Xilinx2010电子设计竞赛培训(第一部分).ppt

何宾 Telemail:,版权所有，禁止未经授权的商业使用行为,北京中教仪装备技术有限公司,培训内容,北京中教仪装备技术有限公司介绍 Xilinx公司介绍 Xilinx公司产品概述 Xilinx公司软件平台介绍 Xilinx公司ISE10.1软件介绍 EXCD-1硬件开发平台介绍 基于HDL、IP核和原理图的设计输入和实现 PicoBlaze8位嵌入式微控制器原理和设计实现 Xilinx片上可编程系统原理介绍 基于EDK10.1和MicroBlaze32位软核处理器的设计实现,3,高等教育出版社实验课程研发中心 -北京中教仪装备技术有限公司介绍,概述 About us 部门定位 Mission 主营业务 Main Business 发展特色 Features 发展愿景 Expectation,4,隶属于高等教育出版社,在教育部的部署下，高等教育出版社为了提供优质的教育装备集成资源，成立实验课程研发中心。中心下辖北京中教仪装备技术有限公司,与中国教学仪器总公司共同构成了高教社的教学仪器板块。 中心拥有一支以博、硕士为骨干的专业研发团队，秉承“教学设计引导教育装备”的发展理念，致力于开发和制造符合先进教学理念的教育装备和相关资源，注重实训与岗位接轨、理实一体化的教学理念，打造优秀教学设计成果的转化平台，为国内外高等院校提供优质的实验（实训）教学整体解决方案。,高等教育出版社实验课程研发中心 -北京中教仪装备技术有限公司概述,5,实验（实训）教学仪器提供者 实验（实训）教学咨询和服务提供者 实验（实训）教学整体集成方案的提供者,高等教育出版社实验课程研发中心 -北京中教仪装备技术有限公司定位,6,高等教育出版社课程研发中心 -主营业务 Main business,实验（实训）课程教学整体解决方案 Integrated Solution for experimental & practical teaching,7,高等教育出版社课程研发中心 -产品结构 Production Structure,模块化教学仪器设计 Modular didactic design,模块化指导书和相关资源 Modular teaching textbook and associated meterail,网络平台构成再学习体系 Building a relearn system through network platform,创新意识、探究性、自主性 Innovative inquiring self-determinating consciousness,独立成册，随意组合，即时印刷，与国家资源库接轨 independent Volume can be combined freely and can be printed on time,跟踪教学发展方向，符合学校多层面需求 Tracing the trend of teaching evolution to fulfill the demand of university and colledge,提供培训和竞赛使用的硬件平台EXCD-1 提供SOC实验室解决方案 EXCD-1开发板+SOC实验箱,高等教育出版社课程研发中心 -北京中教仪装备技术有限公司,高等教育出版社课程研发中心 -基于Xilinx PSOC实验室解决方案,高等教育出版社课程研发中心 -基于Xilinx PSOC实验室解决方案,德式简洁架构，双层结构，盒盖可放置在底部做为收纳盒。,高等教育出版社课程研发中心 -基于Xilinx PSOC实验室解决方案,数字脉冲源 电源:+5V/3A ,-5V/1A ,+3.3V/3A 点阵LCM12864 单通道并行ADC 单通道并行DAC 步进电机模块 4*4矩阵键盘 蜂鸣器 MP3播放模块 红外收发通讯 UART通讯 交通灯模块 USB模块 网络10M/100M 温度传感器 日历时钟模块,资源丰富,EXCD-1开发板主要基于Xilinx Spartan 3E FPGA器件 XC3S500E-PQ208 ，板上含有2Mbytes的Flash和1024K bytes的SRAM，以及各种输入输出设备。 