第3章 Altera FPGA开发流程
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fpga开发的理解fpga开发是指将一组逻辑电路(即一组门电路)用硬件实现的过程。
它能够实现复杂的功能,并且可以得到更高的流水线效率、更低的延迟、更好的可重构性和可缩放性。
由于fpga采用可编程逻辑器件,因此在设计中可以充分利用可编程逻辑器件的特性,实现多种功能。
FPGA开发包括三个主要过程:设计、集成和测试。
在设计阶段,需要完成fpga的原理图设计、描述语言编写、编程语言编写和仿真工具使用等步骤。
在集成阶段,将设计的电路进行集成,并对所有模块进行组装。
在测试阶段,需要对集成的电路进行功能测试,保证各部分模块的正常工作,并完成系统测试。
在fpga开发过程中,需要考虑到一些因素,例如电路的性能、功耗、延迟、灵活性等。
比如,如果要设计一个高速电路,就需要考虑到电路的延迟,以及如何优化电路,减少延迟;如果要设计一个低功耗的电路,就需要考虑如何减少电路的功耗,以及如何优化电路,增加能效比。
此外,还要考虑电路可重构性和可缩放性的要求,以便在未来的应用中做出相应的变化。
在fpga开发过程中,需要仔细分析需求,根据需求定义系统架构,然后按照设计流程完成设计、集成和测试。
比如,在设计阶段,首先需要分析需求,定义功能和接口,然后再进行原理图设计、描述语言编写、编程语言编写和仿真工具使用等步骤。
在集成阶段,将设计的电路进行集成,并对所有模块进行组装。
在测试阶段,需要对集成的电路进行功能测试,保证各部分模块的正常工作,并完成系统测试。
最后,fpga开发也需要考虑到产品的可靠性。
可靠性是衡量fpga开发产品质量的一个重要指标,需要考虑到热损伤、ESD、EMI等因素,并采取相应的措施来确保产品的可靠性。
总之,fpga开发是一项复杂而又技术含量很高的工作,需要综合分析客户需求,根据客户需求定义系统架构,进行设计、集成和测试,并考虑到产品的可靠性。
fpga开发能够实现复杂的功能,并具有更高的流水线效率、更低的延迟、更好的可重构性和可缩放性,在一定程度上提高了产品的性能,是当前技术发展的必然趋势。
fpga生产工艺流程
FPGA(Field Programmable Gate Array),即现场可编程门阵列,是一种在硅片上预先设计实现的具有可编程特性的集成电路。
它能够按照设计人员的需求配置为指定的电路结构。
FPGA 是在CPLD的基础上发展起来的新型高性能可编程逻辑器件,一般采用SRAM工艺,也有一些专用器件采用Flash工艺。
FPGA生产工艺流程是一个复杂的过程,主要包括以下几个步骤:
1. 晶圆制备:将硅片切割成一定尺寸的圆形薄片。
2. 光刻:在硅片上涂上光刻胶,然后通过掩膜曝光,形成电路图案。
3. 蚀刻:使用化学溶液将未被光刻胶保护的部分腐蚀掉,留下所需的电路图案。
4. 离子注入:将掺杂物注入硅片中,以改变其电性能。
5. 金属化:在硅片上沉积金属层,以连接电路元件。
6. 封装:将芯片封装成最终产品的形式。
FPGA设计流程与规范前言在大规模的逻辑设计过程中,按照标准的设计流程和代码规范来进行FPGA、CPLD的开发是很重要的,它能够使整个开发过程实现合理性、一致性、高效性。
对于一个不规范的设计程序,若隔了比较长的时间来进行调试或修改的话,估计很多信号和模块的功能都忘了,若做了一半时需要由别的工程师来接着做的话,估计也得重头开始整个设计了。
而且,一个不规范的设计也无法实现代码的可重用性。
因此,FPGA设计流程和代码的规范化是很重要的,鉴于此原因笔者编写了本文档,以供FPGA设计参考用。
同时,本文档还对FPGA开发过程中的一些常用技巧和需要注意的问题进行了阐述。
目录前言 (1)1. 基于HDL的FPGA设计流程概述 (1)1.1 设计流程图 (1)1.2 关键步骤的实现 (2)1.2.1 功能仿真 (2)1.2.2 逻辑综合 (2)1.2.3 前仿真 (3)1.2.4 布局布线 (3)1.2.5 后仿真(时序仿真) (4)3. 逻辑仿真 (4)3.1 测试程序(test bench) (4)3.2 使用预编译库 (5)4. 逻辑综合 (5)4.1 逻辑综合的一些原则 (6)4.1.1 关于逻辑综合 (6)4.1.2 大规模设计的综合 (6)4.1.3 必须重视工具产生的警告信息 (6)4.2 调用模块的黑盒子方法 (6)5. VHDL语言编写规范 (7)5.1 VHDL编码风格 (7)5.1.1 标识符命名习惯 (7)5.1.2 数据对象和类型 (8)5.1.3 信号和变量 (9)5.1.4 实体和结构体 (10)5.1.5 语句 (11)5.1.6 运算符 (14)5.1.7 函数(Function) (14)5.1.8 过程(Procedure) (14)5.1.9 类属(generics) (15)5.1.10 程序包(Package) (15)5.1.11 有限状态机(FSM) (15)5.1.12 注释(comments) (16)5.2 代码的模块划分 (16)5.3 