xilinxfpga设计基础

1.2.1 FPGA工作原理与简介如前所述，FPGA是在PAL、GAL、EPLD、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。

它是作为ASIC领域中的一种半定制电路而出现的，即解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路有限的缺点。

由于FPGA需要被反复烧写，它实现组合逻辑的基本结构不可能像ASIC那样通过固定的与非门来完成，而只能采用一种易于反复配置的结构。

查找表可以很好地满足这一要求，目前主流FPGA都采用了基于SRAM工艺的查找表结构，也有一些军品和宇航级FPGA采用Flash或者熔丝与反熔丝工艺的查找表结构。

通过烧写文件改变查找表内容的方法来实现对FPGA的重复配置。

根据数字电路的基本知识可以知道，对于一个n输入的逻辑运算，不管是与或非运算还是异或运算等等，最多只可能存在2n种结果。

所以如果事先将相应的结果存放于一个存贮单元，就相当于实现了与非门电路的功能。

FPGA的原理也是如此，它通过烧写文件去配置查找表的内容，从而在相同的电路情况下实现了不同的逻辑功能。

查找表（Look-Up-Table）简称为LUT，LUT本质上就是一个RAM。

目前FPGA 中多使用4输入的LUT，所以每一个LUT可以看成一个有4位地址线的的RAM。

当用户通过原理图或HDL语言描述了一个逻辑电路以后，PLD/FPGA 开发软件会自动计算逻辑电路的所有可能结果，并把真值表（即结果）事先写入RAM，这样，每输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址进行查表，找出地址对应的内容，然后输出即可。

下面给出一个4与门电路的例子来说明LUT实现逻辑功能的原理。

例1-1：给出一个使用LUT实现4输入与门电路的真值表。

表1-1 4输入与门的真值表从中可以看到，LUT具有和逻辑电路相同的功能。

实际上，LUT具有更快的执行速度和更大的规模。

由于基于LUT的FPGA具有很高的集成度，其器件密度从数万门到数千万门不等，可以完成极其复杂的时序与逻辑组合逻辑电路功能，所以适用于高速、高密度的高端数字逻辑电路设计领域。

简谈XilinxFPGA原理及结构FPGA是在PAL、PLA和CPLD等可编程器件的基础上进一步发展起来的一种更复杂的可编程逻辑器件。

它是ASIC领域中的一种半定制电路，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有限的缺点。

由于FPGA需要被反复烧写，它实现组合逻辑的基本结构不可能像ASIC那样通过固定的与非门来完成，而只能釆用一种易于反复配置的结构，查找表-Look Up Table,LUT，可以很好地满足这一要求。

