发FPGA技术可以提供快速的原型开发平台。
设计人员可以使用HDL （Hardware Description Language，硬件描述语言）如Verilog或VHDL编写嵌入式系统的逻辑电路，并通过FPGA工具链将其综合为FPGA可接受的二进制配置文件。
这样，设计人员可以在相对较短的时间内验证系统的功能和性能。
2. 灵活性与可重构性FPGA技术允许设计人员在硬件平台上灵活地重新编程和更改逻辑电路。
这意味着设计人员可以在嵌入式系统的开发过程中进行迭代和调试，以满足不断变化的需求。
与传统的ASIC设计相比，FPGA技术大大缩短了设计和开发周期。
3. 高性能与低功耗由于可以根据具体功能需求对FPGA进行高度优化，因此基于FPGA技术的嵌入式系统可以实现高性能和低功耗的平衡。
设计人员可以通过优化逻辑电路、使用流水线技术以及利用FPGA内部资源等方法来提升系统性能，并在功耗控制上进行权衡。
基于FPGA的嵌入式系统设计与优化
基于FPGA的嵌入式系统设计与优化一、引言随着科技的不断发展，嵌入式系统已经越来越广泛地应用于各个领域中。
FPGA是一种可编程逻辑器件，具有灵活性高、速度快等优点，因此被广泛应用于嵌入式系统的设计之中。
本文将着重介绍基于FPGA的嵌入式系统设计与优化。
二、基于FPGA的嵌入式系统设计1、FPGA概述FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，它是一种可以在电路板上编程的芯片。
FPGA具有灵活性高、速度快、能够完成复杂的逻辑任务等优点。
FPGA主要由可编程逻辑单元、可编程路由器、I/O单元和时钟管理单元等组成。
其中，可编程逻辑单元可以被编程为各种逻辑门，可编程的连接器将这些逻辑门连接在一起，最终构成一个完整的数字电路。
2、基于FPGA的嵌入式系统设计的步骤基于FPGA的嵌入式系统设计的步骤可以分为以下几个部分：（1）设计嵌入式系统的结构嵌入式系统的结构设计需要考虑其所要实现的功能、系统的模块划分以及各个模块之间的通信方式等因素，以便后续的整个系统的设计。
（2）选择合适的FPGA开发板在嵌入式系统设计时，需要选择合适的FPGA开发板。
开发板的选用需要根据设计的功能、接口类型和速度等因素进行综合考虑。
（3）设计FPGA逻辑电路在FPGA开发板的基础之上，需要进行逻辑电路的设计，这一过程包括了电路原理图的设计以及Verilog或VHDL的编写。
（4）完成FPGA逻辑电路的编写和仿真编写好FPGA逻辑电路后，需要进行仿真。
通过仿真，能够检测到逻辑电路中存在的问题，以便后续的调试。
（5）将逻辑电路加载到FPGA芯片中将逻辑电路成功编译后，需要将其加载到FPGA芯片中，方可实现所需功能。
3、基于FPGA的嵌入式系统应用举例（1）视频图像处理基于FPGA的嵌入式系统能够支持视频信号的采集和处理，可应用于多种场景。
例如，可以在工业自动化等领域用于对图像的实时监测与分析，以及在医学诊断等领域用于对医学图像的处理和分析。
嵌入式系统中的FPGA设计与开发研究
嵌入式系统中的FPGA设计与开发研究嵌入式系统是当今科技领域中一个重要的研究方向，而FPGA（Field-Programmable Gate Array）作为其中的关键技术之一，被广泛应用于各种嵌入式系统中。
本文将探讨FPGA在嵌入式系统中的设计与开发研究。
1. FPGA的基本概念与特点FPGA是一种可编程逻辑器件，它可以通过编程实现不同的逻辑功能，具有灵活性高、可重构性强的特点。
与传统的ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）相比，FPGA无需进行定制设计和制造，大大缩短了产品的开发周期。
此外，FPGA还具有低功耗、高性能和可靠性好等优点，因此在嵌入式系统中得到了广泛应用。
2. FPGA在嵌入式系统中的应用2.1 通信领域FPGA在通信领域中有着重要的应用。
例如，FPGA可以用于实现高速数据传输、信号处理和协议转换等功能。
它可以通过并行计算、硬件加速等技术提高通信系统的性能，同时满足实时性和可靠性的要求。
2.2 图像处理领域图像处理是嵌入式系统中另一个重要的应用领域。
FPGA可以通过并行计算、硬件加速等技术实现图像的高速处理和实时显示。
例如，FPGA可以用于实现图像的滤波、边缘检测、目标跟踪等功能，提高图像处理系统的性能和效率。
2.3 控制系统领域在嵌入式系统的控制系统领域，FPGA也发挥着重要的作用。
FPGA可以用于实现各种控制算法和逻辑控制器，满足不同应用场景下的控制需求。
例如，FPGA可以用于实现电机控制、机器人控制、自动化生产线控制等功能，提高控制系统的精度和稳定性。
3. FPGA设计与开发过程FPGA的设计与开发过程一般包括以下几个步骤：需求分析、系统设计、硬件描述语言编程、综合与实现、验证与调试。
首先，需要明确系统的需求和功能，确定FPGA的规模和资源需求。
然后，进行系统设计，包括模块划分、接口设计等。
接下来，使用硬件描述语言（如VHDL或Verilog）进行编程，描述FPGA的逻辑功能和时序行为。