代码编写中容易出现的问题 (16)5.3.1 资源共享问题 (16)5.3.2 组合逻辑描述的多种方式 (17)5.3.3 考虑综合的执行时间 (17)5.3.4 避免使用Latch (17)5.3.5 内部三态总线结构 (18)6. VERILOG语言编写规范 (19)6.1 Verilog编码风格 (19)6.1.1 命名规则 (19)6.1.2 Modules (20)6.1.3 Net and Register (21)6.1.4 Expressions (21)6.1.5 IF语句 (21)6.1.6 CASE语句 (22)6.1.7 Writing Functions (22)6.1.8 Assignment (23)6.1.9 Combinatorial VS Sequential Logic (23)6.1.10 Macros (24)6.1.11 Comments (24)6.2 代码编写中容易出现的问题 (24)7. 同步数字电路设计技术 (27)7.1 设计的可靠性 (27)7.2 时序分析基础 (27)7.3 同步电路设计 (28)7.3.1 同步电路的优越性 (28)7.3.2 同步电路设计规则 (29)7.3.3 异步设计中常见问题及解决办法 (29)7.3.4 不建议使用的电路 (37)7.4 置位和复位信号处理 (38)7.5 时延电路处理 (38)7.6 全局信号处理 (38)7.7 时序设计的可靠性保障措施 (40)8. 基于VHDL的FPGA设计指导 (41)8.1 VHDL代码风格 (41)8.2 常见问题 (41)8.2.1 不可综合的代码 (41)8.2.2 采用std_logic以外的数据类型 (41)8.2.3 错误使用inout (42)8.2.4 产生不必要的Latch (42)8.2.5 同一个信号在两个或两个以上的process中赋值 (43)8.2.6 错误的使用变量或信号 (43)8.2.7 合理使用内部RAM (45)8.2.8 三态电路设计 (45)8.2.9 异步复位电路设计 (46)8.2.10 时钟电路设计 (47)8.3 设计技巧 (48)8.3.1 合理设计加法电路 (48)8.3.2 巧妙处理比较器 (50)8.3.3 选择IF语句和CASE语句 (50)8.3.4 减少关键路径的逻辑级数 (50)8.3.5 考虑资源共享 (50)8.3.6 流水结构(Pipelining) (53)8.3.7 组合逻辑和时序逻辑分离 (54)8.3.8 利用电路等价性“分配”延时 (54)8.3.9 复制电路,减少扇出,提高速度 (54)8.3.10 状态机编码及设计技巧 (54)8.4 与工艺相关的设计技巧(以Xilinx为例) (56)8.4.1 高效利用IOB (56)8.4.2 存储器的使用 (57)8.4.3 ................................................................................................... 错误!未定义书签。
ETL-002 Altera Cyclone III系列FPGA开发板简介概述ETL-002 FPGA开发板是以Altera公司的最新系列Cyclone III中的3C10为主芯片,并提供了极为丰富的芯片外围接口资源以及下载线,数据线以及资料光盘等。
除了这些硬件外,我们还提供了十多个接口实验,并公开了电路原理图和实验的Verilog源代码,以便于大家对照学习,并可以在该开发板上进行二次开发。
单板描述主芯片EP3C10提供了10320个逻辑单元(LE),46块SRAM(每块9K bits), 23个18*18的乘法器。
开发板自带USB供电电路:您只需将USB线插上您的USB端口,无需外接+5V直流电源,开发板即可工作。
开发板同时支持AS模式下载和JTAG模式下载。
程序固化既可通过JTAG口也可直接对板上的FLASH进行编程。
丰富的外围接口可满足常用的外设的人机交互,我们还将剩下未用的40个用户I/O引脚全部引出,使得您可以通过这些信号对本开发板进行电路扩展。
这些接口主要包括:PS2鼠标接口:可以将PS2鼠标的任何移动的信息反应在数码管上PS2键盘接口:可以将PS2键盘上的任意按键以16进制的信息反应在数码管上VGA显示器接口:可以将FPGA产生的信息反映在VGA显示器上。
开发板自带了动态彩条显示的功能双串口接口:可以与任何的串口设备相接。
开发板自带的演示程序是将PC上的超级终端中输入的任何信息返回PC 4位数码管:可以实时显示任何的数字信息。
开发板自带的演示程序实时地显示分钟和秒钟的信息。
4位LED灯:用于指示状态。
开发板自带了跑马灯实验。
4位按键开关:可用于复位等作用。
4位拨码开关:可用于电路的选择作用教学实验除了开发板的丰富的硬件资源外,我们还提供了数十个学习实验。
通过这些实验,您可以学习FPGA芯片,Quartus II软件和设计仿真和下载等FPGA的设计流程,然后将试验中程序执行的信息通过数码管,LED 灯,串口等板上的硬件直观的显示出来。