fpga简介(ppt)

•11
6.底层内嵌功能单元 内嵌专用硬核是相对于底层嵌入的软核而言 的，硬核（Hard Core）使FPGA具有强大 的处理能力，等效于ASIC电路。
•12
1.3 IP核简介
IP（Intelligent Property）核
是具有知识产权的集成电路芯核总称，是 经过反复验证过的、具有特定功能的宏模 块，与芯片制造工艺无关，可以移植到不 同的半导体工艺中。
通道绑定原 理示意图
•28
5.预加重技术 在印制的电路板上，线路是呈现低通滤波 器的频率特性的，为解决高频部分的损失， 就要采取预加重技术。
预加重技术的思想是：在传输信号时，抬高 信号的高频信号，以补偿线路上高频分量的 损失。
•29
没有预加重 的发送波形
•30
预加重后的 发送波形
没有预加重 的接收波形
典型的IOB内部结构示意图
2.可配置逻辑块(CLB)
CLB是FPGA内的基本逻辑单元 .
CLB的实际数量和特性会依据器件的不同而不同，但是每 个CLB都包含一个可配置开关矩阵，此矩阵由选型电路(多 路复用器等)、触发器和4或6个输入组成。
典型的CLB结 构示意图
3. 数字时钟管理模块（DCM）
目前FPGA中多使用4输入的LUT，所以每一 个LUT可以看成是一个有4位地址线的RAM。当用 户通过原理图或HDL语言描述一个逻辑电路以后， 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)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去 进行查表，找出地址对应的内容，然后输出即可。
DLL简单模 型示意图
Xilinx DLL的典 型模型示意图
在FPGA设计中，消除时钟的传输延迟，实现高扇出 最简单的方法就是用DLL，把CLK0与CLKFB相连 即可。 利用一个DLL可以 实现2倍频输出

时序控制。
LED闪烁设计
总结词
通过LED闪烁设计，掌握FPGA的基本控制功能和数字逻辑设计。
详细描述
LED闪烁设计是FPGA入门学习的基本项目之一，通过该设计，学习者可以了解FPGA的基本控制功能 ，掌握数字逻辑设计的基本原理和方法。LED闪烁设计通常涉及到LED灯的驱动和控制，需要学习者 掌握基本的数字逻辑门电路和时序控制。
FPGA具有并行处理和高速计算的优点，适 用于数字信号处理中的实时信号处理和算 法加速。
数字滤波器设计
频谱分析和正交变换
FPGA可以实现高性能的数字滤波器，如 FIR滤波器和IIR滤波器，用于信号降噪和特 征提取。
FPGA可以高效地实现FFT等正交变换算法 ，用于频谱分析和信号频率成分的提取。
图像处理应用
优化设计技巧
时序优化
讲解如何通过布局布线、时序分析等手段优化 FPGA设计，提高时序性能。
资源共享
介绍如何通过资源共享减少FPGA资源占用，提 高设计效率。
流水线设计
讲解如何利用流水线设计技术提高系统吞吐量。
硬件仿真与调试技术
仿真工具使用
介绍常用HDL仿真工具（如ModelSim）的使用方法 。
03
CATALOGUE
FPGA开发实战
数字钟设计
总结词
通过数字钟设计，掌握FPGA的基本开发流程和硬件描述语言的应用。
详细描述
数字钟设计是FPGA入门学习的经典项目之一，通过该设计，学习者可以了解FPGA开 发的基本流程，包括设计输入、综合、布局布线、配置下载等。同时，数字钟设计也涉 及到硬件描述语言（如Verilog或VHDL）的应用，学习者可以掌握基本的逻辑设计和
基础语言。
FPGA开发流程