基于该板可以设计具有各种功能的数字系统，并可以 完成含有8位PicoBlaze 微控制器和MicroBlaze7.0软核的嵌 入式处理器系统。,高等教育出版社课程研发中心 -基于Xilinx PSOC实验室解决方案,Xilinx公司介绍 -公司起源,1984年在硅谷工作的2个聪明的工程师和1个营销主管 作了一个梦。Bernie Vonderschmitt、Ross Freeman 和 Jim Barnett 梦想创立一家不同于一般的公司。 他们希望创建一家公司来为一个全新的领域开发和推 出先进技术。他们还希望以下面这种方式来领导它：在这 里工作的人们热爱他们的工作、享受工作带来的乐趣，并 且对他们所从事的工作着迷。 新型半导体（现称为现场可编程门阵列）由 Xilinx 共 同创始人 Ross Freeman 发明，是一种全新的可编程逻辑。,Xilinx公司介绍 -主要发展例程,1984年 Ross Freeman、Bernie Vonderschmitt 和 Jim Barnett 创立了 Xilinx。 1985 年 Xilinx 推出了它的第一款产品 - XC2064。 1991年 推出 XC4000 系列 FPGA。 1998年 推出 Virtex FPGA 系列。 2002年 推出 CoolRunner-II 系列产品。 2003年 推出 Spartan-3 系列产品。 2006年 Xilinx 推出业内首款带有 Virtex-5 系列的 65nm FPGA - 业内性能最高的 FPGA。 2009年 Xilinx 推出2款新一代 FPGA 系列产品，用以实现新型目标设计平台。,Xilinx公司介绍 -市场份额,Xilinx 是世界可编程平台领导厂商，在2009年实现了 17亿美元的收入，占半导体行业可编程逻辑器件(PLD)部 门50%以上的市场份额，超过其竞争对手占有率的总和。,Xilinx公司介绍 -大学计划XUP,Xilinx大学计划部大中华区经理 谢凯年 E_mail: ,Xilinx公司介绍 -两个最近令业界兴奋的消息,1.ARM公司2009年底宣布和Xilinx公司合作。 2.2010年初，Xilinx宣布将采用28nm的工艺。建立 在台湾半导体制造有限公司(TSMC)和三星(Samsung)代 工高性能低功耗高介电层/金属闸(high-k metal gate) 28 纳米工艺技术之上的技术的初始器件将于 2010 年第四 季度上市，并将于同年 6 月提供 ISE 设计套件初期工具 支持。,Xilinx公司产品概述 -应用领域,Xilinx 解决方案在大量终端市场上实现了世界上最具 创新意义的应用： 航空航天/军用产品 汽车 广播 消费类 数据处理/存储 工业/科技/医疗（ISM） 有线 无线,Xilinx公司产品概述 -CPLD产品,CPLD产品目前有两大类: CoolRunner系列 XC9500系列,Xilinx公司产品概述 -CPLD产品的内部结构,Xilinx公司产品概述 -FPGA产品,Xilinx公司目前有两大类FPGA产品: Spartan系列: 面向低成本的中低端应用，是目前业界成本最低的一类FPGA； Virtex系列: 面向高端应用，属于业界顶级产品 。 这两个系列的差异仅限于芯片的规模和专用模块上， 都采用了先进的0.13um 、90nm 、 65nm、40nm 制造工 艺，具有相同的卓越品质。 Spartan系列是Virtex系列的简化版本。,Xilinx公司产品概述 -FPGA产品-Spartan系列,Spartan系列目前主流的芯片包括: Spartan-2，Spartan-2E，Spartan-3， Spartan-3A，Spartan-3E，Spartan-6等种类。 