FPGA片上可编程系统设计概述研讨.ppt

何宾 Tel： email: 高等教育出版社 北京中教仪装备技术有限公司 高教社XILINX SOC竞赛培训系列课程 FPGA System Design Primer 北京中教仪装备技术有限公司 FPGA数字逻辑系统设计 本课程的主要内容 一、概述 二、FPGA硬件资源及工作原理 2.1 时钟资源和时钟 2.2 IO资源（FPGA的封装） 2.3 逻辑资源 2.4 数字信号处理单元工作原理 2.5 存储器资源 2.6 高速串行接口 三、硬件描述语言-Verilog语言 四、基于ISE软件FPGA设计流程 五、基于FPGA的数字可编程系统设计 六、实验 参考教材 《Verilog 数字系统设计教程》夏宇闻 北京航空航天大学出版社 参考资料： 《 Verilog HDL 语言及数字系统设计》李景华，国防工业出版社 《Xilinx 可编程逻辑器件应用与系统设计》孙航电子工业出版社 不同厂家、不同系列的产品在性能上和结构上会有一定差异。在实际应用中，要认真查看相应产品的说明书。 一、概述 FPGA（现场可编程门阵列，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。 　　 一、概述 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。 现场可编程门阵列（FPGA）是可编程器件，与传统逻辑电路和门阵列（如PAL，GAL及CPLD器件）相比，FPGA具有不同的结构。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。 一、概述 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是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。 　　 一、概述 加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA进入工作状态。掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA能够反复使用。FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时，只需更换或重新烧写EPROM即可。这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。因此，FPGA的使用非常灵活。 一、概述 FPGA的基本特点 1）采用FPGA设计ASIC电路(专用集成电路)，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。 　　2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。 　　3）FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。 　　4）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。 　　5) FPGA采用高速CMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。 　　可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。 一、概述-FPGA市场份额 Xilinx Altera 是世界可编程平台领导厂商 一、概述--应用领域 应用： 航空航天/军用产品 汽车 广播 消费类 数据处理/存储 工业/科技/医疗（ISM） 有线 无线 一、概述--应用领域 一、概述--主要发展例程(Xilinx) 1984年 Ross Freeman、Bernie Vonderschmitt 和 Jim Barnett 创立了 Xilinx。 1985 年 Xilinx 推出了它的第一款产品 - XC2064。 1991年 推出 XC4000? 系列 FPGA。 1998年 推出 Virtex?? FPGA 系列。 2002年 推出 CoolRunner-II 系列产品。 2003年 推出 Spartan??-3 系列产品。 2