FPGA和SOPC应用 - CycloneIII介绍 ( 1 )

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1、FPGA和SOPC应用——PLD介绍和CycloneIII介绍华中科技大学启明学院电工电子科技创新中心王贞炎内容可编程逻辑器件介绍CycloneIII系列FPGA介绍ModelSim介绍使用ModelSim仿真Testbench编写实验：编写格雷码计数器并仿真可编程逻辑器件简介数字逻辑器件固定逻辑器件通用小规模：74LS/74HC……功能简单，要用它实现大规模的逻辑需要大量的芯片，线路复杂、体积大。大规模：ASIC，各种专用数字芯片，包括各种MCU、CPU都属于大规模固定逻辑器件。非重发性工程成本很高——固定逻辑器件最终从芯片制造厂制

2、作出来以前需要投入的所有成本，一般为十几万到数千万美元。要做一个规模稍大的逻辑电路怎么办？可编程逻辑器件复杂可编程逻辑器件，CPLD，ComplexProgrammableLogicDevice现场可编程逻辑门阵列，FPGA，FieldProgrammableGateArray可编程逻辑器件简介可编程逻辑器件的优点设计灵活无漫长的前置时间来制造原型方便现场升级有越来越多的知识产权(IP)核心库的支持小批量成本低廉适宜于科研试验、快速原型开发、小批量产品开发可编程逻辑器件简介CPLD大部分CPLD基于乘积项结构CPLD一般由Flash工

3、艺制造可编程逻辑器件简介FPGAFPGA的基本结构单元一般由查找表和寄存器构成，称为逻辑单元LoglicElement(LE)查找表一般就是一块小容量的静态RAM——使用查找表可以构成任意功能的组合逻辑电路——真值表！寄存器一般是D触发器——D触发器是构成时序逻辑的基本元素LE中往往还有数据选择器——用于简明地实现条件选择逻辑FPGA由大量的LE互联而成现代的FPGA内往往还融合大量DSP功能模块、存储器模块甚至处理器模块（硬核、软核）处理器：PowerPC、PicoBlaze、MicroBlaze、Nios、Cortex-M1、MS

4、C-51等等DSP单元：由快速乘加器构成组合和时序都有了，一切数字电路都可以实现了。组合和时序都有了，一切数字电路都可以实现了。可编程逻辑器件FPGA内嵌硬核与可配置软核内嵌硬核处理器是在FPGA芯片中，单独划出一块区域安置一个功能固定的处理器核，其总线可与FPGA内部LE互联。它在FPGA芯片出厂时，便已经固化在了FPGA内。如Xilinx公司的PowerPC软核处理器是在FPGA应用设计阶段，通过软件工具设计实现一个处理器的逻辑，并与其它FPGA逻辑同时下载至FPGA内，由LE组合而成的。它是在用户做应用设计期间配置而成的，可有用

5、户自由增删其功能，配置其性能。Xilinx公司的PicoBlaze、MicroBlazeAltera公司的Nios、Nios2CycloneIII系列FPGAAltera公司的FPGA系列高端：StratixI,II,III,IV,V顶尖的性能——顶尖的价格——大功耗中端：ArriaGXI,II带有高速串行收发器的中低端系列——功能性能与成本功耗的折中低端：CycloneI,II,III,IV低端、低成本——不算太低的性能新的CycloneIV系列中的GX子系列也开始带有3.125Gbps的串行收发器了CycloneIII系列FPGA

6、整体65nm工艺CycloneIII系列FPGA整体CycloneIII系列FPGALE特性：4输入查找表，实现任意四输入组合逻辑一个可编程寄存器（D触发器）一个进位链连接一个寄存器链连接能够驱动本块、行、列等互连支持寄存器打包支持寄存器反馈两种工作模式：普通工作模式：适用于一般的逻辑、组合逻辑算术工作模式：适用于实现加法器、累加器、计数器和比较器CycloneIII系列FPGALECycloneIII系列FPGALAB特性16个LELAB控制信号：清除、时钟、时钟使能、复位等LE进位链寄存器进位链：把LAB内一个LE寄存器的输出与相

7、邻LE寄存器的输入连在一起LAB本地互连：用以连接LAB内各个LE控制信号两个时钟两个时钟使能两个异步清零一个同步清零一个同步置位CycloneIII系列FPGALABCycloneIII系列FPGAMultiTrack互联LEM9KRAM块乘法器IO单元CycloneIII系列FPGA全局时钟网络和锁相环CycloneIII系列FPGA时钟网络CycloneIII系列FPGA锁相环结构CycloneIII系列FPGA嵌入式存储器：M9KRAM块9126bit独立时钟和时钟使能的真双端口可分离为两个4.5K单端口RAM块每端口独立的读

8、写时能可变端口位宽写字节使能CycloneIII系列FPGA嵌入式存储器：M9KRAM块可配置的形式CycloneIII系列FPGA嵌入式DSP模块可以用来实现FFT、DCT、FIR等数字信号处理，可以高效地用于音频/视