西华大学FPGA实验指导书V1..doc

数字电子技?术基础与F?PGA 实验指导书? 西华大学机?械工程与自?动化学院 2013.12 前 言 FPGA是?英文Fie?ld Progr?ammab?le Gate Array?的缩写，即现场可编?程门阵列，它是在PA?L、GAL、EPLD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?。????? FPGA采?用了逻辑单?元阵列LC?A（Logic? Cell Array?）这样一个新?概念，内部包括可?配置逻辑模?块CLB（Confi?gurab?le Logic? Block?）、输出输入模?块IOB（Input? Outpu?t Block?）和内部连线?（Inter?conne?ct）三个部分。FPGA的?基本特点主?要有：???? 1）采用FPG?A设计AS?IC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CH?MOS工艺?，功耗低，可以与CM?OS、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?。???? 目前FPG?A的品种很?多，有XILI?NX的XC?系列、TI公司的?TPC系列?、ALTER?A公司的F?IEX系列?等，本实验平台?选用了AL?TERA公?司Cycl?one II系列芯?片?????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R?AM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。???? 加电时，FPGA芯?片将EPR?OM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FPG?A编程器，只须用通用?的EPRO?M、PROM编?程器即可。当需要修改?FPGA功?能时，只需换一片?EPROM?即可。这样，同一片FP?GA，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。 VHDL语?言是一种用?于电路设计?的高级语言?。它在80年?代的后期出?现。最初是由美?国国防部开?发出来供美?军用来提高?设计的可靠?性和缩减开?发周期的一?种使用范围?较小的设计?语言 。但是，由于它在一?定程度上满?足了当时的?设计需求，于是他在1?987年成?为A I/IEEE的?标准（IEEE STD 1076-1987）。1993年?更进一步修?订，变得更加完?备，成为A I/IEEE的?A I/IEEE STD 1076-1993标?准。目前，大多数的C?AD厂商出?品的EDA?软件都兼容?了这种标准?。VHDL的?英文全写是?：VHSIC?（Very High eed Integ?rated? Circu?it）Hardw?are Descr?iptio?ng Langu?age.翻译成中文?就是超高速?集成电路硬?件描述语言?。因此它的应?用主要是应?用在数字电?路的设计中?。目前，它在中国的?应用多数是?用在FPG?A/CPLD/EPLD的?设计中。????本实验平台?可做FPG?A的学习实?验箱，主芯片采用?了ALTE?RA公司的?Cyclo?neII系?列EP2C?5T144?C8N，学习VHD?L语言，为数字电路?系统设计打?下坚实的基?础，学习ALT?ERA公司?的开发平台?Quart?us II 9.0 ，掌握FPG?A系统的开?发设计流程?。 第一章 FPGA系?统 1.1 系统简介 本FPGA?系统教学开?发平台采用?国际著名可?编程逻辑器?件公司Al?tera的?Cyclo?neII系?列芯片为核?心，整个平台采?用模块化设?计，各种模块可?以自由组合?，同时提供丰?富的扩展接?口，非常适合于?FPGA学?习。 开发工程师?可利用VH?DL语言、Veril?og语言、原理图或方?程式，结合Alt?era集成?开发环境Q?uartu?s II，进行编辑、综合、仿真和布局?布线，通过加载配?置并进行设?计验证。它可以满足?绝大多数组?合逻辑电路?、时序逻辑电?路设计需求?； 可以进行初?级的SOP?C设计，简单的NI?OS初级核?设计，此书安排的