Xilinx可编程逻辑器件应用与系统设计.pdf

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本书以应用和系统设计为基调, 结合大量的设计范例, 全面细致地介绍ISE10.1设计工具以及辅助工具的使用; 新一代的Spartan-3E、Spartan-3A/3AN和Virtex-5等的结构原理、性能特点与设计方法, 重点介绍了FPGA/CPLD在数字系统设计、嵌入式处理器设计、高速串行数据通信等方面的应用。
前言 构及其描述(作者:孙航),第18章利用 CoolRunner. ll器件的高级特性降低产品的成本(作 者:工春平) 本书是由xinx深圳代表处的技术支持工程师团队策划和完成的,xinx的代理商一世健 料技( Excelpoint)的工春平也参于了本书的编写,在此表示表心的感谢! 作者 208年5月于深圳 作者感言 作为现场可编程逻辑阵列(FPGA)器件的发明者, Xilinx既是可编程逻辑器件(PLD)市 场的领导者,也是PLD技术的领导者。近年来,因为广大用户的支持和认同, Xilinx可编程逻 辑器件得以迅速在中国应用、普及和发展。因此,将最全面、最新的技术信息及时传递给广大 读者和应用工程师,则是 Xilinx技术支持团队的神圣使命。在孙航的策封下,经过全体作者的 共同艰辛努力,本涵盖了Ximx最新技术和设计工具的书箱终于面世了。 尽管我们有着幸高的实践经验,但山于能力所限,书中疏漏或谬误之处,敬请读者批评指 正。这呈我们可以负责地说,每位作者都尽了自己最大的努力,我们力争表达准确,阐述浅显 易慢,并结合自己的技术实践与最新 Xilinx技术,尽最大可能将自己的技术心得深入浅出地 无私地奉献给读者。 以下用每位作者的一句心里话,与读者共勉。 孙航( Hunter sun):“天下事有难易乎?为之,则难者亦易矣;不为,则易者亦难矣,” 胡灵博( Robert hu):“凡事预则立,不预划废,” 樊彧( Bob Fan):“每一个成功者都有一个开始。勇于开始,才能找到成功的路。 赵永琦( Paul zhao):“沉下去,才能浮起来。” 于联锋( Lanny Yu):“理解万罗!” 李贤精( Tiko Li):“天道酬劲。” 陈健( Jack Chen):“知读书之乐,存为善之心,” 郭燕涛( Dany Gue):“天行优,君子以自强不息;地势坤,君子以厚德载物 易洪波( Bob yi)2“男于开始,才能我到成功的路! 乇春平( Hunter Wang):“业精于勤,荒于嬉;形成于思,毁于随。” 易张一 胡灵坞 该 目录 第一部分|SE10.x平台级设计工具 第1章ISE10.x设计工具简介和使用…3 1.1概述一 1.2设计流程…………… 4 1.3使用ISE10x款件 1.3.1概运 132工程创建和实现… 6 133EDIF设计输入 22 134设计工具小结 23 14 Xilinx综合技术XST……“……………… 1.4.1XST继述…… 23 1,4.2设置XST性 1.5ISE工具的实现策略 27 1.5,1综述 1.52 Implement属性 等中大 +…:…28 1.6配置工具 iMPACT 30 1.6.1使用 IMPACT生成PROM文件 …*…………31 1.62使用 IMPACT下载配置文什 4 1.7本章小结… 35 第2章5E1x的辅助设计工具一 36 2.1概述…………………… 36 2.2结构化设计向导和P核生成工具一 …计……37 22.1在ISE10.x工具中使用 Core Generator :*………38 2.2.2用 Core Generator工其建立一个新的工程… 40 2.2.3 Core Generator工具中的存储器鳊器 44 2.3布局规划器 45 23.1布局规划器概还“…… 45 23.2布局规划器的功能和应用 46 2.3.3使用布局规划器…… 47 2,4FPGA底层编辑器………… 52 24.1FPGA底层编器概述…… xnx可编程逻辑器件应用与系统设计 2.42使用FPGA底层編辑器 53 25集成化逻辑分析工具… 25.1集成化逻样分析工具简介 60 2.5.2集成化逻辑分析工其的组成和设计流程 2 2.53使用 ChipScope Pro “……63 2.6 XPower功耗分析工具 2.6.1 