基于FPGA的嵌入式系统设计_Chapter_01_概论
概述-什么是 概述 什么是FPGA 什么是
FPGA 采用了逻辑单元阵列 LCA( Logic Cell Array )这样 ( 一个新概念,内部包括可配置逻辑模块CLB ( Configurable 一个新概念,内部包括可配置逻辑模块 Logic Block ),输出输入模块 IOB( Input Output Block ) ),输出输入模块 ( 和内部连线( 三个部分. 和内部连线( Interconnect )三个部分.
概述-FPGA系统的趋势 系统的趋势 概述
软硬件协同 灵活的系统划分 高可复用性 中低端应用直接采用FPGA芯片 中低端应用直接采用 芯片 更好的性能,更低的单位价格 更好的性能 更低的单位价格 …
概述-FPGA嵌入式系统的优势 嵌入式系统的优势 概述
经过充分测试的成品ASIC:风险小 风险小 经过充分测试的成品 可根据需要重复配置:可重构 可升级 可根据需要重复配置 可重构,可升级 延长产品生 可重构 可升级,延长产品生 命周期 快速产品开发:TTM(Time To Market)短 快速产品开发 短 作为已经停产的芯片在系统中替代:保证产品线 作为已经停产的芯片在系统中替代 保证产品线 的稳定 可以减少外围芯片的数量:简化 可以减少外围芯片的数量 简化PCB板的设计 简化 板的设计 …
概述-FPGA的优势 的优势 概述
经过充分测试的成品ASIC:风险小 风险小 经过充分测试的成品 可根据需要重复配置:可重构 可升级 可根据需要重复配置 可重构,可升级 延长产品生 可重构 可升级,延长产品生 命周期 快速产品开发:TTM(Time To Market)短 快速产品开发 短 作为已经停产的芯片在系统中替代:保证产品线 作为已经停产的芯片在系统中替代 保证产品线 的稳定 可以减少外围芯片的数量:简化 可以减少外围芯片的数量 简化PCB板的设计 简化 板的设计 …
毕业设计(论文)-基于fpga的电路设置[管理资料]
![毕业设计(论文)-基于fpga的电路设置[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/e964cc9527d3240c8547ef07.png)
摘要FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。
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。
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。
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。
系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，一个出厂后的成品FPGA的逻辑块的连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。
本文设计的实验板目的就是验证所设计的电路的逻辑功能。
实验板以EP1C6Q240C8为主，配以存储器、数据配置、复位、实时时钟、I/O口分配、扩展接口、独立按键及LED、液晶显示、数码管显示、蜂鸣器和电源等功能电路。
而其中的独立按键及LED、液晶显示、数码管显示、蜂鸣器就是验证时的直接展现。
关键字：FPGA,硬件原理图，测验ABSTRACTFPGA（Field－Programmable Gate Array），It is based on the further development of the product of PAL、GAL、CPLD etc.. It is in the field of application-specific integrated circuit （ASIC）for a half customize the circuit, it solves the shortage, and custom circuit overcomes original programmable gate device limited number of faults. Now completed the above circuit design by the Hardware description language, can pass by the simple integrated and layout, rapid replication to test on FPGA, it is the mainstream of modern IC design verification. These can edit component can be used to achieve some basic logic gate(such as AND、OR、XOR、NOT ) or, more complex combination of some functions