《SOPC实验系统简介》PPT课件.ppt

第6章SOPC实验系统简介,Dr.ZhangJianpingShanghaiUniversityofElectricPowerShanghai,2000902009.5,6.1系统硬件单元,DE2开发板,DE2是Altera公司针对大学教学及研究机构推出的FPGA多媒体开发平台。DE2为用户提供了丰富的外设及多媒体特性，并具有灵活而可靠的外围接口设计。DE2能帮助使用者迅速理解和掌握实时多媒体工业产品设计的技巧，并提供系统设计的验证。DE2平台的设计和制造完全按照工业产品标准进行，可靠性很高。,DE2平台上提供的资源,AlteraCycloneII系列的EP2C35F672FPGAU11，内含35000个逻辑单主动串行配置器件EPCS16U30；(3)板上内置用于编程调试和用户API设计的USBBlaster，支持JTAG模式和AS模式，U25是实现USBBlaster的USB接口芯片FT245B，U26是用以控制和实现JTAG模式和AS模式配置的CPLDEPM3128，可以用SW19选择配置模式，USB接口为J9；(4)512K字节SRAMU18；(5)8M字节(1Mx4x16)SDRAMU17；(6)1M字节闪存(可升级至4M字节)U20；(7)SD卡接口U19；(8)4个按键KEY0KEY3；(9)18个拨动开关SW0SW17；(10)9个绿色LED灯LEDG0LEDG8；(11)18个红色LED灯LEDR0LEDR17；(12)50MHz晶振Y1和27MHz晶振Y3两个板上时钟源，也可通过J5使用外部时钟；,DE2平台上提供的资源,(13)24位CD品质音频的编解码器WM8371(U1)，带有麦克风输入插座J1、线路输入插座J2和线路输出插座J3；(14)VGADACADV7123(U34，内含3个10位高速DAC)及VGA输出接口J13；(15)支持NTSC和PAL制式的TV解码器ADV7181B(U33)及TV接口J12；(16)10/100M以太网控制器DM9000AE(U35)及网络接口J4；(17)USB主从控制器ISP1362(U31)及接口(J10和J11)；(18)RS-232收发器MAX232(U15)及9针连接器J6；(19)PS/2鼠标/键盘连接器J7；(20)IrDA收发器U14；(21)带二极管保护的两个40脚扩展端口JP1和JP2；(22)216字符的LCD模块U2；(23)平台的供电通过插座J8接入直流9V供电，SW18为总电源开关；(24)Altera公司的第三方Terasic提供针对DE2平台的130万像素的CCD摄像头模块以及320240点阵的彩色LCD模块，可通过JP1和JP2接入。,硬件驱动安装,打开Windows窗口下的“控制面板”，用鼠标左键双击控制面板上的“系统”图标，在弹出的“系统特性”对话框中展开“硬件”页面，用鼠标单击该页面上的“硬件向导”按钮，弹出“添加/删除硬件向导”对话框。用鼠标左键单击该对话框的“下一步”按钮，弹出第二页，在该页面中选择“添加/删除设备故障”后单击“下一步”按钮，弹出第三页，在该页面中的“设备”栏中选择“添加新设备”项后单击“下一步”按钮，弹出第四页，在该页选择“否”。单击“下一步”按钮，到第五页，在该页面中“硬件类型”栏目中选择“声音、视频和游戏控制键”项后单击“下一步”按钮，弹出“添加/删除硬件向导”的页面。单击“从磁盘安装”，然后添加QuartusII的软件安装目录下的“quartusdriverswin2000”后单击“确定”，在“添加/删除硬件向导”选择“alteraByteBlaster”单击“下一步”，最后按“完成”按钮，完成Altera公司的硬件驱动程序的安装。硬件驱动程序安装完成后，计算机会自动提示需要重新启动，硬件驱动才能生效。,6.2硬件描述语言基础,硬件描述语言,硬件描述语言HDL（HardwareDescriptionLanguage）是一种对于数字电路和系统进行性能描述和模拟的语言，即利用高级语言来描述硬件电路的功能、信号连接关系以及各器件间的时序关系。其设计理念是将硬件设计软件化，即采用软件的方式来描述硬件电路。硬件描述语言有很多种，但是最流行和通用的只有VHDL和VerilogHDL两种。