FPGA至简设计原理与应用_v3.3_v1(含大纲).pdf

### FPGA至简设计原理与应用知识点总结 #### 第一篇：FPGA基础知识 ##### 第一章：FPGA简介 - **什么是FPGA**：现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array)是一种半导体设备，它可以在制造完成后由用户通过编程进行重新配置。这种灵活性使得FPGA在数字信号处理、通信系统、图像处理等领域有着广泛的应用。 - **FPGA的基本结构**：FPGA主要由可编程逻辑单元、可编程互联资源和输入输出单元三部分组成。可编程逻辑单元包括查找表(LUT)、触发器等；可编程互联资源用于连接这些逻辑单元；而输入输出单元则负责外部信号的输入和输出。 - **更为复杂的FPGA架构**：随着技术的进步，现代FPGA还集成了更多复杂的功能，例如嵌入式存储器块、专用硬件加速器等，以提高性能并降低功耗。 - **带嵌入式处理器的FPGA**：某些高端FPGA还内置了微处理器或DSP处理器，允许用户实现软硬件协同设计，提高了系统的灵活性和集成度。 - **数据存储及配置方式**：FPGA可以通过多种方式进行配置，包括SRAM配置、Flash配置等。其中，SRAM配置需要外部电源供电才能保持配置信息，而Flash配置则可以保存配置信息，即使断电也能恢复到预设状态。 ##### 第二章：FPGA开发流程 - **功能定义/器件选型**：根据项目需求确定FPGA的规模、速度等级等参数，并选择合适的FPGA型号。 - **设计输入**：使用硬件描述语言(HDL)如Verilog或VHDL编写源代码。 - **功能仿真**：利用仿真工具检查设计的功能正确性。 - **综合优化**：将HDL代码转化为硬件电路模型，并进行优化以满足面积、速度等指标。 - **综合后仿真**：对综合后的电路进行功能验证。 - **布局布线**：自动安排逻辑单元的位置并连接它们之间的连线，进一步优化性能。 - **时序仿真**：模拟实际工作频率下的电路行为，确保满足时序要求。 - **板级仿真与验证**：在板级环境下验证整个系统的功能。 - **编程与调试**：将最终的设计下载到FPGA上，并进行调试以确保正确运行。 ##### 第三章：硬件描述语言Verilog - **Verilog的历史**：Verilog HDL最初由GDA公司开发，后成为IEEE标准。 - **综合与仿真**：Verilog支持两种主要用途——综合和仿真。综合是将高级描述转化为具体的硬件电路；而仿真是验证设计的功能正确性。 - **可综合设计**：为了确保设计可以被综合器正确转化成硬件，需要遵循一定的规则。 - **模块结构**：模块是Verilog中的基本单位，每个模块对应一个特定功能。 - **信号类型**：包括`wire`和`reg`两种，分别表示瞬时连线和存储单元。 - **功能描述**： - **组合逻辑**：不包含存储元件的逻辑电路，其输出仅取决于当前输入。 - **时序逻辑**：包含存储元件的逻辑电路，其输出不仅取决于当前输入还取决于过去的状态。 ##### 第四章：FPGA开发平台介绍 - **开发环境**：介绍常用的FPGA开发软件及其主要功能。 - **软件界面**：展示开发软件的主要界面和常用操作。 - **第一个上板例程**： - **新建工程**：创建新的项目并配置基础设置。 - **代码设计**：编写HDL代码来实现所需功能。 - **编译设计电路**：将设计进行编译以生成比特流文件。 - **引脚分配**：指定FPGA芯片上的物理引脚与设计中的信号之间的映射关系。 - **编程及配置FPGA器件**：将编译好的比特流文件加载到FPGA中。 - **在线调试**：通过开发板上的调试工具对设计进行调试。 - **固化程序**：将程序固化到FPGA中以便于批量生产。 #### 第二篇：FPGA至简设计原理 ##### 第一章：高效编辑器GVIM - **基本技巧**：介绍了GVIM编辑器的一些基本使用方法，如命令补全、跳转、搜索和删除复制等功能。 - **高级技巧**：深入探讨了GVIM的高级特性，如替换命令、列删除和列插入等。 ##### 第二章：多用模板专注设计 - **模板总表**：提供了多种设计模板，帮助快速完成常见的设计任务。 - **模板演示**：通过具体例子展示了如何使用这些模板进行高效的设计。 ##### 第三章：实验平台 - **MP801开发板**：详细介绍了MP801开发板的各种硬件资源，包括LED灯、数码管、拨码开关等。 ##### 第四章：FPGA至简设计法规范 - **波形图规则**：制定了一套波形图的绘制标准，方便设计人员理解和交流。 - **计数器规范**：规定了计数器设计的原则和最佳实践。 - **状态机规范**：定义了状态机设计的标准，以确保一致性。 - **接口规范**：明确了各种接口的设计要求。 - **FIFO规范**：提出了FIFO的设计指南，以提高系统的稳定性和可靠性。 #### 第三篇：FPGA至简设计项目实践 ##### 第一章：1位闪烁灯设计 - **项目背景**：介绍了设计一个简单的1位闪烁灯的背景信息。 - **设计目标**：明确了项目的目标，即通过控制LED灯的亮灭实现闪烁效果。 - **设计实现**：详细阐述了设计的具体步骤，包括顶层信号设计、信号定义等。 - **综合与上板**：描述了如何将设计综合为实际的电路，并将其加载到开发板上的过程。 以上总结了《FPGA至简设计原理与应用》一书的关键知识点，涵盖了从基础知识到具体设计实践的各个方面。这对于初学者来说是一份非常全面且实用的指南，有助于深入了解FPGA的设计原理和技术要点。