such as decoder or mathematical equations. In most of the FPGA, these can edit component also includes memory devices such as flip-flop or other more complete memory block. According to the system designer, through the FPGA links can edit the internal logic pieces together. One of the products of the factory, logical block of FPGA can be changed according to the designer, so the FPGA can complete the required logic functions.The purpose of this experimental plate is to verify that the logic function of circuit. The primary device is EP1C6Q240C8 on this experimental plate, use with the circuit of memory, Data configuration, reset, real-time clock, I/O port, expand interface, independent buttons and LED, LCD display, digital display, buzzers and power etc.. And that the independent buttons and LED, LCD display, digital display show directly of the checkoutKey Words: FPGA, Hardware diagram, quiz目录第1章绪论 (1)设计背景 (1)设计目的和意义 (2)论文的结构安排 (2)第2章 FPGA开发板原理图分析 (3)FPGA电路 (4)存储电路 (6)Flash存储器 (6)SRSM存储器 (7)SDRAM存储器 (8)配置电路 (9)复位电路 (11)时钟电路 (12)FPGA I/O口分配电路 (13)扩展接口电路 (13)外扩I/O口PACK2 (18)外设PACK接口电路 (18)FPGA扩展接口电路 (19)验证功能电路 (17)按键及LED电路 (17)蜂鸣器电路 (18)七段数码管显示电路 (18)液晶显示电路 (19)实时时钟电路 (19)电源电路 (24)系统电源电路 (24)FPGA电源电路 (25)第3章实验板的测验 (28)读取按键信号 (28)第4章结论 (27)参考文献 (28)致谢 (29)第1章绪论设计背景半导体技术一直遵循著名的摩尔定律持续地发展，回顾半导体的发展历史，当一种技术具有可编程特性时，它就会处于支配的地位。
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。
基于FPGA的嵌入式系统设计_Chapter_02_FPGA原理及相关资源
FPGA开发板使用的一般步骤 开发板使用的一般步骤
1. 选择合适的开发板.可以作为产品的原型,为开发准备充分的时间, 选择合适的开发板.可以作为产品的原型,为开发准备充分的时间, 提供开发板电路设计的参考… 提供开发板电路设计的参考 2. 开发板应该提供使用手册,电路原理图,以及丰富的示例.通过开发 开发板应该提供使用手册,电路原理图,以及丰富的示例. 板提供的整板测试文件,对开发板进行测试,确认开发板的情况. 板提供的整板测试文件,对开发板进行测试,确认开发板的情况. 3. 根据电路原理图,了解FPGA芯片与外围芯片的连接关系.包括管脚 芯片与外围芯片的连接关系. 根据电路原理图,了解 芯片与外围芯片的连接关系 约束, 接口标准约束等内容 约束,I/O接口标准约束等内容 4. 通过重复开发板的示例,了解FPGA开发板应用的情况 通过重复开发板的示例,了解 开发板应用的情况 5. 自行设计电路.在设计,编码,仿真验证之后,下载到FPGA芯片中, 自行设计电路.在设计,编码,仿真验证之后,下载到 芯片中, 芯片中 通过逻辑分析仪,示波器, 通过逻辑分析仪,示波器,以及板上其他显示资源进行板级验证
FPGA中的资源 中的资源
DCM(Digital Clock Manager)
DCM功能图 功能图
FPGA中的资源 中的资源
BRAM( Block Ram)
BRAM是FPGA中内建的内存块,针对需要容量较大, 速度较高的应用中.使用不同的配置,BRAM可以作 为RAM,ROM,FIFO,大型查找表,数据宽度转换, 环形缓冲器以及移位寄存器等. BRAM支持不同数据宽度和深度的配置.可在HDL描 述文件中实例化使用,也可通过FPGA相应工具配置生 成.