,VHDL的特点,VHDL的英文全名是VeryHighSpeedIntegratedCircuitHardDescriptionLanguage。其特点是：(1)功能强大(2)可移植性(3)可操作性(4)灵活性(5)应用广泛性,描述方式：,行为描述方式：对设计实体的数学模型的描述，无须知道具体电路的结构。优点：只要清楚输入、输出的行为，不要关注设计功能的门级实现。抽象程度最高。,结构化描述方式：在多层次设计中，通过调用库中元件或已设计好的模块来完成设计功能。结构体中，只描述元件（或模块）和元件（或模块）之间的互连。优点：可利用已有资源，避免重复设计。,数据流描述方式：对信号到信号的数据流的路径形式进行描述。要求对设计实体的功能实现有一定的了解或对内部电路有清楚的认识。优点：便于逻辑综合；缺点：设计困难。,混合描述方式：上述三种描述方式的组合。,VHDL语言的开发流程,一个简单的VHDL工程设计流程主要包括一下几个步骤：(1)要求的功能模块划分；(2)VHDL的设计描述（设计输入）；(3)代码仿真模拟（前仿真）；(4)计综合、优化和布局布线；(5)布局布线后的仿真模拟（后仿真）；(6)设计的实现（下载到目标器件）。,VHDL基本语法,VHDL程序基本结构进入VHDL文字规则进入VHDL基本数据对象进入VHDL基本数据类型进入VHDL运算符进入VHDL顺序基本描述语句进入VHDL并行基本描述语句进入,VHDL程序基本结构,1.实体Entity2.结构体Architecture3.组件Component及其例化4.库LIBRARY5.程序包6.配置,VHDL程序基本结构,LIBRARYieee;USE;ENTITY实体名isPORT(端口说明);END实体名;ARCHITECTURE结构体名OF实体名isSIGNAL；COMPONENT；BEGIN并行语句END结构体名;,库的声明,实体,结构体,1.实体Entity,实体声明单元的常用语法结构为：ENTITY实体名ISGENERIC(类属声明)；PORT(端口声明)；ENDENTITY实体名类属声明语法结构为：GENERIC（常数名称：数据类型：设定值；常数名称：数据类型：设定值）；端口声明语法结构为：PORT（端口名：端口方式数据类型端口名：端口方式数据类型）；,2.结构体Architecture,结构体的语法结构：ARCHITECTURE结构体名OF实体名IS块声明语句BEGIN并行处理语句ENDARCHITECTURE结构体名；,3.组件Component及其例化,组件声明语法结构如下：COMPONENT组件名称GENERIC（类属声明）；PORT（端口声明）；ENDCOMPONENT；组件例化语法结构如下：实例名称：组件名称GENERICMAP（类属名称=表达式，类属名称=表达式）；PORTMAP（端口名称=表达式端口名称=表达式）；,4.库LIBRARY,库的语句结构：LIBRARY库名USE库名.程序包名.项目名；USE库名.程序包名.All；,WORK库：现行作业库,可用来临时保存以前编译过的元件和模块。,4.库LIBRARY,5.程序包,程序包声明的语句结构：PACKAGE程序包名IS-程序包首程序包首声明部分END程序包名；PACKAGEBODY包名IS-程序包体程序包体声明项部分以及包体END包名；,6.配置,默认配置的语法结构如下CONFIGURATION配置名OF实体名ISFOR选配结构体名ENDFOREND配置名结构体的配置的格式：FOR:USEENTITY.;,VHDL文字规则,1.数值型文字(1)数字型文字的值有以下多种表达方式。整数型文字，例如：567898，12E3（12000），74_399_7687（743997687，下划线作用是增加数的可读性，并不影响本身的数值）实数型文字，例如：256.25，25.5E-3（0.0255），254_25.45以数制基数表示的文字，例如：16#FE#（16进制数组），2#1010_1001#（2进制数组），8#372#（8进制数组）物理量文字，例如：78s，199m，2.1(2)字符串型文字字符使用单引号引起来的ASCII字符，可以是数值，也可以是符号和字母。字符串是有字符构成的一维数组，用双引号引起来，可以是文字的，也可以是数位的。,VHDL文字规则,(3)下标下标用于指示数组型变量和信号的某一个元素。