目前，主流FPGA都采用了基于SRAM工艺的查找表结构，也有一些军品和宇航级FPGA采用Flash/熔丝/反熔丝工艺的查找表结构。

1查找表结构及功能由布尔代数理论可知，对于一个n输入的逻辑运算，最多产生2^n个不同的组合。

所以，如果预先将相应的结果保存在一个存储单元中，就相当于实现了与非门电路的功能。

FPGA的原理的实质，就是通过配置文件对查找表进行配置，从而在相同的电路情况下实现了不同的逻辑功能。

1.1输入查找表结构LUT本质就是一个RAM。

自FPGA诞生以来，多使用4输入的LUT，可以看成一个包含四位地址线的RAM。

当设计者通过原理图或HDL描述了一个逻辑电路后，FPGA厂商提供的集成开发工具就会自动计算逻辑电路的所有可能结果，并把真值表事先写人到RAM中。

这样，每输入一个信号进行逻辑运算就等于输人一个地址进行查表，找出地址对应的内容，然后输出内容即可。

下面用一个4输人逻辑与门电路的例子来说明LUT实现组合逻辑的原理。

LUT描述四输入逻辑与关系如表2.1所示。

表2.1 输入与门的真值表从表2.1可以看到，LUT具有和逻辑电路相同的功能，但是LUT 具有更快的执行速度和更大的规模。

与传统化简真值表构造组合逻辑的方法相比，LUT具有明显的优势，主要表现在：（1）LUT实现组合逻辑的功能由输入决定，而不是由复杂度决定。

（2）LUT实现组合逻辑有固定的传输延迟。

1.2输入查找表新结构在65nm工艺条件下，与其他电路（特别是互连电路）相比，LUT的常规结构大大缩小。

FPGAxilinx开发环境Vivado介绍Zynq7000中PS和PL进⾏协同⼯作，其性能架构需要更好的开发⼯具和⼿段。

为提⾼设计效率，简化设计流程，Xilinx推出了以知识产权（（Intellectual Property，IP）和系统为中⼼的Vivado设计套件[25-27]。

该套件包括硬件平台设计和开发⼯具Vivado IDE（Vivado Itegrated Development），嵌⼊式开发⼯具Xilinx SDK（Software Development Kit）以及⾼层次综合Vivado HLS（High-Level Synthesis）。

为更好的理解基于Zynq7000的软硬件协同设计流程，⾸先对上述开发⼯具进⾏介绍：（1）Vivado IDE：Vivado IDE将寄存器传输级（Register-Transfer Level，RTL）的电路设计和基于IP核的系统级设计集成在⼀个设计环境中，并且提供了IP集成器和IP封装器等⾼效的设计⼯具，⽤户可以直接调⽤套件提供的IP核，也可以根据⾃⾝需求编写RTL代码，利⽤IP封装器封装后直接例化使⽤。

为⽅便⽤户设计，Vivado IDE⽀持MicroBlaze软处理器的总线接⼝和IP端⼝⾃动连接，编译综合后可直接⽣成PS配置⽂件和PL⽐特流⽂件。

（2）Xilinx SDK：SDK是基于Eclipse平台开发的软件设计⼯具，⽀持Zynq7000系列器件。

SDK⽀持C或C++语⾔，为所有IP核提供驱动程序。

并且SDK内部配备各种软件调试⼯具，⽀持断点设置、单步调试以及内存监控等功能，可以与Vivado IDE内部的集成逻辑分析仪（Integrated Logic Analyzer，ILA）协同调试，提⾼了软硬件协同处理系统的设计效率。

（3）Vivado HLS：Vivado HLS是⼀种算法级的设计⼯具，⽀持C或C++等⾼级编程语⾔。

该⼯具可将实现算法的⾼级编程语⾔转化为RTL 级硬件电路。

xilinx数字信号处理系统设计指南pdf
《Xilinx数字信号处理系统设计指南》是一本由Xilinx公司出版的指南，旨在帮助工程师们理解和设计数字信号处理（DSP）系统。

该指南涵盖了FPGA（可编程逻辑器件）的原理和应用，以及数字信号处理算法和技术的基础知识。

该指南包含以下主要内容：
1. FPGA基础知识：介绍了FPGA的原理、结构和工作原理，以及FPGA开发环境和工具的使用方法。

2. 数字信号处理基础知识：介绍了数字信号处理的基本概念、数学模型以及常用的信号处理算法和技术，如滤波、变换等。

3. Xilinx DSP工具链：详细介绍了Xilinx提供的DSP开发工具链，包括MATLAB和Simulink与System Generator的集成、Xilinx IP核的使用等。

4. DSP系统设计实例：提供了一些实际的DSP系统设计案例，包括语音处理、图像处理、通信系统等，通过这些案例可以了解如何使用Xilinx FPGA实现复杂的DSP功能。

5. 性能优化和调试技巧：介绍了如何优化DSP系统性能，包括算法优化、数据流管理、时钟分配等方面的技巧，并提供了一些常见的问题排查和调试方法。

总之，《Xilinx数字信号处理系统设计指南》是一本深入介绍Xilinx FPGA在数字信号处理领域应用的权威指南，适合有一定FPGA和DSP基础的工程师阅读和参考。

