FPGA培训学习心得

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为缓解我国电子信息产业快速发展与核心技术人才紧缺的矛盾,中 

电网(ECCN)在信息产业部的支持下,联合国际著名集成电路设计厂 

商和清华大学等国内顶级高校,于2006年隆重推出电子工程与集成电路 

技术培训项目。2007年5月31 El,首期Altero FPGA技术培训学员正式 

结业,结业典礼在京沪两地隆重举行。典礼上专家组共评选出8篇优秀结 

业论文,为了与读者分享学员们的学习心得与体会,本刊将陆续刊登这些 

优秀论文,以飨读者。更多详情敬请登录http://training.ECCN.com/。 

F P GA培训学习心得 

rhe Summary of FPG rrainina Proaram 

刖吕 

随着微电子设计技术与工艺的发 

展,数字集成电路从电子管、晶体管、 

中小规模集成电路、超大规模集成电 

路(VLSlC)逐步发展到专用集成电路 

(ASlC),今天已进步到能完成超大规 

模的复杂组合逻辑与时序逻辑的复杂 

可编程逻辑器件(CPLD)和现场可编 

程逻辑器件(FPGA)。新一代的FPGA 

甚至集成了中央处理器或数字处理器 

内核,在一片FPGA上进行软硬件协 

同设计,这一改进为实现片上可编程 

系统提供了强大的硬件支持。 

对FPGA技术发展的 

认识和看法 

目前常用的可编程逻辑器件主要 

有简单的逻辑阵列(PAL/GAL)、复杂 

可编程逻辑器件(cPLD)和现场可编程 

逻辑器件(FPGA)。就FPGA而言,它不 

是传统意义上的通用可编程逻辑,而是 

更像一个可编程的片上系统(SOPC),且 II——世界电子元器件 。。 g。。

.。。。 。。m 内部硬件功能模块El渐丰富,如片内 

RAM、锁相环(PIJ_)、数字信号处理(DSP) 

模块、专用高速电路甚至嵌入式CPU。 

FPGA的基本结构 

FPGA基本由6部分组成,分别为可 

编程输入偷出单元、基本可编程逻辑单 

元、嵌入式块RAM、丰富的布线资源、底 

层嵌入功能单元和内嵌专用硬核等。 

FPGA的发展趋势 

FPGA未来的发展趋势可总结为 

四个要点: 

(1)先进工艺:最先进的ASlC生产 

工艺将被更广泛地应用于以FPGA为 

代表的可编程逻辑器件中; 

(2)处理器内核:越来越多的高端 

FPGA产品将包含DSP或CPU等处理 

器内核,从而FPGA将由传统的硬件 

设计手段逐步过渡为系统设计平台; 

(3)硬件与结构化ASlC:FPGA将包 

含功能越来越丰富的硬核,与传统 

ASlC进一步融合,并通过结构化ASlC 

技术加快占领部分ASlC市场; ■ 海华电子企业刘子安 

(4)低成本器件:低成本FPGA的 

密度越来越大,价格越来越合理,将成 

为FPGA发展的中坚力量。 

设计课题的总结 

设计课题的确立 

在这次中电网FPGA设计培训过 

程中,主要设计课题资源为: 

1.培训试验板主要采用Altera公 

司的Cyclonel l系列的EP2C5T144C8。 

2.核心板采用1M×16bit的fla— 

sh,256K×16bit的Sram,可以支持 

Nios ll系列实验。 

3.采用的串仃z-配置器件包括EPcS1, 

同时支持AS和 的下载方式,支持 

N10s ll软核嵌入式处理器。 

4.提供的实验资源包括: 

a、1个7段数码管 

b、7个LED 

C、4个轻触按键 

d、256色标准VGA彩显接口 

e、1个PS/2鼠标/

键盘接口 维普资讯 http://www.cqvip.com f、1个RS232接口 

Altera FPGA系统的组成和结构 

Altera公司的可编程逻辑产品可以分为高密度FPGA、 

低成本FPGA和CPLD。Altera高密度FPGA主要为Strat— 

ixII,它采用了全新的逻辑结构——自适应逻辑模块 

(ALM)。Altera FPGA主要结构特性为: 

・ 平面布局和设计原则 

・ 互连线资源、逻辑阵列块(LAB)和逻辑单元(LE) 

・内嵌RAM块 

・ 时钟网络和锁相环(PLL) 

・DSP块 

・I/O结构 

・高速差分I/O接口 

对于Altera FPGA设计开发来说,一个完整的FPGA设 

计流程包括电路设计与输入、功能仿真、综合、综合后仿真、 

实现、布线后仿真与验证、板级仿真验证与调试等主要步 

骤。而常用的工具则可分为综合工具、仿真工具、实现工具、 

辅助设计和其他工具等5类,Altera FPGA设计开发平台为 

Altera Quartus II。 

设计方法 

在FPGA培训过程中,通过实际运用来学习FPGA设 

计,主要步骤为: 

1.熟悉Altera Quartus II软件及开发流程。Altera Quar— 

tus II软件集成了Altera的FPGA/CPLD开发流程中所涉及 

的所有工具和第三方软件接口,通过使用此综合开发工具, 

进行创建、组织和管理自己的设计。Altera Quartus II开发 

流程有5个方面的内容:设计输入、综合、布局布线、仿真、 

编程和配置。 2.参照((THCII-1创新SOPC实验套件实验教材》和《实 

验平台使用说明》,根据所提供的实例和详细的操作步骤进 

行实验,初步了解Altera Quartus II软件的使用方法、开发 

流程、配置管理以及软件结构编辑 

3.通过中电网提供的视频教学和疑难解答进行学习, 

进一步加深对FPGA硬件结构的了解。 

4、通过网络与其他对FPGA颇有研究的同仁交流。 

5.编写程序,通过SOPC实验套件进行试验。 

设计实验总结 

在学>---j FPGA的整个过程中,自己也积累了一些经验: ・ 建立起对FPGA学习的兴趣,遇到困难时要勇于面 

对它,并想办法解决。 

・ 要对数字系统设计有比较全面的把握,如寄存器、 

内存、计数器、DSP等,尽力拓宽自己的知识面,比如数字电 

路、高速时钟系统、电路工艺方面及系统设计等。 

・ 结合具体项目进行设计开发应用,这样才能有一个 

明确的进步方向。 

・ 尝试着从硬件底层起进行一些开发和设计。 

・多动手,增加实践经验。 

・ 多借用成功者的经验,拓宽自己的视野,通过网络 

到各种EDA论坛进行技术设计交流,提高自己。 

・ 对要求实现的算法或者系统有一个清楚的认识。 

・按照FPGA的设计流程进行设计,可以起到事半功 

倍的效果。 FPGA的设计流程一般如下: 

系统设计 电路构思 

电路设计与输入 (HDL代码、庶理 嘲、波形、状态机) 

功能仿真是 番 F确? 

Y 

综合优化 

综含后仿真 

Y —一 ....... ......!l:.......一 实现与竹i局稚线 

布局布线后仿 毫皋香i'F确? \/ I 入 

板级仿真 验 证警否fF确? 

加载配置 在线调试 

图1 FPGA设计流程图 N 

N 是否为实现 的阚腆? 是否为综合优 化的问顺? 

N 

世界电子元器件2007.9 gec eccn.com 

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