FPGA的原理 的原理
选择PLD还是 还是FPGA 选择 还是
基于FPGA的嵌入式系统应用研究
西安电子科技大学硕士学位论文基于FPGA的嵌入式系统应用研究姓名：任颖新申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：周端20100501摘要随着信息技术与网络技术的高速发展，嵌入式系统正越来越广泛地应用于科学研究、军事技术、工程设计、消费类电子等方面。
嵌入式系统的研究内容涉及到计算机学科的各个方面。
本论文研究了FPGA的结构和工作原理，结合FPGA的特点分析了FPGA做为嵌入式系统硬件平台的可行性和优势。
论文针对Xilinx公司的Virtex-II Pro开发板，介绍了板上的硬件资源，分析了该开发板上FPGA芯片中内嵌的MicroBlaze 软核和PowerPC 405硬核微处理器。
在掌握Virtex-II Pro开发板资源的基础上，利用MicroBlaze软核和PowerPC 405硬核分别进行了嵌入式系统的应用设计。
完成了将uCLinux操作系统移植到MicroBlaze软核处理器，其中包括软硬件环境设置、交叉编译工具生成、内核裁剪与编译等，在移植好的操作系统上实现了嵌入式音乐游戏的应用程序。
在PowerPC 405硬核处理器上实现了人脸检测系统的设计，包括人脸检测流程分析、硬件开发平台搭建、移植OpenCV提供的基于AdaBoost算法的人脸检测系统源代码、编译调试等。
论文研究了基于FPGA的开发平台上进行嵌入式系统开发的一般步骤，通过所完成的嵌入式音乐游戏和人脸检测系统的设计，提供了基于FPGA硬件的嵌入式系统应用的方法和步骤。
本论文的工作对嵌入式系统的应用有一定参考价值。
关键词：嵌入式系统FPGA 人脸检测系统ABSTRACTWith the rapid development of information technology and network technology, embedded systems become widely used in many fields such as scientific research, military technology, engineering, and consumer electronics and so on. The research of embedded systems covers all aspects of computer science.The present research investigated the structure of working principle of FPGA and analyzed the feasibility and advantage of FPGA as the embedded system hardware platform based on the characteristics of FPGA. By using the Virtex-II Pro development board from Xilinx company, the study introduced the hardware resource on the board and analyzed the MicroBlaze soft-core and the PowerPC 405 hard-core microprocessor embedded in the chip of FPGA.Based on the knowledge of resources on Virtex-II Pro development board, the study designed embedded systems with MicroBlaze soft-core and the PowerPC 405 hard core. This research succeed in transplanting uCLinux operating system to MicroBlaze soft-core processors, including setting of the hardware and software environment, generation of cross-compiler tool and cut, translation , and compilation of the kernel. The embedded music game application was then implemented in the transplanted operating system. The face detection system was designed in the PowerPC 405 hard core processor, including analysis of face detection process, building of hardware development platform, transplantation of the source code of face detection system based on AdaBoost