1）Spartan-2最高可达20万系统门； 2）Spartan-2E最高可达60万系统门； 3）Spartan-3最高可达500万门； 4）Spartan-3A和Spartan-3E不仅系统门数更大，还增强了大量的内嵌专用乘法器和专用块RAM资源，具备实现复杂数字信号处理和片上可编程系统的能力。 5）Spartan-6系列的FPGA是Xilinx公司于2009年推出的新一代的FPGA芯片，该系列的芯片功耗低，容量大。,Xilinx公司产品概述 -FPGA产品Virtex系列,Virtex系列是Xilinx的高端产品，也是业界的顶级产 品，Xilinx公司正是凭借Vitex系列产品赢得市场，从而 获得FPGA供应商领头羊的地位。可以说Xilinx以其 Virtex-6 、 Virtex-5、Virtex-4、Virtex-II Pro和Virtex-II系 列FPGA产品引领现场可编程门阵列行业。 目前的主流芯片包括：Vitrex-2、Virtex-2 Pro、Virtex- 4、Virtex-5、Virtex-6等种类。,Xilinx公司产品概述 -FPGA原理（查找表技术）,也称为函数发生器(Function generator,FG) 其功能被输入的数目限制，而不是被复 杂性所限； 贯穿LUT的时延是固定的；,Xilinx公司产品概述 -FPGA内部结构,FPGA芯片主要由6部分完成，分别为： 1)可编程输入输出单元； 2)基本可编程逻辑单元； 3)完整的时钟管理； 4)嵌入块式RAM； 5)丰富的布线资源； 6)内嵌的底层功能单元和专用硬件模块；,Xilinx公司产品概述 -FPGA内部结构,Virtex-II 结构 核电压1.5V,块BRAM资源,Xilinx公司产品概述 -FPGA内部结构,CLB是FPGA内的基本逻辑单元。CLB的实际数量和 特性会依器件的不同而不同，但是每个CLB都包含：一 个可配置开关矩阵，此矩阵由4或6个输入、一些选型电 路（多路复用器等）和触发器组成。 开关矩阵是高度灵活的，可以对其进行配置以便处理 组合逻辑、移位寄存器或RAM。 在Xilinx公司的FPGA器件中，CLB由多个（一般 为4个或2个）相同的Slice和附加逻辑构成。,Xilinx公司产品概述 -FPGA内部结构,每个CLB模块不仅可以用于实现组合逻辑、时序逻辑，还可以配置为分布式RAM和分布式ROM。,本地布线,Xilinx公司产品概述 -FPGA内部结构,典型的4输入Slice结构示意图（Virtex-II）,Xilinx公司产品概述 -FPGA内部结构,Xilinx公司产品概述 -FPGA内部结构（复用逻辑）,专用的Mux提供了slices和LUTs之间的连接,Xilinx公司产品概述 -FPGA内部结构（IO块）,输入通道： 两个DDR寄存器 输出通道： 两个DDR寄存器 两个三态使能 DDR复用器 独立的时钟和时钟使能， 用于I和O 共享置位和复位信号,Xilinx公司产品概述 -FPGA内部结构（专用BRAM）,最大3.5 Mb 同步的读/写 真正的双端口RAM 每个端口有同步读/写功能 每个端口有不同的时钟（可 配置） 支持初始化值 对输出锁存器的同步复位 支持奇偶校验 每8位一个奇偶校验位 与嵌入式的专用乘法器相邻 用于快速的乘-累加操作,Xilinx公司产品概述 -FPGA新结构,Virtex-4系列的FPGA采用了高级硅模组 (Advanced Silicon Modular Block,ASMBL)架构。ASMBL通过使用独 特的基于列的结构，实现了支持多专门领域应用平台的概 念。 每列代表一个具有专门功能 的硅子系统，如逻辑资源、存储 器、I/O、DSP、处理、硬IP和混 合信号等。 Xilinx公司通过组合不同功 能列，组装成面向特定应用类 别的专门领域FPGA（与专用不 同，专用是指一项单一应用）。,Xilinx公司产品概述 -Virtex-4结构,Xilinx公司产品概述 -Virtex-5结构,Xilinx公司产品概述 -PROM产品,Xilinx公司的Platform Flash PROM能为所有型号的 Xilinx FPGA提供非易失性存储。 