零基础学习分享FPGA.ppt

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1、FPGA基础时建龙东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心FPGA内容什么是FPGA?FPGA开发板操作演示AlteraFPGA的使用和相关软件介绍实验室现有的FPGA型号什么是FPGA?FPGA(FieldProgrammableGateArray)即现场可编程门阵列，它是在PAL(ProgrammableArrayLogic)、GAL(GlobleProgrammableLogic)、EPLD(ElectricallyProgrammableLogicDevice)等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它

2、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的使用非常灵活，同一片FPGA通过不同的编程数据可以产生不同的电路功能。FPGA的结构特点FPGA通常包含三类可编程资源：可编程逻辑功能块、可编程I/O块和可编程互连。可编程逻辑功能块是实现用户功能的基本单元，它们通常排列成一个阵列，散布于整个芯片；可编程I/O块完成芯片上逻辑与外部封装脚的接口，常围绕着阵列排列于芯片四周；可编程内部互连包括各种长度的连线线段和一些可编程连接开关

3、，它们将各个可编程逻辑块或I/O块连接起来，构成特定功能的电路。什么是CPLD？CPLD主要是由可编程逻辑宏单元（LMC，LogicMacroCell）围绕中心的可编程互连矩阵单元组成，其中LMC逻辑结构较复杂，并具有复杂的I/O单元互连结构，可由用户根据需要生成特定的电路结构，完成一定的功能。由于CPLD内部采用固定长度的金属线进行各逻辑块的互连，所以设计的逻辑电路具有时间可预测性，避免了分段式互连结构时序不完全预测的缺点FPGA与CPLD的各自特点①ＣＰＬＤ更适合完成各种算法和组合逻辑,ＦＰＧＡ更适合于完成时

4、序逻辑。换句话说,ＦＰＧＡ更适合于触发器丰富的结构,而ＣＰＬＤ更适合于触发器有限而乘积项丰富的结构。②ＣＰＬＤ的连续式布线结构决定了它的时序延迟是均匀的和可预测的,而ＦＰＧＡ的分段式布线结构决定了其延迟的不可预测性。③在编程上ＦＰＧＡ比ＣＰＬＤ具有更大的灵活性。ＣＰＬＤ通过修改具有固定内连电路的逻辑功能来编程,ＦＰＧＡ主要通过改变内部连线的布线来编程;ＦＰＧＡ可在逻辑门下编程,而ＣＰＬＤ是在逻辑块下编程。④ＦＰＧＡ的集成度比ＣＰＬＤ高,具有更复杂的布线结构和逻辑实现。⑤ＣＰＬＤ比ＦＰＧＡ使用起来更方便。ＣＰ

5、ＬＤ的编程采用Ｅ2ＰＲＯＭ或ＦＡＳＴＦＬＡＳＨ技术,无需外部存储器芯片,使用简单。而ＦＰＧＡ的编程信息需存放在外部存储器上,使用方法复杂。什么是CPLD？⑥ＣＰＬＤ的速度比ＦＰＧＡ快,并且具有较大的时间可预测性。这是由于ＦＰＧＡ是门级编程,并且ＣＬＢ之间采用分布式互联,而ＣＰＬＤ是逻辑块级编程,并且其逻辑块之间的互联是集总式的。⑦在编程方式上,ＣＰＬＤ主要是基于Ｅ2ＰＲＯＭ或ＦＬＡＳＨ存储器编程,编程次数可达1万次,优点是系统断电时编程信息也不丢失。ＣＰＬＤ又可分为在编程器上编程和在系统编程两类。ＦＰＧＡ大部分

6、是基于ＳＲＡＭ编程,编程信息在系统断电时丢失,每次上电时,需从器件外部将编程数据重新写入ＳＲＡＭ中。其优点是可以编程任意次,可在工作中快速编程,从而实现板级和系统级的动态配置。⑧ＣＰＬＤ保密性好,ＦＰＧＡ保密性差。⑨一般情况下,ＣＰＬＤ的功耗要比ＦＰＧＡ大,且集成度越高越明显内容什么是FPGA?实验室现有的FPGA型号AlteraFPGA的使用和相关软件介绍FPGA开发板操作演示现有的FPGA型号我们实验室的FPGA主要有：STRATIXII系列(90-nm)（EP2S90、EP2S130）、STRATIXI

7、II系列（EP3S150）(65-nm)现有的FPGA开发板STRATIXIISTRATIXIIIALTERA公司及其产品介绍Altera于1983年创立，是可编程芯片逻辑解决方案倡导者，自这项技术发明以来，Altera一直站在可编程逻辑创新发展的前沿。目前，Altera的全球市场份额已排在第二位，仅次于XilinxAltera产品系列Altera目前的FPGA产品有Stratix系列（IV）、Arria系列（II）、Cyclone系列（III）内容什么是FPGA?实验室现有的FPGA型号FPGA的一般步骤和相关

8、软件介绍FPGA开发板操作演示FPGA的设计步骤FPGA开发流程和IC的开发流程相似，主要分为以下几个部分：1）设计输入，利用HDL输入工具、原理图输入工具或状态机输入工具等把所要设计的电路描述出来；2）功能验证，也就是前仿真，利用Modelsim、VCS等仿真工具对设计进行仿真，检验设计的功能是否正确；常用的仿真工具有ModelTech公司的ModelSim，Synop