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第二部分 FPGA的学习与设计
第1章 概述 1.1教学目标 1)学会使用Quartus II进行FPGA设计 2)学会使用Verilog语言进行FPGA设计 1.2 FPGA概述 FPGA(Field-programmable gate Array),即现场可编程门阵列;是在PAL、GAL、CPLD等基础上进一步发展的产物。广泛应用于通信、自动控制等, 主要的生产厂家有Altera、Xilinx、Actel等。 FPGA可以用于实现各种接口,实现各种状态控制以及数字处理任务。 与CPLD比较,FPGA 使用了SRAM 工艺,而CPLD FASTFLASH 工艺;FPGA适合时序逻辑、CPLD更适合组合逻辑;FPGA的布线时延不可预测、而CPLD的时序延迟为均匀可预测;FPGA较CPLD具有更高集成度;CPLD无需配置芯片,FPGA需从外部引导配置数据;CPLD较FPGA具有更高的保密性,但却有更多的功耗。 与MCU、DSP、ARM等控制器相比,都是可编程器件;控制器(CPU)指令顺序执行,FPGA为并行;FPGA适用于更高速处理、而控制器侧重于任务繁多的处理;控制器的应用为软件编程(C),而FPGA的编程更偏向于硬件(Verilog VHDL)。 一般的说,FPGA是一种数字系统,输入输出由编程内容确定。本课程将学习使用Quartus软件,采用Verilog HDL语言进行编程,来使得编程后的FPGA的输入输出具有符合设计要求的关系。 1.3 FPGA设计流程 典型的FPGA CAD设计流程如图1所示。 图 1FPGA设计流程 其中CAD流程包含以下步骤: 1.设计输入 所需电路可通过原理图方式或硬件描述语言方式(如Verilog或VHDL)进行设计。 2.综合 输入的设计被综合进入由逻辑元素(LEs,FPGA芯片提供)组成的电路中。 3.功能仿真 综合电路被测试以验证其功能是否正确,次仿真不考虑时序因素。 4.布局布线 CAD Fitter工具决定网表中定义的LEs如何布置成FPGA芯片中的实际LEs。 5.时序分析 分析已布局布线电路中的不同路径的传播延迟,用以指示所需电路的性能。 6.时序仿真 测试已布局布线电路,验证其是否在功能和时序上都正确。 7.编程及配置 设计的电路,通过编程配置开关,被实现到一个物理的FPGA芯片。配置开关用于配置LEs和建立所需线路连接。 |
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