2011电子设计竞赛培训-竞赛平台-xilinx芯片-xilinx开发24599544

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,所有培训资料均可从网站下载,培训内容,EXCD-1/Nexys3竞赛平台介绍Xilinx公司介绍Xilinx公司产品概述Xilinx公司软件平台介绍Xilinx公司ISE13.1软件介绍基于ISE13.1的数字系统的设计基于ISE13.1的模数混合系统的设计和调试Xilinx片上可编程系统原理介绍基于EDK13.1和AXI4的嵌入式系统设计实现,EXCD-1/Nexys3硬件开发平台介绍-EXCD-1硬件平台介绍,EXCD-1/Nexys3硬件开发平台介绍-EXCD-1硬件平台介绍,德式简洁架构，双层结构，盒盖可放置在底部做为收纳盒。,EXCD-1/Nexys3硬件开发平台介绍-EXCD-1硬件平台介绍,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。,EXCD-1/Nexys3硬件开发平台介绍-EXCD-1硬件平台介绍,EXCD-1/Nexys3硬件开发平台介绍-EXCD-1硬件平台介绍,市场售价：905元,EXCD-1/Nexys3硬件开发平台介绍-Nexys3硬件平台介绍,市场售价：1780元现场预定：1180元,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-市场份额,Xilinx 是世界可编程平台领导厂商，根据市场分析公司 iSuppli 公司统计，Xilinx 在 2010 财政年度创造了18 亿美元的收益，并在半导体行业可编程逻辑器件 (PLD) 领域占有 50% 以上的市场份额。,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-应用领域,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Virtex-5 系列的 FPGA。 2009年 Xilinx 推出Spartan-6和Virtex-6新一代 FPGA。 2011年 Xilinx 推出第7代FPGA系列产品,统一架构。,Xilinx公司介绍-芯片工艺的演进,Xilinx公司介绍-两个最近令业界兴奋的消息,1. 采用28nm的第7代FPGA产品相继上市。,Xilinx公司介绍-两个最近令业界兴奋的消息,Zynq-7000 系列是 Xilinx 推出的首款可扩展式处理平台 (EPP)。该新型产品将业界标准 ARM双核 Cortex-A9 MPCore 处理系统与 Xilinx 一体化 28nm 可编程逻辑架构完美整合在一起。 这种以处理器为核心的架构不但能够实现 FPGA 的高度灵活性和可扩展性，同时还能带来类似于 ASIC 的高性能和低功耗，以及 ASSP 的易用性。,2. 嵌入ARM的Zynq-7000 系列FPGA将于下半年上市。,Xilinx公司介绍-两个最近令业界兴奋的消息,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 -大学计划XUP,Xilinx公司CPLD概述-CPLD原理,复杂可编程逻辑器件CPLD 由完全可编程的与/或阵列以及宏单元库构成。 与/或阵列是可重新编程的，可以实现多种逻辑功能。 宏单元则是可实现组合或时序逻辑的功能模块，同时还提供了真值或补码输出和以不同的路径反馈等额外的灵活性。,Xilinx公司CPLD概述-CPLD内部结构,Xilinx公司CPLD概述-CPLD内部结构-功能块,Xilinx公司CPLD概述-CPLD内部结构-功能块,图2.7 宏单元的内部结构,Xilinx公司CPLD概述-CPLD内部结构-快速连接矩阵,Xilinx公司CPLD概述-CPLD内部结构-IO块,图2.9 IO块内部逻辑,Xilinx公司CPLD概述 -CPLD类型,Xilinx CPLD产品目前有两大类:CoolRunner系列XC9500系列,Xilinx公司FPGA概述-FPGA原理（查找表技术）,FPGA是在PAL、GAL、EPLD、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展起来的，它是作为ASIC领域中的一种半定制电路而出现的，即解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路有限的缺点。 由于FPGA需要被反复烧写，它实现组合逻辑的基本结构不可能像ASIC那样通过固定的与非门来完成，而只能采用一种易于反复配置的结构。 查找表可以很好地满足这一要求，目前主流FPGA都采用了基于SRAM工艺的查找表结构，也有一些军品和宇航级FPGA采用Flash或熔丝/反熔丝工艺查找表结构。,Xilinx公司FPGA概述-FPGA原理（查找表技术）,查找表（Look-Up-Table）简称为LUT，LUT本质上就是一个RAM。 目前FPGA中多使用4输入的LUT，所以每一个LUT可以看成一个有4位地址线的 的RAM。 当用户通过原理图或HDL语言描述了一个逻辑电路以后，PLD/FPGA开发软件会自动计算逻辑电路的所有可能结果，并把真值表（即结果）事先写入RAM，这样，每输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址进行查表，找出地址对应的内容，然后输出即可。,Xilinx公司产品概述-FPGA原理（四输入查找表结构）,LUT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原理（六输入查找表结构）,多年以来，四输入 LUT 一直是业界标准。但是，在65nm工艺条件下，相比较于其它电路（特别是互连电路），LUT 的常规结构大大缩小。 一个具有四倍比特位的六输入LUT (6-LUT) 仅仅将 CLB 面积提高了15% - 但是平均而言，每个 LUT 上可集成的逻辑数量却增加了40%。 更高的逻辑密度通常可以降低级联 LUT 的数目，并且改进关键路径延迟性能。,Xilinx公司产品概述-FPGA原理（六输入查找表结构）,4/6输入LUT实现8:1多路复用器的原理,Xilinx公司产品概述-FPGA原理（六输入查找表结构）,新一代的FPGA 提供了真正的 6-LUT，可以将它用作逻辑或者分布式存储器，这时 LUT是一个64 位的分布式 RAM （甚至双端口或者四端口）或者一个32 位可编程移位寄存器。 