FPGA器件的开发平台与MATLAB接口仿真

1、FPGA 器件的开发平台与 MATLAB 接口仿真/、引言现场可编程逻辑门阵列 FPGA 器件的出现是超大规模集成电路技术 和计算机辅助设计技术进展的结果。 FPGA 器件集成度高、体积小， 具有通过用户编程实现专门应用功能。它同意电路设计者利用基于 计算机的开发平台，通过设计输入、仿真、测试和校验，直到达到 预期的结果。目前使用最多的 Quartus II 软件支持几乎所有的 EDA 工具，同时能够通过命令行或 Tcl 脚本与第三方 EDA 工具之间进行 无缝连接。但在专门多工程设计应用中，由 FPGA 器件完成的主程 序中只完成大量的数学运算，程序调试时以二进制输出的信号可视 性差，给设计

2、人员进行仿真、调试带来了专门多不便。关于专门多 工程设计人员来讲 MATLAB 是一种熟悉的具有强大的运算功能和波 形仿真、分析功能的软件，假如能将 FPGA 与 MATLAB 接口，就能 够快速、准确、直观地对 FPGA 程序进行校验和仿真，尤其在波形 信号处理等工程应用领域具有实际意义。Quartus II 开发软件Altera 公司的 QuartusII 软件提供了可编程片上系统（ SOPC ）设计 的一个综合开发环境。 Quartus II 开发工具人机界面友好、 易于使用、 性能优良，并自带编译、仿真功能。 QuartusII 软件支持 VHDL 和 Verilog 硬件描述语言的设

3、计输入、基于图形的设计输入方式以及集 成系统级设计工具。 QuartusII 软件能够将设计、综合、布局和布线 以及系统的验证全部都整合到一个无缝的环境之中，其中也包括和 第三方EDA工具的接口。Quartusll设计软件依照设计者需要提供了 一个完整的多平台开发环境，它包含整个 FPGA 和 CPLD 设计时期 的解决方案。图 1 讲明了 Quartusll 软件的开发流程在实际应用设计中，对程序原理性及可执行性的验证要紧集中在程 序修改时期，尤其在处理的数据复杂、繁多时， Quartus II 自带的波 形输入仿真就专门难实现程序的验证，而且输出的数据不能方便的 以波形图示直观的呈现，给程

4、序设计者在校验程序时期带来了专门 多的不便。再有，在专门多数字电路设计中， 考虑成本的问题， FPGA 实现的往往是设计的核心部分， 而专门多的外围电路如 A/D 转换器、 D/A 转换器等仍然使用传统的接口芯片来实现。 而 QuartusII 设计只 是针对数字信号，并不支持模拟量的输入。而仅仅为了便于程序的 验证而用 FPGA 实现这些外围电路，不但会大大延长程序的开发周 期，更会增大开发的成本。而 MATLAB 具有强大的运算功能，能够 容易的实现 A/D 、D/A 转换等外围电路功能， 并能以波形形式将结果 直观地呈现，极大地点便了程序设计人员设计应用系统。QuartusII 与 Matlab 的接口实现 接口原理VHDL 程序从全然上讲确实是将一些现有的数据进行处理， 并输出预 期的数据。 QuartusII 软件的波形文件（ .vwf 文件）能够依照设计人 员的要求灵活输入。但在大多数情况下需要仿确实波形数据数量庞 大，如此的输入方式就明显不能满足仿确实要求了。而上述提到的 一些外围电路的作用也是将需要处理的数据输入到程序中，并将处 理过的数据输出到指定的装置。依照这一原理，用一个输入、输出 寄存器就能够方便的实现与 MATLAB之间的接口了。Quartusll工具 中提