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932页
FPGA 的全称为Field-Programmable Gate Array,即现场可编程门阵列。在开始学习FPGA 之前,同学们首先应该清楚地了解FPGA 的概念,明白FPGA 到底是什么东西,可以用来做什么。FPGA 是在PAL、GAL、CPLD 等可编程器件的基础上进一步发展的产物,是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。简而言之,FPGA 就是一个可以通过编程来改变内部结构的芯片。 直观来说,FPGA 就是一个可以“改变”内部结构的芯片,而让这个芯片来实现怎样的功能,就需要通过编程即设计硬件描述语言,经过EDA 工具编译、综合、布局布线成后转换为可烧录的文件,最终加载到FPGA 器件中去,改变FPGA 内部的连线,最终完成所实现的功能。此时的FPGA 就可以认为是用来实现具体功能的一个粗糙的芯片。
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1
FPGA
至简设计原理与应用
2
FPGA 至简设计原理与应用
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1
第一篇 FPGA 基础知识
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15
第一章 FPGA 简介
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15
第 1 节 什么是 FPGA
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15
第 2 节 FPGA 的基本结构
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15
第 3 节 更为复杂的 FPGA 架构
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16
第 4 节 带嵌入式处理器的 FPGA
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17
第 5 节 数据存储以及配置方式
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18
第二章 FPGA 开发流程
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19
第 1 节 功能定义/器件选型
.................................................................................................
20
第 2 节 设计输入(Design Entry)
..................................................................................
20
第 3 节 功能仿真(RTL-Simulation)
..............................................................................
20
第 4 节 综合优化(Synthesis)
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21
第 5 节 综合后仿真
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21
第 6 节 布局布线(Place & Routes)
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21
第 7 节 时序仿真(Timing)
..............................................................................................
21
第 8 节 板级仿真与验证
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22
第 9 节 编程与调试
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22
第三章 硬件描述语言 VERILOG
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22
第 1 节 Verilog 的历史
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22
第 2 节 综合和仿真
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24
2.1 综合
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24
2.2 仿真
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24
2.3 可综合设计
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25
第 3 节 模块结构
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27
3.1 模块介绍
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27
3.2 模块名和端口定义
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28
3.3 参数定义
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28
3.4 接口定义
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28
3.5 信号类型
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29
3.6 功能描述
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29
3.7 模块例化
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29
第 4 节 信号类型
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30
4.1 信号位宽
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30
4.2 线网类型 wire
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30
4.3 寄存器类型 reg
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31
4.4 wire 和 reg 的区别
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31
第 5 节 功能描述-组合逻辑
................................................................................................
32
5.1 程序语句
..............................................................................................................
32
5.2 数字进制
..............................................................................................................
35
5.3 算术运算符
..........................................................................................................
40
5.4 逻辑运算符
..........................................................................................................
47
5.5 按位逻辑运算符
..................................................................................................
52
5.6 关系运算符
..........................................................................................................
56
3
5.7 移位运算符
..........................................................................................................
57
5.8 条件运算符
..........................................................................................................
62
5.9 拼接运算符
..........................................................................................................
71
第 6 节 功能描述-时序逻辑
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72
6.1 always 语句
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72
6.2 D 触发器
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73
6.3 时钟
......................................................................................................................
76
6.4 时序逻辑代码和硬件
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76
6.5 阻塞赋值和非阻塞赋值
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80
第四章 FPGA 开发平台介绍
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81
第 1 节 开发环境
.................................................................................................................
81
第 2 节 软件界面
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81
第 3 节 第一个上板例程
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82
3.1 新建工程
..............................................................................................................
83
3.2 代码设计
..............................................................................................................
88
3.3 编译设计电路
......................................................................................................
92
3.4 引脚分配
..............................................................................................................
94
3.5 编程及配置 FPGA 器件
.......................................................................................
95
3.6 在线调试
..............................................................................................................
97
3.7 固化程序
..............................................................................................................
97
第五章 在线逻辑分析仪-SIGNALTAP
.....................................................................................
101
第 1 节 软件原理
...............................................................................................................
101
第 2 节 软件界面
...............................................................................................................
102
第 3 节 使用流程
...............................................................................................................
104
第 4 节 案例说明
...............................................................................................................
107
第二篇 FPGA 至简设计原理
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109
第一章 高效编辑器 GVIM
........................................................................................................
109
第 1 节 基本技巧
................................................................................................................
114
1.1 补全命令
............................................................................................................
114
1.2 跳转命令
............................................................................................................
115
1.3 搜索命令
............................................................................................................
117
1.4 删除复制命令
....................................................................................................
119
第 2 节 高级技巧
...............................................................................................................
120
2.1 替换命令
............................................................................................................
120
2.2 列删除方法
........................................................................................................
123
2.3 列插入方法
........................................................................................................
126
第二章 多用模板专注设计
........................................................................................................
127
第 1 节 至简设计法模板总表
...........................................................................................