XPower概述 …79 2.6.2使用 XPower 2.7引脚和区域约束编辑器……mm 2.7,1使用PACF工具 85 2.72PACE的SSO分析和DRC功能 273PACE时序分析功能 2.8本章小结 A14 第3章工具命令行语言(Tel) 3.Te工具语言和ISE开发工具中的Tel功能 94 3.2ISE中的Te功能 94 321从图形界面方式转换到Tl命令行方式 95 322利用ISE中的动能控制版本 32.31sE10挺供的其他Tl伞令 …100 33本章小结 101 第4章约束设计与时序分析 102 4.I概述 42时序约束和分析 42.1周期约束 4.22入偏移约束 …107 423输出偏移约束 l18 4.24特定约束 FROM TC 120 4.2.5分组约束 4.3约束编餐器 123 44时序分析器……… 30 4.4.I时序分析器的用户界面 130 4.42使用时序分析器… “131 4.5本章小结… 136 第5章可编程逻辑器件的高级设计……m 5.1概述 137 52智能化编泽技术…… -137 5.2.1 Partition技术… 137 viII 目录 52.2 Smartguid技术… ,…+…141 53时序收敛技术 Xplorer 生重 计142 5.3. I Xplorer-. …142 53.2在ISE工具中使用 Xplorer x143 533 SmartXplorer技米 143 5.4本章小结 ……145 第6章入式设计工具EDK 6.1EDK简介………………………“……………,…………………………………………146 62创建新项H 147 6,3XPS工具… …:147 64硬件平台…一……………… 65自定义PP核……… 149 66软件平台与SDK…………………… …150 67实现并下设计 ……150 68请试设计 151 69EDK嵌入式系统设计范例………………………………………………152 69.1使用BsB创建一个初始的设计 152 69.2在XPS中完成设计… 154 69.3在设计中添加 Chipscope ILA逻辑分析仪内核 694验证设计 6.9.5XMD…, 8 15 696下戟程序及源代碼级调试… 160 697调试源代码 6.9.8关于SDK……… 163 6.9,9使用 Chipscope协同调试 166 6.10本章小结… 167 第7章xinx存储器控戀接口技术 以计计计168 7.1概述… 168 72使用MIG… 168 7.3MGL.具的漏试功能 74本章小结…… 186 第二部分 Vi rtex高性能平台级可编程逻辑器件体系架构和应用 第8章 Virtex5系列器件架构及描述……189 8.1概述 …189 8.2 Virtex5系列器件架构和特性 189 ix Xilinκ可編程逻器件应用与系统设计 82.1 Virtex-5系列器件特性… 189 82.2 Virtex-5系列器件逻料粲构… 8.2.3乘法器摸块DSP48E简介 196 824高速收发器模块 RocketIO GTP简介…m…196 8.2.5 Virtex-5器件的时钟资源… 8.26 Virtex-5器件的时钟管理器模块CMT 198 8.2.7 virtex-51O模块 212 8.3木章小结… 219 第9章 Virtex-4系列器件架构及描述 计220 9.1概述 22 92Ⅵitex4系列器件架构和性 220 9.2. virtex-4系列概述 …………220 922 Irtex4的逻辑架构 221 93本章小结 227 第三部分采用 Xilinx可编程逻辑器件的系统级设计 第10章Xinx可编程逻辑器件设计技巧- 10.1述 10.2时钟设计… 31 10.2.1时钟设计概述…一 10.2.2片内时铲的设计 232 10.2.3系统时钟的设计 233 10.3复位设计……… …234 103.1同步复位及异步复位 234 103.2全局复位及局部复位…… ………:235 104同步设计与提高器件的工作速度 …:…:237 104.1同步设计 …:237 10.4.2提高器件工作的速度 238 10.5FIFO设计……………… 241 106应用SRLC16 …:24 10.7状态机设计……… 国以,246 10.8可编程逻辑器件FPGA的配置 248 