面向SOPC的FPGA设计x

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1、面向SOPC的FPGA设计主要内容1、概述2、现场可编程逻辑门阵列3、QuartusⅡ4、SOPC1、概述1.1EDA技术电子设计自动化（ElectronicDesignAutomation）是指利用计算机完成电子系统的设计。EDA技术以计算机为工具，代替人完成数字系统的逻辑综合、布局布线和设计仿真等工作。CAD阶段CAE阶段EDA阶段1.2可编程逻辑器件现在最常用的PLD(ProgrammableLogicDevice)主要是：1)复杂可编程逻辑器件(CPLD,ComplexProgrammableLogicDevice):至少包含可编程逻辑宏单元、可编

2、程I/O单元和可编程内部连线2)现场可编程门阵列(FPGA,FieldProgrammableGateArray)：包含可编程逻辑块、可编程I/O模块和可编程内部连线。设计人员可以通过配置数据在现场修改器件的逻辑功能，这就是所谓的现场可编程1.3硬件描述语言VHDLVHDL的英文全名是VHSIC(VeryHighSpeedIntegratedCircuit)HardwareDescriptionLanguage,于1983年由美国国防部发起创建。自顶而下的设计流程2、现场可编程逻辑门阵列FPGA主要由三种可编程单元和一个用于存放编程数据的静态存储器组成，而这三

3、种可编程单元分别为：输入/输出模块(IOB，I/OBlock)、逻辑单元（LE）和互连资源（IR，InterconnectResource）。它们的工作状态全部由数据存储器中的数据设定。下图为LE实现的某种逻辑：OUT=（A+B）C图示为FPGA的基本结构框图，其中LAB部分为逻辑单元，不同公司对这个部分的叫法不同，Altera公司称为LAB，而Xilinx公司则称其为CLB。LAB（逻辑阵列块）包括4个Slice，每个Slice包括两个LE。而LE则包括4输入LUT（查找表）、MUX（多路复用器）和寄存器。3、QuartusⅡQuartusⅡ是Altera公

4、司的综合性可编程逻辑器件的开发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL和AHDL等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器和仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。设计流程如下：4、SOPC随着微电子技术的飞速进步，集成电路的单片集成度已达上亿个晶体管。而为了应用这近乎无限的晶体管集成度，片上系统（SystemOnChip，SOC）应运而生。SOC将大规模的数字逻辑和嵌入式处理器整合在单个芯片上，并且集合了模拟部件，形成了模数混合、软硬件结合的完整的控制和处理。美国Altera公司提出的片上可编程系统（SOPC）技术就是用大规模可编程器件的

5、FPGA来实现SOC的功能。IP核IP(IntellectualProperty)就是知识产权核或者知识产权模块的意思。著名的美国Dataquest咨询公司将半导体产业的IP定义为用于FPGA/CPLD中的预先设计好的电路功能模块。IP分为软IP、固IP和硬IP。软IP是用VHDL等硬件描述语言描述的功能块固IP是完成了综合的功能块硬IP是提供设计的最终产品—掩膜SOPC技术的实现方式:1）基于FPGA嵌入IP硬核的SOPC系统2）基于FPGA嵌入IP软核的SOPC系统3）基于HardCopy技术的SOPC系统在SOPC设计中，每一个组件都是一个IP核。IP核

6、模块有行为、结构和物理三级不同程度的设计，对应描述功能的不同分为三类，即完成行为描述的软核、完成结构描述的固核和基于物理描述并经过工艺验证的硬核。SOPC系统的开发流程一个SOPC系统中，NiosⅡCPU和外设等统称为硬件，虽然它是由软件来实现的；而在这个系统上运行的程序称为软件。硬件开发主要是创建NiosⅡ系统，作为应用程序运行的平台；软件开发主要是根据系统应用的需求，利用C/C++语言和系统所带的应用程序接口函数编写实现特定功能的程序。这其中用到的主要工具是Altera公司的QuartusⅡ与NiosⅡIDE。谢谢