它可以帮助读者理
解FPGA的原理和应用，掌握数字信号处理算法和技术，以及使用Xilinx开发工具链进行DSP系统设计和优化。

Xilinx可编程逻辑器件设计与开发（基础篇）连载36：Spartan 第10章PlanAhead工具应用PlanAhead工具是Xilinx提供的一个集成的、可视化的FPGA设计工具，它可以被应用于FPGA设计过程中的不同阶段，常见的应用包括用PlanAhead进行RTL源代码的开发、I/O引脚规划、RTL网表分析、布局布线结果的分析、布局规划，还可以在PlanAhead中将Chipscope核插入设计辅助调试，从而提高性能。

也可以用PlanAhead尝试各种实现属性的不同设置，应用不同的时序约束、物理约束和布局规划技术来提高设计性能。

我们还可以将ISE的布局布线结果导入PlanAhead进行分析，定位关键路径，找到影响设计性能的真正原因，并通过添加合理的约束、尝试多种布局规划策略以提高设计性能。

PlanAhead具有以下功能。

I/O引脚规划。

RTL开发和分析。

综合和实现。

设计分析。

静态时序预估。

时序约束编辑器。

强大的布局规划。

基于块的逻辑设计。

值得一提的是，PlanAhead已经集成于ISE 11.x中，包括综合前引脚规划I/O pin planning （Pre-Synthesis）、综合后引脚规划I/O pin planning（Post-Synthesis）、综合后区域/引脚/逻辑规划Floorplan Area/IO/Logic（Post-Synthesis）和实现后时序分析/设计规划Analyze TIming/Floorplan Design（Post-ImplementaTIon），它替代了以前常用的PACE和Floorplanner 工具。

10.1 PlanAhead开发流程如图10-1所示，PlanAhead设计流程主要包含三个部分，分别是基本设计流程、实验流程和设计分析/布局规划流程。

下面分别简单介绍。

FPGA开发入门教程FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，它的功能和电路结构可以通过配置来定义和改变。

FPGA开发是一门广泛应用于数字电路设计和嵌入式系统开发的技术，为了让初学者能够快速入门FPGA开发，下面将为你介绍一些基本的知识和步骤。

首先，你需要准备一块FPGA开发板，这是进行FPGA开发的基础设备。

常用的开发板有Xilinx的Zynq开发板和Altera的Cyclone开发板。

选择适合自己的开发板并购买好后，你需要将其连接到计算机上，可以使用USB接口或者以太网接口。

在进行FPGA开发之前，你需要了解一些基本的概念和概述。

首先，了解FPGA的基本结构和工作原理，掌握FPGA的内部资源如LUT（Look-Up Table）、寄存器、片上内存等。

其次，学习硬件描述语言（HDL），比如Verilog或VHDL，这是描述FPGA电路的语言。

一般来说，进行FPGA开发的流程包括以下几个步骤：1.确定设计目标：首先，你需要明确自己的设计目标，包括所要实现的功能、性能要求等。

这将为你后面的设计和实现提供指导。

2.设计电路：使用HDL语言，根据设计目标，将电路进行描述。

你可以使用模块化设计的思想，将电路划分为多个模块，然后逐个进行设计和实现。

4.综合和布局布线：综合是将HDL代码转换为FPGA的逻辑电路的过程，布局布线是将逻辑电路映射到FPGA的物理资源的过程。

这两个步骤是将电路从逻辑描述转换为实际可用的FPGA电路的关键步骤。

通过上述步骤，你就可以完成一次简单的FPGA开发了。

当然，FPGA 开发涉及到的知识还有很多，包括时序设计、高级优化技术等。

希望通过这篇文章，你能对FPGA开发有一个初步的了解，并能够为你的学习和实践提供一些指导。

fpga现代数字系统设计教程——基于xilinx可编程逻辑在当今的数字系统设计领域中，基于现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）技术的应用日益普遍。

