FPGA设计基础及VerilogHDL语言介绍.ppt

FPGA实验板 课程安排 第1章：A/D与D/A 第2章：FPGA设计基础（Quartus II软件介绍） 第3章：Verilog HDL语言介绍 第4章：基于FPGA的数码管显示 第5章：基于FPGA的液晶显示 第6章：基于FPGA的大LED点阵 第7章：基于FPGA的VGA显示 本次实验内容 1.分频器的代码实现和仿真； 加分题：十分之一分频器代码实现和仿真； 2.与，或，非逻辑的代码实现和仿真； 加分题：数字逻辑器件的代码实现和仿真，例如三八译码器； 下次实验内容 1. 任意偶次分频器的实现和仿真； 加分题：递增，递减计数器的实现和仿真； 2.学会LED源代码程序编译，下载，管脚分配； 加分题：实现各种不同效果的流水灯； FPGA设计基础 提 要 1 可编程逻辑器件概述 可编程逻辑器件(Programmable Logic Device简称 PLD）是20世纪70年代发展起来的一种新型逻辑器件，是目前数字系统设计的主要硬件基础。 现场可编程逻辑阵列 FPLA(Field Programmable Logic Array） 可编程阵列逻辑 PAL(Programmable Array Logic) 通用阵列逻辑 GAL(Generic Array Logic) 可擦除的可编程逻辑器件EPLD(Erasable Programmable Logic Device） 复杂可编程逻辑器件CPLD（Complex Programmable Logic Device） 现场可编程门阵列 FPGA（Field Programmable Gate Array） 1 可编程逻辑器件概述 –分类(1) 熔丝或反熔丝编程器件－－Actel的FPGA器件 体积小，集成度高，速度高，易加密，抗干扰，耐高温 只能一次编程，在设计初期阶段不灵活 SRAM－－大多数公司的FPGA器件 可反复编程，实现系统功能的动态重构 每次上电需重新下载，实际应用时需外挂EEPROM用于保存程序 EEPROM－－大多数CPLD器件 可反复编程 不用每次上电重新下载，但相对速度慢，功耗较大 1 可编程逻辑器件概述 –分类(2) CPLD与FPGA的区别 2 可编程逻辑器件结构原理 2 可编程逻辑器件结构原理 2 可编程逻辑器件结构原理 2 可编程逻辑器件结构原理 2 可编程逻辑器件结构原理 2 可编程逻辑器件结构原理 2 可编程逻辑器件结构原理 2 可编程逻辑器件结构原理 2 可编程逻辑器件结构原理 2 可编程逻辑器件结构原理 基于乘积项的CPLD内部结构 LAB中的宏单元结构 基于查找表的FPGA内部结构 基于查找表（LUT)的FPGA的结构xilinx Spartan-II的内部结构 CLB中逻辑单元内部结构 查找表LUT原理 3 FPGA特点 逻辑器件：用来实现某种特定逻辑功能的电子器件，最简单的逻辑器件是与、或、非门（74LS00，74LS04等），在此基础上可实现复杂的时序和组合逻辑功能。 可编程逻辑器件：器件的功能不是固定不变的，而是可根据用户的需要而进行改变，即由编程的方法来确定器件的逻辑功能。 配置数据可以存放在片外的EPROM或其它存储体上，可现场修改器件的逻辑功能。 电路集成度高 用硬件描述语言（Hardware Description Language）代替传统的数字电路设计方法来设计数字系统。 3 FPGA特点 4 FPGA设计语言 4 FPGA设计语言－HDL语言特点 4 FPGA设计语言－HDL语言特点 4 FPGA设计语言 4 FPGA设计语言－VHDL 4 FPGA设计语言－Verilog HDL 4 FPGA设计语言 5.1 设计准备 方案论证，器件选择 根据系统的功能和复杂度，对工作速度和器件本身的资源、成本及连线的可布性等方面进行权衡，选择合适的设计方案和合适的器件类型。 5.2 设计输入 原理图输入 HDL（硬件描述语言）输入 状态图输入 波形输入 5.2.1 原理图输入方式 原理图输入方式是一种最直接的设计描述方式，要设计什么，就从软件系统提供的元件库中调出来，画出原理图。 优点是容易实现仿真，便于信号的观察和电路的调整； 缺点是效率低，特别是产品有所改动，需要选用另外一个公司的PLD器件时，就需要重新输入原理图 5.2.2 HDL输入方式 硬件描述语言是用文本方式描述设计（普通硬件描述语言和行为描述语言）。 普通硬件描述语言有ABEL、CUR和LFM等，它们支持逻辑方程、真值表、状态机等逻辑表达方式，主要用于简单PLD的设计输入。 行为描述语言是目前常用的高层硬件描述语言，主要有VHDL和 Verilog HDL两个IEEE标准。 语言与工艺的无关性，可以使设计人员在系统设计、逻辑验证阶段便确立方案