介绍FPGA时钟的设计和时钟信号的控制方法，包括时钟分频和时钟抖动的处理 方法。
3
FPGA时钟的分析和优化
讲解如何分析和优化FPGA的时钟系统，避免时钟抖动和时序冲突等问题。
第四章：FPGA中的硬件模块设计
常用的硬件模块及其应用 场景
讲述FPGA中各种硬件模块的应用 以及数字锁相环、时序控制和数 据通信的实现方法。
介绍Karnaugh图的基本概念和绘制方法，并讲解其中的优化算法。
时序电路的设计和时序分析
介绍FPGA时序和FPGA时钟，学习FPGA时序电路的设计和时序分析方法，包括时序参数的 计算和显示。
第三章：FPGA时钟的设计与分析
1
时钟的概念及其作用
讲述时钟的基本概念、时钟周期和时钟信号的产生方式。
2
时钟的设计和实现方法
第七章：FPGA在实际应用中的案例
数字信号处理应用
介绍FPGA在数字信号处理中的应 用，包括数字滤波、数字信号编 码等方面。
图像处理应用
讲述FPGA在数字图像处理中的应 用，包括数字滤波、二值化、边 缘检测等方面。
通信系统应用
介绍FPGA在通信系统中的应用， 包括数字调制、信道编码、解调 等方面。
FPGA电路设计实例
欢迎来到FPGA电路设计实例PPT课件，本课程将介绍FPGA的基础知识，数字 电路设计基础，FPGA中的硬件模块设计和FPGA在实际应用中的案例。
第一章：FPGA的基础知识
FPGA的定义和发展历程
器件结构及其特点
介绍FPGA的定义和历史发展情况， 讲述FPGA的器件结构和特点，硬
学习FPGA的故障分类和典型 表现，包括时序冲突、时钟 抖动、信号捕捉等问题。
FPGA故障排除的方法 和技巧

# STEP#2: run synthesis, report utilization and timing synth_design -top bft -part xc7k70tfbg484-2 write_checkpoint -force $outputDir/post_synth report_timing_summary -file $outputDir/post_synth_timing_summary.rpt report_power -file $outputDir/post_synth_power.rpt # STEP#3: run placement and logic optimzation, report utilization and timingestimates, write checkpoint design opt_design place_design phys_opt_design write_checkpoint -force $outputDir/post_place report_timing_summary -file $outputDir/post_place_ti家！
# STEP#4: run router, report actual utilization and timing, write checkpoint design, run drc, write verilog and xdc out route_design write_checkpoint -force $outputDir/post_route report_timing_summary -file $outputDir/post_route_timing_summary.rpt report_timing -sort_by group -max_paths 100 -path_type summary -file $outputDir/post_route_timing.rpt report_clock_utilization -file $outputDir/clock_util.rpt report_utilization -file $outputDir/post_route_util.rpt report_power -file $outputDir/post_route_power.rpt report_drc -file $outputDir/post_imp_drc.rpt write_verilog -force $outputDir/bft_impl_netlist.v write_xdc -no_fixed_only -force $outputDir/bft_impl.xdc

需求。
3、FPGA 加速模块
FPGA加速模块
• 高性能 面向领域，相对于传统服务器实现10倍至100倍加速
比； • 低功耗
功耗低至75w，相对于CPU和GPU加速，具备最高的 每瓦性能。 • 高密度
每个加速器高度集成2到4片Xilinx 最新的Virtex-7 系 列FPGA芯片，提供无与伦比的加速性能； • PCI-E接口
CAPP PCIe POWER8 Processor
CAPI FPGA
IBM-Supplied POWER Service Layer
Accelerator Function Unit (AFU)
Mem Mem
Acc
Acc
CAPI
CPU
CPU
(P8)
(P8)
EI
CPU
CPU
(P8)
(P8)
PCIe bridge
…… 加速比 550倍
330倍
200倍
……
4、产品展望
• UltraScale架构FPGA芯片 • 与POWER服务器紧密集成
P&P服务器 CAPI技术
. CAPI: Coherent Accelerator Processor Interface(一致性加速处理器接口)
. 允许用户自行设计加速硬件，但在CPU上看做似乎是自己的一部分，与CPU共享内 存地址空间
16GB 40 GB/s 75w/150w 板上内存ECC保护 温度监测及过热保护
应用领域
大数据处理
• 数据清洗 • No SQL键值存取 • 数据压缩解压 • EC编解码
密码安全
生物特征识 别
图像、音视频 处理
• 密码加密算法 • 密码解密算法

