第4章 可编程逻辑器件应用

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1、大规模可编程器件技术第四章可编程逻辑器件应用李振荣Allrightsreserved可编程逻辑器件应用1嵌入式系统概述2FPGA系统开发环境3FPGA在各类系统中的应用2嵌入式系统概述产生：嵌入式系统从20世纪90年代开始，满足分布式控制、数字化通信、信息家电、网络应用等应用需求，应用领域十分广泛，如手机、Pad、MP3播放器、数码相机、VCD、机顶盒、路由器、交换机等。发展：嵌入式系统在软、硬件技术方面迅速发展，表现在微处理器性能的提高，嵌入式软件的规模指数型增长，嵌入式操作系统的功能不断丰富，嵌入式开发工具更加丰富。定义：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础

2、，软、硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗等严格要求的专用计算机系统。分为系统级、板级、片级。组成：嵌入式系统包括硬件和软件两部分。嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，有硬核和软核之分。3嵌入式系统概述XilinxVirtex-4结构RocketIO多吉比特智能RAM接收、发送器新的BRAM/FIFO622Mbps–10.3GbpsXesium时钟技术高级CLBs500MHz200K逻辑单元三模式以太网MAC10/100/1000MbpsXtremeDSP™技术Slices25618x18GMACs1GbpsSelectIO™ChipSync™源同步技术,带

3、APU接口的XCITE活动的端接PowerPC™405450MHz,680DMIPS4嵌入式系统概述SoC/SoPC/IP片上系统SOC—SystemOnChip片上系统（SOC）是一个复杂的系统。它一般将一个完整产品的各功能集成在一个芯片上或芯片组上。可编程片上系统SOPC—SystemOnProgrammableChipSOC是专用集成系统，设计周期长，设计成本高；而SOPC是一种通用器件，是基于FPGA的可重构SOC，其设计周期短，设计成本低。SOPC集成了硬核或软核CPU、DSP、存储器、外围I/O及可编程逻辑，是更加灵活、高效的SOC解决方案。集成电路IPCo

4、re（IntellectualProperty）经过预先设计、预先验证，符合产业界普遍认同的设计规范和设计标准，具有相对独立功能的电路模块或子系统，可以复用于SOC、SOPC或复杂ASIC设计中，具有知识含量更高，规模更大，可重用性好，芯片面积小、运行速度快、功耗低、工艺容差大的设计。5嵌入式系统概述SoPCSOPC是指用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上。它是一种特殊的嵌入式系统。一方面，它是片上系统(SOC)，即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；另一方面，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、扩充、升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。它将EDA、计算机设

5、计、嵌入式系统、工业自动控制系统、DSP及数字通信系统等技术融为一体。SOPC结合了SOC和可编程逻辑器件各自的优点，具备以下特征:（1）至少包含一个嵌入式处理器内核（2）具有小容量片内高速RAM资源（3）丰富的IPCore资源可供选择（4）足够的片上可编程逻辑资源（5）处理器调试接口和FPGA编程接口（6）包含部分可编程模拟电路（7）单芯片、低功耗、小封装6嵌入式系统概述系统结构7嵌入式系统概述SoPCSOPC提高了电子系统性能价格比，开辟了许多新的应用领域；具有基于EDA技术标准的设计语言与系统测试手段、规范的设计流程与多层次的仿真功能以及高效率的软硬件开发与实现技

6、术。与SOC相比，SOPC具有开发软件成本低，硬件实现风险低，产品上市效率高，系统可重构及硬件可升级，产品设计成本低等优势。SOPC时代IPCore的不断丰富和完善奠定了SOPC的基础先进的千万门级FPGA开发工具是SOPC的主要平台处理器IPCore解决了SOPC的最关键问题基于FPGA的SOPC发展方向硬件工程师为主的IPCore开发软件工程师为主的RTOS及应用软件开发对软硬件相关标准和协议的深入理解和实现8嵌入式系统概述IPCoreIP资源复用：集成电路设计中，通过继承、共享或购买所需的部分或全部智力产权内核，进行设计、综合和验证，从而加速流片设计

7、过程的设计方法，是可编程逻辑器件设计工程师价值体现的主要途径。IPCore表现形式：HDL语言原理图网表符合EDA工具的特定格式IPCore编码风格指导性文档，关系到IPCore可读性、易于集成性及其质量，一般包含几方面约定：文件头和版本说明、联机注释、命名规则、可综合编码等。9嵌入式系统概述IPCoreIPCore的分类（SOPC基本要素）微处理器IPCore：8/16/32/64位，如MicroBlaze、Nois、8051处理器外设IPCore：SDRAM控制器、LCD控制器、