用法为：标识符（下标表达式）其中：标识符就是数组型的变量或信号的名字，“下标表达式”所代表的必须是数组下标范围内的一个值。(4)注释与其他计算机语言一样，为了VHDL语言程序有一定的可读性，要在程序中添加注释行，VHDL语言中的注释以字符“-”标识到本行末尾的文字。注释的内容不参加程序的编译。,VHDL文字规则,2.标识符(1)基本标识符的规则有效字符：26个大小写英文字母，包括：“a”“z”、“A”“Z”；数字“0”“9”；下划线“_”；标识符中的英语字母不分大小写；标识符必须以英文字母开头；必须是单一下划线“_”，其前后都必须有英文字母或数字，并且不能以下划线“_”结尾。,VHDL文字规则,(2)扩展标识符的规则扩展标识符以反斜杠来界定，如74LS373、HelloWorld都是合法的；可以是任何字符，包括图形符号，如回车符、换行符、空格符等也都是合法的；两个反斜杠之间允许有多个下划线相邻；扩展标识符区分大小写；扩展标识符中的一个反斜杠，要用两个反斜杠来代替。,VHDL基本数据对象,VHDL语言中，可以赋予一个质的对象就称为客体。客体主要包括以下三种：变量（VARIABLE）、常量（CONSTANT）、信号（SIGNAL）(1)常量常量的定义形式如下：CONSTANT常数名：数据类型：=表达式(2)变量变量的定义形式如下：VARIABLE变量名：数据类型：约束条件：=初始值变量赋值语句的语法格式如下：目标变量名：=表达式(3)信号信号的定义格式如下：SIGNAL信号名：数据类型：约束条件：=初始值赋值语句表达式如下：目标信号名=表达式,注意:变量和信号都必须先定义,后赋值。注意赋值符“顺序语句处理语句2；ENDCASE,VHDL顺序基本描述语句,LOOP语句LOOP语句就是循环语句，表示循环执行一组顺序语句。有三种不同的LOOP语句。第一种基本LOOP语句的语法格式如下：标号：LOOP顺序语句处理语句；ENDLOOP标号；第二种FOR_LOOP语句语法格式如下：标号：FOR循环变量IN循环次数范围LOOP顺序语句处理语句；ENDLOOP标号；第三种WHILE_LOOP语句语法格式如下：标号：WHILE循环控制条件LOOP顺序语句处理语句；ENDLOOP标号；,VHDL顺序基本描述语句,NEXT语句NEXT语句用于LOOP语句内，表示终止当前循环。NEXT语句的语法格式如下：NEXT标号WHEN条件表达式；EXIT语句EXIT语句是LOOP循环终止语句。语句的语法格式如下：EXIT标号WHEN条件表达式；,VHDL并行基本描述语句,并行语句用于表示算法模块间的连接关系，相互之间无次序关系，它们是并行执行的，与书写顺序无关。并行描述语句在结构体中的语法格式如下：ARCHITECTURE结构体名OF实体名IS说明语句BEGIN并行语句ENDARCHITECTURE结构体名；,并行语句主要有以下几种：PROCESS-进程语句BLOCK-块语句CONCURRENTSIGNALASSIGNMENT-并行信号代入语句CONDITIONALSIGNALASSIGNMENT-条件信号代入语句SELECTIVESIGNALASSIGNMENT-选择信号代入语句CONCURRENTPROCEDURECALL-并行过程调用语句ASSERT-并行断言语句GENERIC-参数传递语句COMPONENT_INSTANT-元件例化语句GENERATE-生成语句,VHDL并行基本描述语句,进程语句进程与其他部分的通信，是通过从进程外的信号或端口中读取或者写入值来完成。进程语句的语法格式如下：进程名称：PROCESS敏感信号量1，信号量2，变量说明语句BEGIN顺序执行语句ENDPROCESS进程名称；特点：1.进程语句的内部是顺序语句，而进程语句本身是一种并行语句；2.由PROCESS后面的敏感信号表或WAIT语句触发；3.各进程间通过信号进行通信。注意：敏感信号表与WAIT语句不共存。,VHDL并行基本描述语句,块语句块（BLOCK）语句可以看作是结构体中的子模块，块语句把许多并行语句组合在一起形成一个子模块，而它本身也是一个并行语句。块语句的基本结构如下：块标号：BLOCK保护表达式类属子句类属接口表;；端口子句端口接口表;；块说明部分BEGINENDBLOCK块标号；,VHDL并行基本描述语句,并行信号赋