十、 FPGA的集成度
门阵等效门：一个门阵等效门定义为一个两输入端的“与非”门。 系统门：是芯片上门的总数，是厂家指定给器件的一个门数。
十一、FPGA的封装
1、引脚数：FPGA芯片总的引脚数。 2、用户I/O数：指除了电源引脚、特殊功能引脚外的引脚，这些引脚可根据用户的需要进行配置。 3、 I/O驱动电流：8mA 或10mA。 4、时钟网络数：FPGA芯片可能包含1个、2个或4个时钟网络。 5、封装：PLCC，PQFP，CPGA等封装形式。 6、工作温度范围：FPGA芯片一般有商用、工业用及军用等不同的工作温度范围。 7、工作环境：一般分普通工作环境和航天工作环境。
ACT1模块是如何实现三输入与门的？
2、查表型FPGA结构 两输入与门： 4 X 1 RAM 表：
A
B
C
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
A1
A0
（二）、 什么是FPGA？ FPGA是英语（Field programmable Gate Array）的缩写，即现场可编程门阵。它的结构类似于掩膜可编程门阵（MPGA），由可编程逻辑功能块和可编程I/O模块排成阵列组成，并由可编程的内部连线连接这些逻辑功能块和I/O模块来实现不同的设计。 1、FPGA与MPGA的区别： MPGA利用集成电路制造过程进行编程来形成金属互连，而FPGA利用可编程的电子开关实现逻辑功能和互连。 2、FPGA与CPLD的区别： 1) 结构不同：FPGA是由可编程的逻辑模块、可编程的分段互连线和I/O模块组成，而CPLD是由逻辑阵列块、可编程连线阵列和I/O模块组成。 2) CPLD延时可预测（Predictable），FPGA的延时与布局布线情况有关。 3) CPLD 组合逻辑多而触发器较少，而FPGA触发器多。

开发阶段发现问题并进行调试，确保设计的正确性和有 效性。
FPGA应用实例
计算机视觉中的FPGA
FPGA广泛用于图像处理和机 器视觉领域，能够提供高性 能和低功耗的图像处理解决 方案。
信号处理中的FPGA
FPGA可以通过高速并行处理 技术实现大规模信号处理， 有利于提高信号处理速度和 精度。
FPGA未来发展方向
1 面向高性能计算的FPGA
随着计算机科学的发展，FPGA在高性能计算、人工智能领域有着巨大的发展潜力。
2 面向云计算的FPGA
随着云计算的普及，FPGA被用于提高云计算的计算速度和存储容量。
总结
FPGA的优点与缺点的总结
FPGA的应用前景展望
在使用FPGA应用时，需要充分评估其优点和缺点， 未来，FPGA将继续发挥其在高性能计算、人工智
FPGA的应用领域
FPGA广泛用于数字信号处理、网络通信、图像处理、高性能计算等领域。
FPGA基本构成
CLB(配置逻辑块)
CLB是FPGA中最基本 的逻辑单元，由LUT 和FF组成，用于实 现逻辑和存储功能。
IOB(输入输出块)
IOB是FPGA中的输入 输出单元，用于实 现芯片与外界的通 信。
LUT(查找表)
FPGA基础知识
FPGA(Field-Programmable Gate Array)是一种可编程芯片，因其灵活性、低功耗 和高性能被广泛应用。
FPGA简介
什么是FPGA？
FPGA是一种可编程逻辑芯片，由可编程逻辑单元(CLUT)、IO单元(IOB)和时钟管理器(DCM)组 成。
FPGA的历史
FPGA诞生于1985年，自那以后，FPGA在各个领域得到了广泛应用。
Quartus II软件环境

fpga是什么FPGA是什么？FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）是一种高度灵活且可编程的集成电路设备。