全系列PROM的容量范围为1Mbit到32Mbit，兼容任 何一款Xilinx的FPGA芯片，具备完整的工业温度特性， 支持IEEE1149.1所定义的JTAG边界扫描协议。 PROM芯片可以分成3.3V核电压的 系列和1.8V核电 压的系列两大类。,Xilinx公司产品概述 -PROM产品,串行配置,并行配置,Xilinx公司软件平台介绍 -开发工具,ISE Design Suite涉及了FPGA设计的各个应用方面， 包括逻辑开发、数字信号处理系统以及嵌入式系统开发等 FPGA开发的主要应用领域，主要包括 1）ISE Foundation：集成开发工具 2） EDK：嵌入式开发套件 3）DSP_TOOLs：数字信号处理开发工具 4）ChipScope Pro：在线逻辑分析仪工具 5）PlanAhead：用于布局和布线等设计分析工具,Xilinx公司软件平台介绍 -软件组成,Xilinx公司软件平台介绍 -ISE Foundation软件,ISE Foundation软件是Xilinx公司推出的FPGA/CPLD 集成开发环境，不仅包括逻辑设计所需的一切，还具有 简便易用的内置式工具和向导，使得I/O分配、功耗分 析、时序驱动设计收敛、HDL仿真等关键步骤变得容易 而直观。,Xilinx公司软件平台介绍 -EDK软件,EDK是Xilinx公司推出的FPGA嵌入式开发工具，包 括嵌入式硬件平台开发工具（Platform Studio）、嵌入式 软件开发工具（ Platform Studio SDK）、嵌入式IBM PowerPC硬件处理器核、Xilinx MicroBlaze软处理器核、 开发所需的技术文档和IP，为设计嵌入式可编程系统提供 了全面的解决方案。 EDK10.1版还包括了最新的IP内核以优化系统设计。 同时还包括了SPI、DDR2/DMA/PS2和支持SGMII的三模 式以太网MAC等外设，FlexrayTM外设选项，以及用于 DMA的PCI Express驱动支持。,Xilinx公司软件平台介绍 -DSP_Tools软件,Xilinx公司推出了简化FPGA数字处理系统的集成开 发工具DSP Tools，快速、简易地将DSP系统的抽象算法 转化成可综合的、可靠的硬件系统，为DSP设计者扫清 了编程的障碍。DSP Tools主要包括System Genetator和 AccelDSP两部分，前者和Mathworks公司的Simulink实现 无缝链接，后者主要针对c/.m语言。,Xilinx公司软件平台介绍 -ChipScope Pro软件,Xilinx公司推出了在线逻辑分析仪，通过软件方式 为用户提供稳定和方便的解决方案。该在线逻辑分析仪 不仅具有逻辑分析仪的功能，而且成本低廉、操作简 单，因此具有极高的实用价值。 ChipScope Pro既可以独立使用，也可以在ISE集成 环境中使用，非常灵活，为用户提供方便和稳定的逻辑 分析解决方案，支持Spartan和Virtex全系列FPGA芯片。 ChipScope Pro将逻辑分析器。总线分析器和虚拟I/O 小型软件核直接插入到用户的设计当中，可以直接查看 任何内部信号和节点，包括嵌入式硬或软处理器。,Xilinx公司软件平台介绍 -PlanAhead软件,PlanAhead工具简化了综合与布局布线之间的设计 步骤，能够将大型设计划分成较小的、更易于管理的模 块，并集中精力优化各个模块。 此外，还提供了一个直观的环境，为用户设计提供 原理图、平面布局规划或器件图，可快速确定和改进设 计的层次，以便获得更好的结果和更有效地使用资源， 从而获得最佳的性能和更高的利用率，极大地提升了整 个设计的性能和质量。,Xilinx公司ISE10.1软件介绍 -ISE主界面,Xilinx公司ISE10.1软件介绍 -主要功能,ISE的主要功能包括设计输入、综合、仿真、实现和 下载，涵盖了可编程逻辑器件开发的全过程，从功能上 讲，完成CPLD/FPGA的设计流程无需借助任何第三方 EDA软件。