FPGA设计基础 FPGA---序

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1、基于Verilog的FPGA设计基础西安邮电学院电子工程学院主讲：李哲辅导：张阿宁Email:xytx03@xiyou.edu.cnTel:88166282(Office)Office:#2实验楼324page1FPGA——FieldProgrammableGateArray1FPGA设计基础什么是FPGA？——（FieldProgrammableGateArray）是集成电路IC（IntegratedCircuits）特点：现场可编程用途：ASIC验证，工程应用FPGA设计：使用FPGA实现用户数字逻辑（不是设计FPGA本身）2FPGA与HDL语言的

2、关系：Verilog/VHDL前者是基石，或者是语言（工具）（类似于CPU与程序语言关系：C语言等）FPGA与数字电路设计的关系前者是实体，后者是灵魂FPGA与CPU的关系二者独立都无法工作，前者可顺序可并发实现逻辑，或者只能顺序实现逻辑，但相对灵活。HardwareDescriptionLanguageHDL与其他高级语言（C语言等）区别3FPGA设计流程：需求—方案—设计—仿真—下载—验证工程设计FPGA内部逻辑设计外部系统设计优点：内部逻辑与系统同步设计（方便修改）缺点：成本相对比较高、可靠性相对低。4课程特点面向电子类本科专业的学生；数字集成电

3、路设计与实现的基础课程；课程利用硬件描述语言（VerilogHDL）建模、仿真、综合及FPAG实现的设计复杂数字逻辑电路与系统的方法和技术。5教学目标了解集成电路的现状和发展趋势建立自顶向下的系统设计思想掌握可综合VerilogHDL程序的编写方法掌握仿真程序的编写方法掌握复杂数字电路的设计方法掌握可编程器件的内部逻辑结构掌握可编程器件的开发工具6教学方式及考核教学方式–课堂讲授（做笔记）–练习考核规则–实验30%–期末考试60%–课堂表现10%7主要参考书《基于Verilog的FPGA设计基础》杜慧敏等，西安电子科技大学出版社《复杂数字电路与系统的V

4、erilogHDL设计技术》夏宇闻编，北京航空航天大学出版社《VerilogHDL数字设计与综合》（第二版）SamirPalnitkar夏宇闻等译www.fpga.com.cn8其它参考资料VerilogHDL实用教程张明编著电子科技大学出版社VerilogHDL与数字ASIC设计基础主编：罗杰华中科技大学出版社VerilogHDL硬件描述语言（美）J.Bhasker著徐振林等译机械工业出版社VerilogHDL高级数字设计（美）MichaelDCiletti著张雅绮等译9西安邮电学院计算机系集成电路的现状和发展趋势10目录一、集成电路的基本概念1、

5、集成电路的基本概念2、集成电路的分类二、集成电路的过去、现在和未来三、集成电路面临的挑战111、集成电路的基本概念集成电路IC基本概念–形状:一般为正方形或矩形–面积:几平方毫米到几百平方毫米。面积增大引起功耗增大、封装困难、成品率下降，成本提高，可通过增大硅园片直径来弥补。–集成度，规模:包含的晶体管数目或等效逻辑门（2输入的NAND）的数量，1个2输入的NAND门=4个晶体管12－特征尺寸：•集成电路器件中最细线条的宽度，对MOS器件常指栅极所决定的沟导道几何长度，是一条工艺线中能加工的最小尺寸。•反映了集成电路版图图形的精细程度，特征尺寸的减少主

6、要取决于光刻技术的改进（光刻最小特征尺寸与曝光所用波长）。－硅园片直径：考虑到集成电路的流片成品率和生产成本。－封装：•把IC管芯放入管壳内并加以密封，使管芯能长期可靠地工作。•为了适应高密度安装的要求，从插孔形式（THP）向表面按装形式（SMP）发展，SMP优点是节省空间、改进性能和降低成本，而且它还可以直接将管芯安装在印制版电路板的两面，使电路板的费用降低60%。目前最多端口已超过1千个。13一个圆片制造多个芯片14MPW示意图（MultiProjectWafer，简称MPW）就是将多个具有相同工艺的集成电路设计放在同一晶圆片上流片15制造工艺－双

7、极型Bipolar工艺：最早采用的工艺，多数使用TTL（Transistor-TransistorLogic）或ECL（Emitter-CoupledLogic），耐压高、速度快，通常用于功率电子、汽车、电话电路与模拟电路；－CMOS工艺：ComplememtaryMOS，铝栅晶体管被多晶硅栅所代体，更易于实现n沟MOS和p沟MOS两种类型的晶体管，即同一集成电路硅片上实现互补MOS工艺。生产工艺更简单，器件面积更小。它的晶体管密度大，功耗小。比双极型集成电路要便宜，半导体产业的投资和集成电路市场的发展倾向于CMOS电路；－BiCMOS工艺：双极型Bi

8、polar和CMOS两种工艺的结合。管芯中大部分采用CMOS，外围接口采用双极型Bipolar