2电子设计2011

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1、数字&系统设计部分第二讲FPGA/CPLD简介、Verilog设计初步杭州电子科技大学电子信息学院系统集成技术研究所可编程逻辑器件（PLD）FPGA-FieldProgrammableGateArray（现场可编程门阵列）CPLD-ComplexProgrammableLogicDevice（复杂可编程逻辑器件）EP1C20DeviceFloorplanEP1C20Phase-LockedLoops(PLLs)LogicArrayM4KRAMBlockBottomIOEs:LVDS&DDRTopIOEs:LVDS&DDRSideIOEs:

2、LVDS,DDR&PCISideI/OElements(IOEs):LVDS,DDR&PCIPLD在电子设计中的应用集成复杂数字逻辑提高普通数字逻辑电路的速度状态机使用PLD的典型设计任意波形发生（DDS，直接数字合成）高精度测频、测相位、测脉宽CRT示波器（X-Y方式）显示扫描数字存储式示波器逻辑分析单片机I/O扩展数字滤波器在电子设计竞赛中使用的常用PLD器件型号选择Altera：MAX7000S、MAX300A、CycloneXilinx：XC9500、XC9500XL、SpantanLattice：MACH4000Altera

3、的FPGA系列PLD的软件工具Altera：QuartusIIXilinx：ISE第三方工具：ModelSim、Synplify原理图/VHDL文本编辑综合FPGA/CPLD适配FPGA/CPLD编程下载FPGA/CPLD器件和电路系统时序与功能门级仿真1、功能仿真2、时序仿真逻辑综合器结构综合器1、isp方式下载2、JTAG方式下载3、针对SRAM结构的配置4、OTP器件编程功能仿真FPGA设计流程应用FPGA/CPLD的EDA开发流程:设计输入(原理图／HDL文本编辑)1.图形输入图形输入原理图输入状态图输入波形图输入2.HDL文本输

4、入设计输入(原理图／HDL文本编辑)这种方式与传统的计算机软件语言编辑输入基本一致。就是将使用了某种硬件描述语言(HDL)的电路设计文本，如VHDL或Verilog的源程序，进行编辑输入。可以说，应用HDL的文本输入方法克服了上述原理图输入法存在的所有弊端，为EDA技术的应用和发展打开了一个广阔的天地。综合整个综合过程就是将设计者在EDA平台上编辑输入的HDL文本、原理图或状态图形描述，依据给定的硬件结构组件和约束控制条件进行编译、优化、转换和综合，最终获得门级电路甚至更底层的电路描述网表文件。由此可见，综合器工作前，必须给定最后实现的硬

5、件结构参数，它的功能就是将软件描述与给定的硬件结构用某种网表文件的方式对应起来，成为相应互的映射关系。适配适配器也称结构综合器，它的功能是将由综合器产生的网表文件配置于指定的目标器件中，使之产生最终的下载文件，如JEDEC、Jam格式的文件。适配所选定的目标器件(FPGA/CPLD芯片)必须属于原综合器指定的目标器件系列。逻辑综合通过后必须利用适配器将综合后网表文件针对某一具体的目标器件进行逻辑映射操作，其中包括底层器件配置、逻辑分割、逻辑优化、逻辑布局布线操作。适配完成后可以利用适配所产生的仿真文件作精确的时序仿真，同时产生可用于编程的

6、文件。时序仿真与功能仿真时序仿真功能仿真就是接近真实器件运行特性的仿真，仿真文件中己包含了器件硬件特性参数，因而，仿真精度高。是直接对VHDL、原理图描述或其他描述形式的逻辑功能进行测试模拟，以了解其实现的功能是否满足原设计的要求的过程，仿真过程不涉及任何具体器件的硬件特性。编程下载通常，将对CPLD的下载称为编程(Program)，对FPGA中的SRAM进行直接下载的方式称为配置(Configure)，但对于OTPFPGA的下载和对FPGA的专用配置ROM的下载仍称为编程。FPGA与CPLD的辨别和分类主要是根据其结构特点和工作原理。通

7、常的分类方法是：将以乘积项结构方式构成逻辑行为的器件称为CPLD，如Lattice的ispLSI系列、Xilinx的XC9500系列、Altera的MAX7000S系列和Lattice(原Vantis)的Mach系列等。将以查表法结构方式构成逻辑行为的器件称为FPGA，如Xilinx的SPARTAN系列、Altera的FLEX10K或ACEX1K系列等。硬件测试最后是将含有载入了设计的FPGA或CPLD的硬件系统进行统一测试，以便最终验证设计项目在目标系统上的实际工作情况，以排除错误，改进设计。PLD的编程CPLD使用Flash或EEPR

8、OM工艺可通过JTAG直接下载设计FPGA使用配置器件或处理器配置灵活使用FPGA的其他特性FPGA内置PLLFPGA内置Memory：用于FIFO、DualPortRAM、高速ROMFPGA