Xilinx是其中一家领先的FPGA厂商，其可编程逻辑芯片被广泛应用于各个领域。

本教程旨在介绍FPGA现代数字系统设计的基本概念与技术，重点关注基于Xilinx可编程逻辑的实践应用。

一、引言FPGA是一种可重构的硬件平台，具有高度的灵活性与可定制性。

通过不同的配置，FPGA可以实现各种数字电路功能，比如逻辑运算、数字信号处理、嵌入式系统等等。

Xilinx提供了一套完整的开发工具与设计流程，使得FPGA的设计与实现更加高效与简便。

二、FPGA基础知识介绍1. FPGA的基本结构与工作原理在FPGA中，逻辑资源（如逻辑门、寄存器）通过可编程的内部连接资源相互连接，形成不同的数字电路。

FPGA采用按位编程的方式，通过配置存储器将逻辑连接进行设定，从而实现不同的功能实现。

2. Xilinx系列FPGA概述Xilinx公司生产的FPGA主要分为Artix、Kintex、Virtex等系列，每个系列有不同的性能与资源规模适用于不同的应用场景。

本节将介绍主要的Xilinx系列FPGA及其特点。

三、FPGA设计实践1. 集成开发环境（Integrated Development Environment，IDE）概述设计FPGA系统需要使用特定的软件工具，例如Xilinx提供的Vivado开发环境。

本节将介绍Vivado的基本功能与使用方法。

2. 基于Xilinx可编程逻辑的数字电路设计通过Vivado IDE，我们可以使用硬件描述语言（HDL）如VHDL或Verilog来描述数字电路。

本节将介绍如何使用HDL进行FPGA设计，包括逻辑门设计、时序控制、状态机设计等。

3. FPGA系统集成设计除了单个模块的设计，FPGA设计还需要进行系统级集成。

FPGA设计方案FPGA（现场可编程门阵列）是一种可实时配置硬件功能的可编程逻辑器件，广泛应用于数字电路设计、嵌入式系统和数字信号处理等领域。

本文将探讨FPGA设计的基本原理、方法和应用。

首先，我们来了解FPGA的基本原理。

FPGA由可编程逻辑单元（CLB）和可编程输入输出单元（IOB）组成。

CLB由可编程查找表（LUT）和触发器构成，可以实现各种逻辑功能。

IOB用于与外部设备进行数据交换。

FPGA还包括时钟分配网络、布线资源和配置存储器等。

FPGA的设计主要包括以下几个步骤。

首先，需求分析，确定设计的目标和功能。

然后，进行系统设计，包括确定硬件组件和接口，以及搭建模块层次结构。

接下来是模块设计，将系统分解为功能模块，并设计每个模块的内部结构。

然后是逻辑设计，使用硬件描述语言（如VHDL或Verilog）编写逻辑电路的描述。

最后是验证和仿真，通过软件仿真、硬件仿真和测试验证设计的正确性和功能。

FPGA设计有着广泛的应用。

在数字电路设计中，FPGA可用于实现各种逻辑电路，如加法器、乘法器、寄存器和状态机等。

在嵌入式系统中，FPGA可用于实现控制逻辑和接口电路，如时钟分频器、串口通信和DMA控制器等。

在数字信号处理中，FPGA可用于实现复杂算法，如数字滤波器、FFT和图像处理等。

FPGA的设计方法有多种。

传统的设计方法是手动设计，即通过手工编写硬件描述语言和手动布线来实现设计。

这种方法需要设计人员具备深厚的硬件知识和经验，并且设计时间长，容易出错。

近年来，出现了自动化设计方法，如高层次综合（HLS）和可编程SoC（PSoC）等。

HLS可以将高级语言（如C或C++）转换为硬件描述语言，大大简化了设计流程。

PSoC将可编程逻辑与微处理器和外设集成在一起，实现了更高的集成度和灵活性。

FPGA设计还面临几个挑战。

首先是设计复杂性。

随着设计规模和功能要求的增加，设计变得越来越复杂。

其次是时序约束。

在FPGA设计中，时序对于电路的正确性至关重要。