127
第 2 节 模板演示
...............................................................................................................
129
2.1 模块设计模板
....................................................................................................
129
2.2 时序逻辑模板
....................................................................................................
130
2.3 组合逻辑模板
....................................................................................................
134
2.4 计数器模板
........................................................................................................
136
2.5 状态机模板
........................................................................................................
142
4
2.6 测试文件模板
....................................................................................................
145
2.7 reg 类型代码模板
..............................................................................................
146
2.8 wire 类型代码模板
.............................................................................................
148
2.9 输入信号定义模板
............................................................................................
149
2.10 输出信号定义模板
..........................................................................................
152
2.11 initial 语句模板
.................................................................................................
154
第三章 实验平台
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155
第 1 节 MP801 开发板
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155
1.1 硬件资源总览
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155
1.2 Led 灯
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156
1.3 数码管
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156
1.4 拨码开关
............................................................................................................
156
1.5 按键
....................................................................................................................
157
1.6 蜂鸣器
................................................................................................................
157
1.7 温度传感器
........................................................................................................
158
1.8 EEPROM 存储器
..................................................................................................
159
1.9 VGA 显示
.............................................................................................................
159
1.10 SDRAM 存储器
.................................................................................................
160
1.11 千兆网口
..........................................................................................................
160
1.12 USB 串口
...........................................................................................................
161
1.13 DA 转换芯片
.....................................................................................................
161
1.14 AD 转换芯片
.....................................................................................................
161
1.15 摄像头插口
......................................................................................................
162
第四章 FPGA 至简设计法规范
................................................................................................
163
第 1 节 波形图规则
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163
第 2 节 计数器规范
...........................................................................................................
164
第 3 节 状态机规范
...........................................................................................................
167
第 4 节 接口规范
...............................................................................................................
170
第 5 节 FIFO 规范
.............................................................................................................
170
第三篇 FPGA 至简设计项目实践
....................................................................................................
174
第一章 1 位闪烁灯设计
............................................................................................................
174
第 1 节 项目背景
...............................................................................................................
174
第 2 节 设计目标
...............................................................................................................
176
第 3 节 设计实现
...............................................................................................................
177
3.1 顶层信号
............................................................................................................
177
3.2 信号设计
............................................................................................................
178
3.3 信号定义
............................................................................................................
183
第 4 节 综合与上板
...........................................................................................................
187
4.1 新建工程
............................................................................................................
187
4.2 综合
....................................................................................................................
191
4.3 配置管脚
............................................................................................................
192
4.4 再次综合
............................................................................................................
193
4.5 连接开发板
........................................................................................................
194
4.6 上板
....................................................................................................................
195
5
第 5 节 简化版步骤分享
...................................................................................................
196
5.1 设计实现
............................................................................................................
196
5.2 综合与上板
........................................................................................................
199
第 6 节 扩展练习
...............................................................................................................
207
第二章 4 位闪烁灯
....................................................................................................................
209
第 1 节 项目背景
...............................................................................................................
209
第 2 节 设计目标
...............................................................................................................
209
第 3 节 设计实现
...............................................................................................................
210
3.1 顶层信号
............................................................................................................
210
3.2 信号设计
............................................................................................................
211
3.3 信号定义
............................................................................................................
215
第 4 节 综合与上板
...........................................................................................................
219
4.1 新建工程
............................................................................................................
219
4.2 综合
....................................................................................................................
223
4.3 配置管脚
............................................................................................................
224
4.4 再次综合
............................................................................................................
225
4.5 连接开发板
........................................................................................................
226
4.6 上板
....................................................................................................................
226
第 5 节 简化版步骤分享
...................................................................................................
227
5.1 设计实现
............................................................................................................
228
5.2 综合与上板
........................................................................................................
231
第 6 节 扩展练习
...............................................................................................................
239
第三章 PWM 呼吸灯
.................................................................................................................
241
第 1 节 项目背景
...............................................................................................................
241
第 2 节 设计目标
...............................................................................................................
242
第 3 节 设计实现
...............................................................................................................
243
3.1 顶层信号
............................................................................................................
243
3.2 信号设计
............................................................................................................
244
3.3 信号定义
............................................................................................................
250
第 4 节 综合与上板
...........................................................................................................
254
4.1 新建工程
............................................................................................................
254
4.2 综合
....................................................................................................................
259
4.3 配置管脚
............................................................................................................
259
4.4 再次综合
............................................................................................................
260
4.5 连接开发板
........................................................................................................
261
4.6 上板
....................................................................................................................
262
第 5 节 简化版步骤分享
...................................................................................................
263
5.1 设计实现
............................................................................................................
263
5.2 综合与上板
........................................................................................................
267
第 6 节 扩展练习
...............................................................................................................
275
第四章 串口通信
.......................................................................................................................
277
第 1 节 项目背景
...............................................................................................................
277
第 2 节 设计目标
...............................................................................................................
283
第 3 节 设计实现
...............................................................................................................
284
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