Algorithm provided by OpenCV, compilation, translation and debugging and so on.This study explored general steps of the development of embedded systems based on FPGA development platform and provided methods and steps of the application of FPGA hardware-based embedded system through the design of embedded music game and the face detection system. This research contributes to the application of embedded systems.Keywords: embedded system FPGA face detect创新性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
基于FPGA的嵌入式系统
基于FPGA的嵌入式系统1 NiosⅡ CPU的体系结构31.1 NiosⅡ处理器的结构 (3)1.2 NiosⅡ处理器的基本组成 (3)1.3 Debug模块 (3)1.4 NiosⅡ开发环境简介 (3)2 IP核42.1 SDRAM控制器 (4)2.2FLASH (5)3 基于SOPC的温湿度监测系统设计53.1 系统总体设计方案 (5)3.2 SOPC硬件系统设计 (6)3.3 SOPC软件系统设计 (9)3.3.1 NiosⅡ软件系统设计 (9)3.3.2 NiosⅡIDE C/C++Build属性配置 (13)3.3.3 软件系统的设计流程 (15)4 实验结果与分析15结论18SOPC是可编程片上系统，即一种特殊的嵌入式系统。
首先它是片上系统（SOC），由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。
SOPC是基于FPGA解决方案的SOC，与ASIC的SOC解决方案相比，SOPC系统及其开发技术具有更多的特色。
构成SOPC的途径有基于FPGA嵌入IP硬核的系统、基于FPGA嵌入IP软核的系统和基于HardCopy 技术的SOPC系统三种方式。
本文介绍基于FPGA的嵌入IP软核的SOPC系统实现方法，设计了一种基于SOPC的温湿度监测系统。
通过Quartus II 软件里的SOPC builder把Nios II Processor、Avalon总线、UART、SDRAM_controller、Flash Memory、Avalon三态桥等多个IP核集成生成系统所需的SOPC。
传感器扩展板采用Mega8作为主控芯片，用于数据的采集、显示以及和PC的通信。
同时配有由SPI总线控制的数码管，可以显示传感器的测量结果，以及与PC通信过程中的具体情况。
对外采用波特率为115200的串口进行通信，用户可通过串口向该模块发出各种查询命令以查询传感器的状态。
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。
基于FPGA的嵌入式系统设计
基于FPGA 的嵌入式系统设计王俊雄,黄 铉,刘正义(西南交通大学电气工程学院,四川省成都市610031)摘 要:提出了一种基于FPGA (现场可编程门阵列)和软核CP U 的嵌入式系统设计的新方法。
FPGA 芯片选用A ltera 公司的Cyclone 系列芯片作为处理器,配合A ltera 公司的N I O S 软核嵌入式处理器构成整个系统的核心;操作系统采用L C /OS 嵌入式系统,并移植到FPGA 平台上;外围添加USB 接口作为扩展接口,使用Cypress 公司的EZ_USB 系列芯片;整个系统以FPGA 和N I O S 为中心进行设计,外围接口包括J TAG 、串口、U SB 口等。
给出了系统硬件架构以及与U SB 芯片的接口应用电路。
关键词:FPGA;N I OS;L C /OS ;USB ;嵌入式系统中图分类号:TP368收稿日期:2005-10-17。
0 引 言嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,并且软硬件可裁剪,适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。
嵌入式系统是一个外延极广的名词,凡是与产品结合在一起的具有嵌入式特点的系统都可以叫嵌入式系统,很难给它下一个准确的定义。
因此,目前通常把嵌入式系统的中心放在/系统0(即操作系统)上,是指能够运行操作系统的软硬件综合体。
总体上,嵌入式系统可以划分成硬件和软件两部分。
硬件一般由高性能的微处理器和外围接口电路组成,软件一般由实时操作系统和其上运行的应用软件构成,软件和硬件之间由所谓的中间层即BSP(板级支持包)连接。
传统的嵌入式处理器一般都选用AS I C (专用集成电路)。
ASI C 是一种为具体任务而特殊设计的专用器件,由于在设计过程中进行了专门优化,其性能、性价比都非常高,减少了系统软件和硬件设计的复杂程度,降低了系统成本,但还是存在一些缺点如前期设计费用高,且一旦设计完成就无法升级和扩展等。
