FPGA开发平台硬件系统设计及实现
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研发设计 I RESEARCH DESIGN
樓块图1系统总体设计框图近几年，随着FPGA(可编程逻辑器件）规模的日益增大， 我国数字电路设计取得了迅猛发展，硬件设计环境不断向实 用化、可靠化方向发展，为功能电路设计工作的有序开展提 供了硬件支持。为此，如何科学设计和实现FPGA开发平台 硬件系统、不断完善相关功能电路是相关软件开发人员必须 思考和解决的问题。1.系统总体设计FPGA开发平台 硬件系统主要由网 络模块、PS2接口模 块和USB模块等模 块组成，系统总体 设计框图如图1所 示。为了保证该系 统的运行性能，相关软件开发人员要重视对这些模块的设计与实现，为用户带 来良好的体验感。1.1网络（DM900A)模块电路设计网络（DM900A)作为一种先进的接口芯片，充分利用 了以太网的应用优势，具有以下几种特征：①能够实现物理 层接口的全面集成；②内部含有FIFO缓存，主要用于对大 量字节的接收和发送：③能够很好地兼容和支持不同类型的 主机工作模式；④在HP证背景下，能够很好地实现自动翻 转功能和直接互联功能；⑤能够充分利用tcp/tp加速器的应 用优势，避免CPU承担过高的存储负担，从而实现对整机 运行性能的全面提高：⑥极大地缩短了读写时间。总之，在 以太网控制器的应用背景下，相关软件开发人员要严格遵循 相关网络传输标准和要求，从而实现网速的提高和网络环境 的优化。同时，在对网络模块电路进行科学设计的过程中， 确保该电路能够实现对相关接口的集成和应用，并采用接口 输入的方式将各种接口与芯片进行深度融合，以促进FPGA 开发平台硬件系统向智能化、自动化、信息化方向不断发展。1.2USB模块电路设计对于USB模块电路而言，为了保证其设计水平，相关软件开发人员要重 视对 CY7C68013A 芯片的使用，将 传输速度设置为摘要：随着社会经济水平的不断提高和信息时代的不断发展，FPGA (可编程逻辑器件）在集成电路领域中取得了良好的应用 效果，不仅有效扩大了编程器件电路的数量，还避免了定制电路的局限性，为更好地改进多种逻辑应用功能和结构发挥了 重要作用。因此，加强FPGA开发平台硬件系统设计及实现是当务之急。基于以上情况，文章从网络（DM900A)模块电路设 计、USB馍块电路设计、音频电路糢块设计、PS2接口电路模块设、VGA接口电路设计、串口接口电路设计6个方面入手对系 统总体设计进行分析，并对硬件调试进行探讨，为相关软件开发人员提供有效的借鉴和参考。关键词：FPGA开犮平台：硬件系统：设计：实现I FPGA开发平台硬件系统设计及实现■文/夏星星张钊钊
VGAzg490MB/S,采用 IP + +自定义的方式，充分发挥FPGA的应 图2 EEPROM电路设计原理图 用优势，实现电脑主机通信的高效性和有效性，从而提高用 户的使用体验。EEPROM电路设计原理图如图2所示。1.3音频电路模块设计为了进一步提高音频电路模块的最终设计效果，相 关软件开发人员在选用音频芯片的过程中，要优先选用 WM8731L类型的音频芯片。该类型音频芯片具有4个特征， 分别是功率低、集成度髙、耳机驱动能力强和解码效果明显。 此外，在对该电路模块进行设计的过程中，相关软件开发人 员要严格按照相关设计标准和要求，在有效结合音频电路设 计需求的基础上，不断修正、优化和完善音频电路模块，以 达到提高FPGA开发平台硬件系统运行性能的目的。1.4PS2接口电路模块设PS2接口电路模块作为FPGA开发平台硬件系统重要的 功能模块，直接影响该系统运行的可靠性和安全性，因此相 关软件开发人员要重视对PS2接口电路模块的科学设计。首先，要严格按照表1所示的PS2键盘接口定义，通过 使用专用接口，充分发挥鼠标和键盘的作用和价值，实现集 电极的科学开路和设计，避免因出现高电平而影响PS2设备 的工作性能。表1 PS2鍵盘接口定义管脚号昝脚方向功能1DATAI/O关键数据2n/c—禾ii3OND—电源地4VCC1电源+5V5CLK1时钟6n/c—不远接其次，一旦发现SP2设备在实际的运行c户需要花费大量的时间发送相关数据时，相关软件开发人员要做好对clock 参数值的检查。如果clock参数值过低，则意味着PC对通丨USC C60.1'nn--7 6iSDA A0A1A2VSS