相对于传统的专用集成电路（ASIC），FPGA具有独特的特点和优势。

它可以根据用户的需求进行编程，实现各种不同的逻辑功能和电路连接，同时可在现场进行重新编程和调试，从而不需要重新设计电路板。

FPGA不仅在电子工程领域有广泛的应用，还在通信、军事、航空航天等领域中发挥着重要的作用。

FPGA的基本结构由逻辑单元和可编程连接资源组成。

逻辑单元是FPGA中的最基本的构建块，用来实现各种逻辑门和寄存器等逻辑功能。

可编程连接资源是用来连接逻辑单元的资源，它们可以根据用户的需求来灵活连接，从而实现各种不同的电路功能。

通过这种可编程性，FPGA可以满足不同领域不同应用的需求，实现高度定制化的设计。

FPGA的特点之一是灵活性。

相对于ASIC，FPGA可以根据用户的需求进行编程和配置，以适应不同的应用场景。

这种灵活性使得FPGA成为一种非常受欢迎的电路设计工具，尤其是在设计的要求经常变动的项目中。

与传统的固定功能的电路相比，FPGA具有更好的适应性和可维护性。

另外，FPGA的可编程性还使得其具有较短的开发周期和较低的开发成本。

FPGA的另一个重要特点是可重构性。

与其他可编程逻辑器件（如PAL和CPLD）相比，FPGA具有更高的逻辑密度和可编程资源。

这意味着它可以容纳更多的逻辑单元和连接资源，从而实现更复杂的电路功能。

同时，FPGA还具有现场可编程的特性，即可以在现场通过编程器重新配置和调试，而不需要重新设计和制造电路板。

这种可重构性使得FPGA成为快速原型设计和故障排除的有力工具。

FPGA在各个领域中都有着广泛的应用。

在电子工程领域，它被用于数字信号处理（DSP）、网络交换、图像和视频处理、嵌入式系统、自动驾驶等领域。

在通信领域，FPGA可以用来实现高速数据传输和协议转换。

2019年5月14日星期二
全国大学生电子设计竞赛----FPGA培训
10
FPGA/CPLD比较
2019年5月14日星期二
全国大学生电子设计竞赛----FPGA培训
11
什么是Verilog HDL？
Verilog HDL是一种硬件描述语言，用于从算法级、门级到开关级的多种抽象 设计层次的数字系统建模。被建模的数字系统对象的复杂性可以介于简单的门 和完整的电子数字系统之间。数字系统能够按层次描述，并可在相同描述中显 式地进行时序建模。 Verilog HDL语言提供了编程语言接口，通过该接口可以在模拟、验证期间从设 计外部访问设计，包括模拟的具体控制和运行。Verilog HDL语言不仅定义了语 法，而且对每个语法结构都定义了清晰的模拟、仿真语义。因此，用这种语言 编写的模型能够使用Ve r i l o g仿真器进行验证。语言从C编程语言中继承了 多种操作符和结构。Verilog HDL语言的核心子集非常易于学习和使用，完整的 硬件描述语言足以对从最复杂的芯片到完整的电子系统进行描述。 Verilog – “Tell me how your circuit should behave and I will give you the hardware that does the job.”
2019年5月14日星期二
全国大学生电子设计竞赛----FPGA培训
2
可编程逻辑器件概述
PLD的发展历程：
2019年5月14日星期二
全国大学生电子设计竞赛----FPGA培训
3
PLD的分类
按集成度分类:
2019年5月14日星期二
全国大学生电子设计竞赛----FPGA培训
4
按结构分类 ������ 乘积项结构：大部分简单PLD和CPLD ������ 查找表结构：大多数FPGA 按编程工艺分类 ������ 熔丝(Fuse)型 ������ 反熔丝(Anti-fuse)型 ������ EPROM型，紫外线擦除电可编程逻辑器件 ������ EEPROM型 ������ SRAM型：大部分FPGA器件采用此种编程工艺 ������ Flash型

FPGA培训
欢迎来到FPGA培训。在这个PPT课件中，我们将会探究FPGA是什么、它的优 缺点以及它的应用场景。同时，我们还将学习FPGA的基本结构、编程模式和 编程语言。
FPGA简介
什么是FPGA？
FPGA为现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array）的缩写， 是一种可编程逻辑器件。
RTL设计
RTL设计用于生成功能较复杂的数 字电路的原理图库、模块和综合文 件。
时序分析和时钟分析
时序分析
在FPGA开发中，时序分析旨在识别和处理信号延迟问题，包括最短路径约束、时序捕获和时 序传递等。
时钟分析
时钟是FPGA电路中最重要的信号源之一，时钟分析主要用于保证时钟的正确性、时序驱动以 及时钟域的处理等。
数据类型包括对象、寄存器、线和内存。
Verilog HDL中的模块
模块是Verilog HDL的基本单元，它用于描述电路且 可以嵌套。
Verilog HDL中的操作符
操作符包括算术、关系和逻辑运算符。
Verilog HDL高级
1
循环和条件语句
类C语言的结构体，包括while、for、if、else和case等。适用于大型的状态机设计。
2
事件和触发器
基本包括触发器、电平和边沿敏感型触发器以及事件和延时。
3
Testbench设计和调试流程
Testbench是用于调试模块和电路设计的特殊模块。
Quartus II介绍
集成开发环境
Quartus II是Altera公司推出的用于 设计数字电路的集成开发环境 （IDE）。
工程管理
Quartus II中允许用户使用Tcl和Perl 等工具进行项目管理，包括改变工 程属性和实现工程复制。