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目录1 NiosⅡ CPU的体系结构3NiosⅡ处理器的结构 (3)NiosⅡ处理器的基本组成 (3)Debug模块 (3)NiosⅡ开发环境简介 (3)2 IP核4SDRAM控制器 (4)3 基于SOPC的温湿度监测系统设计5系统总体设计方案 (5)SOPC硬件系统设计 (6)SOPC软件系统设计 (9)NiosⅡ软件系统设计 (9)NiosⅡ IDE C/C++Build属性配置 (13)软件系统的设计流程 (15)4 实验结果与分析15结论18SOPC是可编程片上系统，即一种特殊的嵌入式系统。
首先它是片上系统（SOC），由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。
SOPC是基于FPGA解决方案的SOC，与ASIC的SOC解决方案相比，SOPC系统及其开发技术具有更多的特色。
构成SOPC的途径有基于FPGA嵌入IP硬核的系统、基于FPGA嵌入IP软核的系统和基于HardCopy 技术的SOPC系统三种方式。
本文介绍基于FPGA的嵌入IP软核的SOPC系统实现方法，设计了一种基于SOPC的温湿度监测系统。
通过Quartus II 软件里的SOPC builder把Nios II Processor、Avalon总线、UART、SDRAM_controller、Flash Memory、Avalon三态桥等多个IP核集成生成系统所需的SOPC。
传感器扩展板采用Mega8作为主控芯片，用于数据的采集、显示以及和PC的通信。
同时配有由SPI总线控制的数码管，可以显示传感器的测量结果，以及与PC通信过程中的具体情况。
对外采用波特率为115200的串口进行通信，用户可通过串口向该模块发出各种查询命令以查询传感器的状态。
本次设计使用NiosII IDE编写应用程序，发送相应指令，获取温度和湿度的值，同时显示在Console窗口。
关键词：SOPC技术；FPGA开发板；IP核；温湿度监测；NiosⅡ处理器；Mega8芯片SOPC is System-On-a-Programmable-Chip, that is a special embedded system: First, it is the system on chip (SOC), which completes the main logic function of the whole system on a single chip; second, it is a programmable system with a flexible design approach which is reducible, scalable, and has the software and hardware in-system programmable functions. SOPC is a kind of special SOC which is based on FPGA solutions and there are more features compared with the SOC and ASIC solutions; three approaches are available to constitute a SOPC: based on embedded hard IP-core FPGA, based on embedded soft IP-core FPGA and based on Hardcopy technology. Each of them has its own characteristics. This article describes the embedded SOPC system based on soft IP core of Altera's FPGA,which is used to design a temperature and humidity monitoring system .Using the SOPC builder of the Quartus II software, we integrate Nios II Processor, Avalon bus, UART, Sdram_controller, Flash Memory, Avalon tristate bridge, and other IP cores to generate the SOPC that the system sensor expansion board use Mega8 as the main chip for data acquisition, display and PC communication. At the same time, the board has controlled by the SPI bus, which is used to display the sensor measurements and the specific situation of communication