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期RESEARCH DESIGN | 研发设计
图3 PS2电路设计原理图信信息进行了抑制和拦 截，这时需要采用缓冲 数据的方式，重新获得 和使用新的控制权，从 而实现对总线相关内容 的科学控制；如果clock 参数值过高，则意味着 PC成功完成了对数据的发送。PS2电路设计原理图如图3所示。1.5VGA接口电路设计VGA接口作为一种常用的D型接口，拥有15个大小不 同的针孔，这些针孔被分成3个竖排，每个竖排有5个针孔。 VGA管脚定义如表2所示，不同的管脚号具有不同的功能， 这些功能的设计与实现对提高VGA接口电路设计水平具有 重要作用。表2 VGA管脚定义接口的整个运行状态 良好。同时，为了保 证FPGA能够充分借 助USB实现对信息 数据的安全传输，软 件测试人员还要有效 借助PC机，将所传 输的信息数据格式转 化为16位数据格式。 在进行串口调试的过 程中，软件测试人员 通过利用FPGA可以 直观形象地观察到各 种接口模块的整个设 计流程，为确保信息USB糢块测试结果
管脚号123456789101112131415功能红基色绿基色蓝基色地址码白测试红地绿地蓝地保留数字地地址码地址码行同步场同步地址码_a ；«■ j—s：1 Sawg)□ a>»»s HMMaUnmllng») tamrmma • □ MWW—am—： iiStata U 0 II: 0-inoewi图5串口电路测试结果1.6串口接口电路设计串口接口指COM 口。串口接口作为一种重要的通信 协议，可以达到的最大速率为116200bps,被广泛地应用于 鼠标以及相关通信设备的有效连接，只有这样，才能实现 MODEM相关数据通信的有效利用，从而形成新型、高效的 连接外置模式。此外，FPGA芯片在串口接口电路设计中同 样发挥了重要作用，通过使用FPGA芯片，可以将I/OLEDB 方式口语电平转换器进行有效结合和连接，确保串行接口向 规范化、标准化方向不断发展，确保FPGA芯片与PC之间 进行正常通信，以达到科学设计串口接口电路的目的，从而 进一步提高FPGA开发平台硬件系统运行的安全性和可靠性。2.硬件调试为了进一步验证FPGA开发平台硬件系统的整体设计 效果，确保FPGA开发平台硬件系统的运行性能，软件测 试人员要重视对硬件的全面调试，通过使用相关软件，可以 充分利用VerilogHDL语言的应用优势，确保模块编写工作 能够落实到位，以达到科学利用仿真软件的目的。同时，为 了保证该系统的编译下载的效率，需要将相关信息数据存储 到FPGA开发平台硬件系统中，并采用运行调试的方式，以 USB模块电路调试为例，对硬件进行全面调试。USB模块 测试结果如图4所示。FPGA开发平台硬件系统在运行的过程中，FPGA可以 充分利用各种接口实现对7种颜色的高效输出，这表明各种数据能够全面地传输到PC机上提供 有力保障。串口电路测试结果如图5所示，可以看出，各个 电路模块不但能够正常、稳定、可靠、安全地运行，而且进 一步保证了电路的最终设计效果，为实现FPGA开发平台硬 件系统应用价值的全面提升打下了坚实的基础。此外，为了 更好地验证电路设计的科学性和有效性，软件测试人员要采 用一系列的技术手段，如检验电路设计流程是否存在漏洞和 不足,并根据检验结果对电路设计流程进行修正、优化和完善， 以确保整个电路设计始终处于正确和合理的状态，最大限度 地提高FPGA开发平台硬件系统的运行性能，为用户提供更 好的服务体验，从而实现FPGA开发平台硬件系统的全面推 广和普及，为简化硬件设计流程、提高相关软件开发人员的 开发效率、确保硬件系统设计的实用性和可靠性创造良好的 条件。3.结语综上所述，在信息技术的应用背景下，FPGA开发平台 硬件系统在开发和应用方面取得了很大的突破和创新。该系 统不仅功能强大、通用性强、具有良好的用户体验，还在功 能电路设计领域中取得了显著的应用效果，深受广大用户的 青睐。为了方便后期系统的维护和升级，需要相关软件开发 人员再接再厉，用更加科学、新型的设计理念，不断扩充更 多的使用功能，从而为促进FPGA开发平台硬件系统健康、 可持续发展，为提高其应用价值和应用前景提供有力的保障。(作者单位：中国电子科技集团公司第二+九研究所）2021年第5期•中国高新科技 4
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