下面简要说明各功能的作用： 1、设计输入：ISE提供的设计输入工具包括用于 HDL代码输入和查看报告的ISE文本编辑器（The ISE Text Editor），用于原理图编辑的工具ECS（The Engineering Capture System），用于生成IP Core的Core Generator，用于状态机设计的StateCAD以及用于约束文 件编辑的Constraint Editor等。,Xilinx公司ISE10.1软件介绍 -主要功能,2、综合：ISE的综合工具不但包含了Xilinx自身提供 的综合工具XST，同时还可以内嵌Mentor Graphics公司 的Leonardo Spectrum和Synplicity公司的Synplify，实现无 缝链接。 3、仿真：ISE本身自带了一个具有图形化波形编辑 功能的仿真工具HDL Bencher，同时又提供了使用Model Tech公司的Modelsim进行仿真的接口。,Xilinx公司ISE10.1软件介绍 -主要功能,4、实现：此功能包括了翻译、映射、布局布线等， 还具备时序分析、管脚指定以及增量设计等高级功能。 5、下载：下载功能包括了BitGen，用于将布局布线 后的设计文件转换为位流文件，还包括了IMPACT，功 能是进行芯片配置和通信，控制将程序烧写到FPGA芯片 中去。,Xilinx公司ISE10.1软件介绍 -ISE主界面窗口功能概述,1）左上角的窗口是源文件窗口，设计工程所包括的 文件以分层的形式列出。 2）在该子窗口的下面是处理窗口，该窗口描述的是 对于选定的设计文件可以使用的处理流程。 3）在ISE主界面最下面是脚本窗口，在该窗口中显示 了消息、错误和警告的状态。同时还有Tcl脚本的交互和 文件中查找的功能。 4）在ISE的右上角是多文档的窗口，在该窗口可以查 看html的报告，ASCII码文件、原理图和仿真波形。通过 选择View-Restore Default Layout可以恢复界面的原始设 置。,Xilinx公司ISE10.1软件介绍 -源文件(source）子窗口,这个窗口有三个标签：源（Source）、Snapshots（快 照）、Library（库）。 源标签内显示工程名、指定的芯片和设计相关文档。 在设计视图的每一个文件都有一个相关的图标，这个 图标显示的是文件的类型（HDL文件、原理图、IP核和文 本文件）。+表示该设计文件包含了更低层次的设计模 块。 标签内显示的是目前所打开文件快照。一个快照是在 该工程里所有文件的一个拷贝。通过该标签可以察看报 告、用户文档和源文件。该标签下所有的信息只读。 库标签内显示与当前工程相关的库。,Xilinx公司ISE10.1软件介绍 -处理(process）子窗口,在该窗口只有一个处理标签。该标签有下列功能： 添加已有文件； 创建新文件； 察看设计总结（访问符号产生工具，例化模板，察看命令行历史和仿真库编辑）； 用户约束文件（访问和编辑位置和时序约束）； 综合（检查语法、综合、察看RTL和综合报告）； 设计实现（访问实现工具，设计流程报告和其它一些工具）； 产生可编程文件（访问配置工具和产生比特流文件）。,Xilinx公司ISE10.1软件介绍 -脚本（transcript）子窗口,脚本子窗口有5个默认标签:Console，error，warnings ， Tcl shell，find in file。 Console标签显示错误、警告和信息。X表示错误，！表示警告。 Warning标签只显示警告消息。 Error标签只显示错误消息。 Tcl shell标签是与设计人员的交互控制台。除了显示错误、警告和信息外，还允许输入ISE特定命令。 Find in file标签显示的是选择EditFind in File操作后的查询结果。,Xilinx公司ISE10.1软件介绍 -工作区（Workspace）子窗口,工作区子窗口提供了设计总结、文本编辑器、ISE 仿真器/波形编辑器、原理图编辑器功能。 设计总结提供了关于该设计工程的更高级信息，包 括信息概况、芯片资源利用报告、与布局布线相关性能 数据、约束信息和总