10.8.1FPGA器件配置模式………248 10.8.2FPGA豁件配置流程…一………… …-253 10.83配置FPGA器件时的常见问题……………………………………………………255 10.9可編程逻器件的电源、接地及去耦网络设计 257 X 目录 109.1电源设计的重要性 …257 10.9.2几种典型的电欲电路 257 109.3去(旁路)电容设计“ 259 1094楼地设计 262 10.10本章小结……… 263 第11童 Xtreme DSP设计 :264 11.1概述…… 264 11.1FPGA高性能数宇信号处理能力的来源 265 11.1.2 Xilinx的歌字信号处理解决方案 265 11.2 Virtex 5 DSP单元功能描述及应用… …267 11.2,1DsP48E功能描迷 267 112.2应用DSP48E… 274 113 Spartan-3- ADSP DSP48A单元功能描述及应用 284 113.1DSP48A操作简介 285 13.2应用DSP48A预加器 286 11.4本章小结… 288 第12章高速电路没计和信号完整性分析 289 121仁号完整性的提出 289 122传输线对信号质量的影响 4289 122.1传线…,………………………… 290 1222信号的边沿速率 290 1223网步切换噪声和地线反弹 4291 1224串扰 292 1225反射、抓怜和环绕搛荡 293 12.26正确认识信号宪整蚀问题 294 123高速电路设计和端接技术 296 123.1阻杭匹配原理………“…………29 1232典型的传输线蛎接方货 4297 12.3.3Xiin嚣件的抗配和信号完整性方案 300 234阻抗墙接凌术的储真分析 303 124本章小结… 307 第13童高速数据通信接口和设计技巧 们309 13,1概述 30 13.2 SPI 309 13.2.1SP1原理…… ……310 1322SPI应用及设计技巧一一…………………… 计…:311 13.3 SFI …:316 Ⅺiu可程逻器件应用与系统设计 13.3.1SF1原理一 317 13.3.2SH应用及设计技巧 …:318 134 Chipsync源同步技术 t21 13.4.1源同步技术原理 321 134.2酒同步技术应用 ……(322 13.5IDs原理及应用…… 323 13.6本小结… 325 第四部分低成本高性能的 Spartan3系列器件和应用 第14章 Spartan-3、 Spartan3及 Spartan-3A/AN系列器件架构及描述 329 14.1概述 ………329 14.2 Spartan3乐列FPGA 336 14.3 Spartan3E系列FPGA………… …39 144 Spartan-3AAN系列FPGA… 342 14.5 Spartan-3器件结构描述… 346 146本章小结 360 第15章 Picoblaze8位嵌入式微控制腾 15.1核述 中……:…361 152 Picoblaze的逻辑结构… 362 15.2.1通用处理器的本结构 ………………………362 1522 PicoBlaze处理器的基本结构 363 152.3 Picobl处理器的指令系… 15.3 PicoBlaze设计流程………… 376 15.3.设计 Picoblaze处理器… …376 15.3.2 Pico blaze处理器设计流程 154新定制 Picoblaze处理器和设计范例 381 15.4.1定制新的 Picoblaze处理器 381 15.42 coolblaz处理器设计范例… 382 15.5本草小结……………… 383 第16章回低成本和消贵类应用的完美器件 Spartan3系列…134 16.1概述 384 162利用 Spartan-3系列产品实现安全的解决方案…………… …4384 162.使月 Spartan FPGA实现灵活的低成本安全解决方案 385 162.2 Device DNA操作… 162.3采用 Device DNA在 Spartan-3 A FPGA中保证实现安全 388 16.2.4采用 Device DNA和 Flash存僧器1D保证安全…… y

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