FPGA设计及应用.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,FPGA,要点掌握及学习方法,一、主要知识点,FPGA,的发展过程,FPGA,的基本知识,FPGA,的基本组成和基本工作原理,FPGA,的基本设计流程,Altera,公司基本器件的格局及分类,VHDL,语言基本语法结构,Quartus II,的集成环境,软件安装，设计输入，编译约束、布局布线，功耗分析,1,掌握,FPGA,设计和验证流程；,掌握,FPGA,配置方法；,掌握综合（,Synthesize,）的不同属性对性能改善的影响；,通过使用高级实现（,Implement,）属性增加设计性能；,理解掌握,FPGA,设计时序收敛流程，运用时序收敛流程解决设计时,序收敛问题，对设计的功能和性能进行测试。,2,FPGA,的关键宏模块使用,FPGA,设计时应注意的基本问题,FPGA,设计实例,FPGA,应用学习方法,坚实电路基础,+,规范操作,+,上机实践,首先学习,FPGA,的,datasheet,和,userguide,3,明白的是软件设计和逻辑设计的不同，并理解什么是硬件意识,软件代码的执行是一个顺序的过程，编绎以后的机器码放在存储器里，等着,CPU,一条一条的取指并执行；因此软件设计中经常会带有顺序处理的思维。而逻辑设计则不同，我们设计的是数字电路，它是由很多很多的与非门及,D,触发器构成的，上电之后所有与非门和,D,触发器都同时工作，不会因为,A,触发器的代码描述在,B,触发器之前,A,触发器就是先工作，事实上，,RTL,级代码的代码先后顺序在综合成网表文件后这种顺序就消失了，取代的是基本逻辑电路之间的互联关系描述；因此逻辑设计需要的是一种并发的思维，我们也需要用并发的思维去考虑电路的设计。,4,其次就是要熟悉基本电路的设计。,基本的电路不是很多，也就是,D,触发器、计数器、移位寄存器、状态机、多路选择器、译码器、分配器等几种，所有复杂的电路都可由这些基本的电路构成。高手水平高的体现并不是他能写出一些很奇特的电路，相反，水平高是体现在他们总能将复杂的电路用这些很朴素的基本电路去描述。相反，你会发现他们的代码基本上是由,if.else,、,case,这些语句构成的，语法结构力求简单。,5,设计时序；,设计时序是进行逻辑设计的基本要求：时序是设计出来的，不是仿出来的，更不是凑出来的。,(,TimingDesigner,),。,先对整个设计有一些规划,-,时时刻刻都要有设计时序的思想。设计时序最重要的是做好方案，这里说的方案绝不是只是摆几个框图在那里。在做设计的时候需要做总体设计方案、逻辑详细设计方案。这两种方案包括了很多东西，逻辑总体方案主要是一级模块的划分及接口时序的定义，而逻辑详细方案就是代码的文字及图形描述！,6,理解约束的原理及如何加约束,约束是针对综合软件和布局布线软件而言，,主要依赖提供了图形化界面 和脚本语言,例如：,Fmax,的约束，它就会尽可能地将关键路径放的靠近一些，以提高电路工作频率,我们在做方案的时候就需要对关键路径进行预估，要通过设计而不是约束解决这些问题 ，约束仅仅是锦上添花的东西。,7,第一章 绪论,EDA,技术的发展；,EDA,技术的研究范畴；,EDA,软件系统的构成；,数字系统设计方法；,EDA,技术的发展趋势。,EDA,主要软件公司,1.1 EDA,的发展历程,8,1.1.1 EDA,技术的发展历程,EDA,技术的发展经历了,3,个阶段：,20,世纪,70,年代，采用,MOS,工艺，可编程逻辑技术及其器件已经问世，,CAD,的概念已现雏形，并用于集成电路版图编辑、,PCB,布局布线等工作（,CAD,阶段）；,20,世纪,80,年代，采用,CMOS,（互补场效应管）工艺，出现了,FPGA,（,Field Programmable Gate Array,），,CAD,技术应用更为广泛，硬件描述语言,HDL,（,Hardware Description Language,）的出现为,EDA,技术（,Electronic Design Automation,）奠定了基础（,CAE,阶段）；,20,世纪,90,年代，硬件描述语言的标准得到确立，集成电路设计工艺步入了超深亚微米阶段，百万门大规模可编程逻辑器件的面世，促进了,EDA,技术的形成和发展。（,EDA,阶段）,9,1.1.1 EDA,技术的发展历程（续）,EDA,技术进入,21,世纪得到的发展：,基于,FPGA,的,DSP,技术，为高速数字信号处理算法提供了实现途径；,SOPC,（,System On a Programmable Chip,）步入了大规模应用阶段；,电子设计成果以自主知识产权,IP,（,Intellectual Property,）的方式得以明确表达；,支持标准硬件描述语言且功能强大的,EDA,软件不断推出；,电子技术领域全方位融入,EDA,技术；,EDA,技术使得电子领域多学科的界限更加模糊，相互包容、相互渗透，使系统的性能得到进一步提高。