FPGA综合实验教学平台的设计与应用.pdfVIP

总第 111期第 1期 高 校 实 验 室 工 作 研 究 SerialNO．111，NO．1 2012年 3月 GAOXIAO SHIYANSHIGONGZUO YANJIU Mar．2O12 FPGA综合实验教学平台的设计与应用 王媛媛 ，童 军 ，李锦耀 (1西安科技大学 电气与控制工程学院，陕西 西安 710054；2延安机场有限公司，陕西 延安 716000) 摘 要：为使学生在校期间就能够接触到前沿的高新技术知识，掌握现代设计手段 ，提升学生硬件实际动 手能力、 自主创新能力以及提高学生面 向社会 的适应能力，设计 了一种技术先进 、简单实用的FPGA综合 实验教学平台，该实验教学平台的内容涵盖了微电子、计算机、通信、自动控制、电力电子等几大领域多 个实验项 目的开发研究，可以较好 的满足高校本科生、研究生实验教学的要求及教师的项 目开发 。 关键词 ：FPGA；创新能力；实验教学 FPGA是现场可编程 门阵列的简称，FPGA的应用 口以及丰富的板上功能扩展部件，概括可分为下面几大 领域最初为通信领域 ，但 目前，随着信息产业和微 电子 模块：接 口通信、控制、存储、数据转换 以及人机交互 技术的发展 ，可编程逻辑嵌入式系统设计技术 已经成为 显示等 。能够较好地满足高校专科生 、本科生 以及研究 信息产业最热门的技术之一，应用范围遍及航空航天、 生 的EDA、SOPC课程教学实验开发 ，除此之外还可以 医疗 、通讯、网络通讯、安防、广播 、汽 车 电子 、工 满足 电子设计及 电子项 目研发 的需求 ，并可用于产品开 业 、消费类市场 、测量测试等多个热门领域 。所涉及 的 发 的原型验证 、IC前端设计验证 ，IP核验证等 。该实 专业有计算机、通信 、自动化、微电子等。并随着工艺 验平 台的整体结构如图 1所示 。 的进步、技术的发展以及 EDA工具软件的不断完善，越 来越多的设计也开始 以ASIC转 向FPGA，在 FPGA芯片 上实现各种复杂算法和构建 SOPC系统成为研究的热点。 中国每年对于 FPGA设计人才 的需求缺 口巨大 ， FPGA设计人才的薪水也是行业 内最高的。目前，美国 已有 FPGA人才40多万，中国台湾地 区也有7万多，而 中国内地仅有 1万左右 ，可见中国渴望有更多的FPGA 人才涌现出来…。 高等院校作为人才培养基地，应该使学生在校期间 就能够接触到前沿的高新技术知识，掌握现代设计手 段 ，提高学生面 向社会的适应能力。因此 ，改善实践环 境，保障FPGA实践环节尤为重要。我们设计了 FPGA 图 1 实验平台的整体结构框 图 综合实验教学平台，该实验平台以大规模 FPGA芯片为 1．2系统的软硬件配备 核心，带有通用的计算机接 口和板上功能扩展部件，能 1．2．1 硬件 配备 够较好的满足多个专业学生的FPGA实验教学以及教师 该实验平 台由33套 以EP2C5Q208C8芯片为核心的 的科研需求 。 实验系统和两套 以EP2C35为核心的实验系统构成。实 1 FPGA综合实验平台的设计 验系统主要有 以下模块组成：①接 口通信模块，包括 SPI接 口、IIC接 口、VGA接 口、RS232接 口、网络接 1．1 综合 实验平 台的整体设计 方案 口、USB接 口、PS2键盘／鼠标接 口、1一Wire接 口等； 该实验平 台以 Altera公 司 的 CycloneII系列 芯 片 ②控制模块，包括直流电机 、步进 电机和交通灯的控制 EP2C5Q208C8和 EP2C35为核心，带有通用