每个 LUT 具有两个输出，从而实现了五个变量的两个逻辑函数，存储32 x 2 RAM 比特，或者作为16 x 2-bit 的移位寄存器进行工作。,Xilinx公司产品概述-FPGA内部结构,Spartan-6FPGA芯片的版图,Xilinx公司产品概述 -Spartan-6 FPGA内部结构(可配置逻辑块-),可配置的逻辑块（Configurable Logic Block, CLB）是主要的逻辑资源，用于实现顺序和组合逻辑电路。,SwitchMatrix,Xilinx公司产品概述 -Spartan-6 FPGA内部结构(可配置逻辑块),每个CLB包含两个切片列。一列称为SLICEX列，另一列在SLICEL和SLICEM交替。可用的切片中有50%的SLICEX，25%的SLCEL和25%的SLCEM。,Xilinx公司产品概述 - Spartan-6 FPGA内部结构(SliceM),图2.14 SLICEM的内部结构,Xilinx公司产品概述 - Spartan-6 FPGA内部结构(SliceL),Xilinx公司产品概述 - Spartan-6 FPGA内部结构(SliceX),Xilinx公司产品概述- Spartan-6 FPGA内部结构（时钟资源）,Spartan-6的FPGA时钟资源包含下面四种类型的连接： 全局时钟输入引脚(GCLK)； 全局时钟复用开关（BUFG,BUFGMUX） I/O时钟缓冲区（BUFIO2,BUFIO2_2CLK, BUFPLL） 水平的时钟布线缓冲区（BUFH）,Xilinx公司产品概述- Spartan-6 FPGA内部结构（时钟资源）,Spartan-6的FPGA包含两种类型的时钟网络：提供了16个高速，低抖动的全 局时钟资源来优化性能。这些 资源通过EDA软件工具自动 的使用。提供了40个超高速、低抖动的 I/O区域时钟资源。用于服务 本地的I/O串行/解串行电路。,图2.17 DCM的符号,Xilinx公司产品概述- Spartan-6 FPGA内部结构（专用BRAM）,最大4.8Mb 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- Spartan-6 FPGA内部结构（互连资源）,互联是FPGA内用于在功能元件，比如IOB，CLB，DSP和BRAM，的输入和输出信号通路的可编程网络。 互联也称为布线，被分段用于最优的连接。,Xilinx公司产品概述- Spartan-6 FPGA内部结构（存储器控制器）,Spartan-6 FPGA内集成了硬的存储器控制器，下表给出了该硬存储器控制器的特点。FPGA内集成的硬存储器控制器减少了设计的时间，并且支持DDR,DDR2,DDR3 & LP DDR。,Xilinx公司产品概述- Spartan-6 FPGA内部结构（专用DSP模块）,Spartan-6 FPGA内集成了专用的XtremeDSP DSP48A1 DSP模块。该DSP模块最高速度达到250MHz，快速的乘法器和48位的加法器。并且集成了输入和输出寄存器。,Xilinx公司产品概述- Spartan-6 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产品分类,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， Spartan系列是Virtex系列的简化版本。,Xilinx公司产品概述 -先前的FPGA产品-Spartan系列,Spartan-2，Spartan-2E，Spartan-3， Spartan-3A，Spartan-3E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。,Xilinx公司产品概述 -先前的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-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。,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 -新一代Virtex-6和Spartan-6FPGA产品,Virtex-6 FPGAs,Spartan-6 FPGAs,150K Logic Cell Device,760K Logic Cell Device,公共资源,*Optimized for target application in each family,高性能时钟,Basic Architecture 52,Xilinx公司产品概述 -新一代Virtex-6和Spartan-6FPGA产品,市场分额,Application Market Segments,Spartan-6 LX,最低成本逻辑 + DSP,最低的逻辑 +高速串行链路,Spartan-6 LXT,高逻辑密度 +串行连接,Virtex-6 LXT,DSP + 逻辑 +串行连接,Virtex-6 SXT,超高速串行连接+逻辑,Virtex-6 HXT,Xilinx公司产品概述 -最新一代FPGA产品（采用统一的内部结构）,通用的元件使得很容易的实现IP重用技术，使得可以在 所有的7系列的FPGA上实现快速的设计 从低成本到高性能的设计灵活性 扩展的生态系统支持 最快速的 产品投放市场时间（TTM）,精确的，低抖动的时钟MMCMs,逻辑结构LUT-6 CLB,DSP引擎DSP48E1 Slices,片上存储器36Kbit/18Kbit BRAM,扩展的连接PCIe 接口块,高性能并行 I/O连接SelectIO技术,Artix-7 FPGA,Kintex-7 FPGA,Virtex-7 FPGA,高性能串行 I/O连接接收发送器技术,Basic Architecture 54,Xilinx配置FPGA的存储器-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 Design Tools：集成开发工具 2） EDK：嵌入式开发套件 3）System Generator：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-ISE13.1软件平台,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。,Xilinx公司软件平台介绍