,10,1.1.2 EDA,技术的研究范畴,利用,EDA,技术进行电子系统设计实现目标的三种形式：,全定制或半定制,ASIC,FPGA/CPLD,开发应用,PCB,（印制电路板）,11,1.1.3 EDA,软件系统的构成,EDA,软件系统主要包括以下几个模块：,设计输入编辑器子模块：接受用户的设计描述，转化为系统内部要求的数据格式，包含了图形编辑器和文本编辑器。,HDL,综合器子模块：将输入的设计描述转化为与,FPGA/CPLD,的基本结构相映射的网表文件。,仿真器：计算机按照一定的算法和一定的仿真库对,EDA,设计进行模拟，以验证设计，排除错误。,布局布线器（适配器）：实现由逻辑设计到物理实现的映射。,编程下载：将电路设计下载到具体的实际器件，实现硬件电路。,12,1.1.4,数字系统设计方法,数字系统有多种设计方法，常见的有模块化、结构化设计方法，自底向上（,Bottom-up,）的设计方法和自顶向下（,Top-down,）的设计方法。传统的数字系统设计采用自底向上的设计方法，而现代数字系统设计都采用自顶向下的设计方法。,13,1.1.5 EDA,技术的发展趋势,EDA,技术呈现出如下快速发展态势：,现在已经开发出更趋于电路行为级的硬件描述语言，如,System C,、,SystemVerilog,及系统级混合仿真工具，可以在同一个开发平台上完成高级语言（,C,、,C,）与标准,HDL,语言（,Verilog,HDL,、,VHDL,）或其他更低层次描述模块的混合仿真。,随着系统开发对,EDA,技术的目标器件各种性能要求的提高，,ASIC,和,FPGA,将更大程度的互相融合。,14,1.1.6 EDA,主要软件公司,专业软件公司,Mentor Graphics,公司创立于,1981,年，总部位于美国的,Wilsonville,，,Oregon,。全球员工总人数为,3950,人，过去,12,个月的营收达到,7,亿美元,Mentor Graphics,于,1989,年率先进驻中国，并将中国总部设于上海，且在北京和深圳设有办事处拥有世界级的研发部门，在全球有,76,个办事处,公司网址：,中文网址：,技术服务支持网址：,Systems,一九八八年,SDA,与另外一家,EDA,公司,ECAD,合并，更名为,Cadence,，卡斯特罗任出任新公司的总裁与首席执行官,Synopsys,Synopsys,公司总部设在美国加利福尼亚州,Mountain View,，有超过,60,家分公司分布在北美、欧洲、日本与亚洲。,Synopsys,公司,(,Nasdaq,:SNPS),是为全球集成电路设计提供电子设计自动化,(EDA),软件工具的主导企业。为全球电子市场提供技术先进的,IC,设计与验证平台，致力于复杂的芯片上系统,(,SoCs,),的开发。同时，,Synopsys,公司还提供知识产权和设计服务，为客户简化设计过程，提高产品上市速度,16,半导体器件厂商,ALTERA,公司总部位于硅谷,Altera,公司（,NASDAQ,：,ALTR,）是可编程芯片逻辑解决方案倡导者，帮助系统和半导体公司快速高效地实现创新，突出产品优势，赢得市场竞争。自,1983,年发明该技术以来，,Altera,一直站在可编程逻辑创新发展的前沿。今天，,Altera,为世界上,14,000,多名客户提供高价值的可编程解决方案，包括,FPGA,、,CPLD,和,HardCopyASIC,以及软件工具、知识产权和客户支持等。,XILINX,AMD,TI,LATTICE,17,半导体器件厂商,XILINX,Xilinx,是全球领先的可编程逻辑完整解决方案的供应商。,Xilinx,研发、制造并销售范围广泛的高级集成电路、软件设计工具以及作为预定义系统级功能的,IP(Intellectual,Property),核。,Xilinx,公司成立于,1984,年，,Xilinx,首创了现场可编程逻辑阵列（,FPGA,）这一创新性的技术，并于,1985,年首次推出商业化产品。目前,Xilinx,满足了全世界对,FPGA,产品一半以上的需求。,Xilinx,产品线还包括复杂可编程逻辑器件（,CPLD,）。,Xilinx,产品已经被广泛应用于从无线电话基站到,DVD,播放机的数字电子应用技术中。,Xilinx,FPGA,自从,1998,年推出首个,2.5V,18,半导体器件厂商,LATTICE,最新产品包括最新应用所需的低成本、非易失和系统级的,FPGA,。通过迅速引进面向高增长细分市场的独特的新产品系列，不同于需要一个外部器件加载配置数据的传统的,FPGA,，我们的非易失,FPGA,产品中嵌入了片上闪存模块来储存数据，为客户提供设计安全性、瞬时上电逻辑功能、以及改进的现场升级功能。,19,