的结构测试工具， 用于验证FPGA设计的正确性。
FPGA基础知识
硬件描述语言HDL FPGA的逻辑单元 FPGA的时钟网络
使用HDL编写硬件描述，描述FPGA的功能和 逻辑。
FPGA由大量逻辑单元（Look-Up Tables）和 触发器组成，用于实现各种逻辑功能。
时钟网络是FPGA中一种重要的信号分发网络， 用于同步各个逻辑单元的操作。
FPGA在医疗器械中实现数据 采集、信号处理和控制等关 键功能。
FPGA在军事装备中 的应用
FPGA可用于军事雷达、通信 设备、导航系统等关键领域， 在高可靠性和性能要求下发 挥作用。
总结
FPGA的未来发展
FPGA技术将随着科技的进步不断发展，将在更 多领域发挥重要作用。
FPGA入门学习路线图
通过按照学习路线图逐步学习，您可以掌握 FPGA开发的核心知识和技能。
FPGA的优缺点
FPGAs具有高度灵活性和 可重配置性，但其资源利 用率和功耗可能相对较高。
FPGA的应用领域
FPGAs广泛应用于通信、 嵌入式系统、信号处理、 图像处理等领域。
开发环境准备
FPGA开发板
选择适合您需求的FPGA开发 板以进行实验和项目开发。
Quartus Prime软件 安装
安装Intel提供的Quartus Prime软件用于FPGA的设计 和编程。
《FPGA入门学习》PPT课 件
FPGA入门学习是介绍Field-Programmable Gate Array（可编程门阵列）的 课程。本课件将帮助你了解FPGA的基础知识、开发环境准备以及FPGA的应 用领域。
简介
什么是FPGA
FPGA是一种可编程硬件， 可以根据需要被重新编程 和配置以执行不同的功能。

什么是fpgaFPGA，即现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array），是一种集成电路芯片。

它采用了可重新配置的数字逻辑组件和连接网络，可以实现多个功能电路的设计和开发。

FPGA与传统的固定功能集成电路（ASIC）相比，具有很高的灵活性和可重构性。

它可以根据需要实现不同的逻辑功能，而无需重新设计和制造新的芯片。

FPGA通常由大量的可编程逻辑单元（也称为逻辑元件）和内部连接网络组成。

逻辑元件可以根据需要被编程为各种逻辑门、触发器和其他数字逻辑功能单元，而内部连接网络则可以将这些逻辑元件相互连接起来。

FPGA广泛应用于数字电路设计和嵌入式系统开发领域。

它可以用于构建各种数字逻辑电路，如计算机处理器、数字信号处理器和通信协议处理器等。

FPGA还可以用于快速原型设计和小批量生产，可以大大加快产品开发周期并降低开发成本。

在嵌入式系统领域，FPGA可以用于构建硬件加速器，提高系统的性能和效率。

它可以在软件和硬件之间实现高效的协同工作，加快计算、图像处理和数据传输等任务的处理速度。

此外，FPGA还可以实现实时信号处理、图像处理和高速数据传输等功能，为各种应用提供强大的计算能力和灵活性。

对于数字电路设计师来说，FPGA是一种非常有价值的工具。

它可以用于验证和调试设计，缩短设计周期并提高产品质量。

与ASIC相比，FPGA具有较低的设计风险和投资成本。

因此，许多设计师在开始新项目时会选择使用FPGA进行快速原型设计和验证。

此外，FPGA还具有一些其他优势。

它具有低功耗和低成本的特点，并且可以在单个芯片中实现多个功能模块。

在需要进行频繁更新和更改的应用中，FPGA可以提供更高的灵活性和可重构性。

另外，FPGA还具有较短的上市时间和较高的产量灵活性，可以根据需求进行批量生产。

总之，FPGA是一种灵活、可重构的集成电路芯片，被广泛应用于数字电路设计和嵌入式系统开发领域。

它可以加快产品开发周期、降低开发成本，并提供强大的计算能力和灵活性。