with PC. A user can issue the query command to query the status of the sensor through the115200 serial port of the external communication. This design uses the Nios II IDE to write application,sending the appropriate instructions and obtaining the temperature and humidity values displayed in the Console window.Keywords:SOPC technology; the development board of FPGA; IP Core; Temperature and humidity monitoring; NiosⅡprocessor; Mega8 chip1 NiosⅡ CPU的体系结构NiosⅡ处理器的结构Nios嵌入式处理器系统包括一个或多个Nios CPU、Avalon交换总线和其他组件[7]。
下列组件可以生成基于Nios处理器的嵌入式系统Nios CPU ,Avalon总线,外围设备和存储器接口,片内调试模块Nios处理器系统包含带指令和数据高速缓存的Nios CPU，片内调试模块、直接存储器存取（DMA）控制器、常用外围设备（PIO、UART、以太网口和存储器接口等）和并行多控制Avalon交换结构总线。
NiosⅡ处理器的基本组成NiosⅡ处理器包括如下功能单元,寄存器文件,ALU ,自定义指令逻辑的接口,异常控制器,指令总线,数据总线,指令高速缓存和数据高速缓存,指令和数据的存储器接JTAG调试模块。
Debug模块Altera的合作伙伴FS2和Accelerated Techonlogy提供给Nios嵌入式处理器开发者顶级调试工具。
可配置的Nios CPU可选择包括FS2的片内调试模块（OCI）。
OCI提供包括运行控制、硬件断点，片内跟踪和片外跟踪等电路仿真器。
用户可以使用Altera开发套件中的ByteBlasterⅡ下载电缆或FS2的目标系统分析器连接OCI，在主程序中存取OCI。
NiosⅡ开发环境简介Nios嵌入式处理器系统的开发环境包括硬件和软件两部分。
Nios系统设计人员可以使用Nios开发工具创建高性能的可编程片上系统（SOPC）。
有效的Nios嵌入式处理器开发工具允许用户配置一个或多个NiosCPU，从标准库中添加外围设备，综合处理自定义系统，与Quartus设计软件一起编译系统，用GNUPro软件开发工具进行程序设计、连编和调试。
图1 Nios嵌入式开发流程2 IP核Cyclone器件内置多达2个Nios增强型锁相环，可给用户提供高性能的时钟管理能力，如频率合成、可编程移相、片外时钟输出、可编程占空比、失锁检测以及高速差分时钟信号的输入和输出等。
SDRAM控制器在以SDRAM作为缓存的系统中，使用可编程器件对其进行控制具有很强的灵活性。
为了使设计具有模块化和可重复使用的优点，设计了一个简化的SDRAM接口电路。
这样就屏蔽掉了SDRAM操作的复杂性，而其它逻辑模块可通过接口电路对SDRAM进行访问。
此外，由于整个SDRAM控制器用VHDL语言编写，只要对其进行简单的修改就可以满足不同的需求，具有很强的灵活性。
平台具有一个32MB的Nor FLASH——AM29LV256ML，位于核心板FPGA芯片的下方。
在SOPC中可使用下图所示的IP核Flash Memory Interface （CFI）。
依照电路图，将地址宽度定义为25。
图2 Flash Memory Interface3 基于SOPC的温湿度监测系统设计系统总体设计方案基于SOPC的温度湿度监控系统采用的是SOPC和NIOS设计，通过FPGA 实现。
其中UP-FPGA2C35-II中传感器扩展板由多种不同的传感器构成，并有四个外部信号输入接口，可以分别测量温度、湿度、热敏、光敏信号。
采用Mega8作为主控芯片，用于数据的采集、显示以及和PC 的通信。
同时配有由SPI总线控制的二位八段共阳数码管，可以显示传感器的测量结果，以及与PC通信过程中的具体情况。
对外采用波特率为115200 的串口进行通信，用户可通过串口向该模块发出各种查询命令以查询传感器的状态。
串口通信指令格式传感器扩展板与PC 之间的通信采用一问一答的方式，即PC向电路板发送一条查询指令，电路板则返回相应的消息。
SOPC从工业控制上位机软件的特点出发，按照功能分为多个不同的模块，完成一套适用于仓库温湿度管理系统的上位机应用软件。
设计了软件的功能结构，并编写了相应的程序，使软件具备了仓库的实时监测、消息显示等功能。
本设计的几个主要方面有：界面编程、控件的编程；与FPGA串口通信；温湿度显示，Nios II IDE中的编程；将上面的几部分联合编程。
最后实现对温湿度信息接受并显示。
图3 整个系统的设计流程SOPC硬件系统设计(1)打开Quartus II软件，新建工程“Sensor Board”，然后选择“Tools | SOPCBuilder…”进入SOPC Builder。
注意：若没有工程打开，此选项不可选，所以先建立工程。