第2章可编程器件的设计与开发ppt课件

1、第第 2 章章 可编程器件的设计与开发可编程器件的设计与开发 CPLD/FPGA CPLD/FPGA器件的设计普通可以分为四个步骤：器件的设计普通可以分为四个步骤：设计输入设计输入设计实现设计实现设计校验设计校验下载编程下载编程一、可编程逻辑器件的设计过程一、可编程逻辑器件的设计过程一、可编程逻辑器件的设计过程一、可编程逻辑器件的设计过程可编程逻辑器件的设计流程可编程逻辑器件的设计流程 设计输入电路原理图硬件描述语言 设计实现优化合并、映射布局、布线功能仿真时序仿真下载编程器件测试一、可编程逻辑器件的设计过程一、可编程逻辑器件的设计过程1 1设计输入设计输入 设计输入就是将设计者所设计的电路以

2、开发软设计输入就是将设计者所设计的电路以开发软件要求的某种方式表达出来，并输入到相应的软件件要求的某种方式表达出来，并输入到相应的软件中。中。 设计输入方式主要包括：设计输入方式主要包括：原理图输入方式原理图输入方式硬件描画言语输入方式硬件描画言语输入方式高级设计输入方式高级设计输入方式波形设计输入方式波形设计输入方式层次设计输入方式层次设计输入方式底层设计输入方式底层设计输入方式 其中最常用的是原理图输入方式和硬件描画言其中最常用的是原理图输入方式和硬件描画言语输入方式两种。语输入方式两种。一、可编程逻辑器件的设计过程一、可编程逻辑器件的设计过程2 2设计实现设计实现 设计实现主要由设计实现

3、主要由EDAEDA开发工具根据设计输入文件开发工具根据设计输入文件自动生成用于器件编程、波形仿真及延时分析等所自动生成用于器件编程、波形仿真及延时分析等所需的数据文件。需的数据文件。 EDAEDA开发工具进展设计实现时主要完成以下四个开发工具进展设计实现时主要完成以下四个相关义务：相关义务：优化和合并优化和合并映射映射规划和布线规划和布线生成编程文件生成编程文件一、可编程逻辑器件的设计过程一、可编程逻辑器件的设计过程1 1优化和合并优化和合并 优化是指逻辑化简，把逻辑描画转变为最适宜优化是指逻辑化简，把逻辑描画转变为最适宜在器件中实现的方式；在器件中实现的方式； 合并是将模块化设计产生的多个文

4、件合并为一合并是将模块化设计产生的多个文件合并为一个网表文件，并使层次设计平面化。个网表文件，并使层次设计平面化。2 2映射映射 映射是把设计分为多个适宜器件内部逻辑资源映射是把设计分为多个适宜器件内部逻辑资源实现的逻辑小块的方式。实现的逻辑小块的方式。一、可编程逻辑器件的设计过程一、可编程逻辑器件的设计过程3 3规划和布线规划和布线 规划是将已分割的逻辑小块放到器件内部逻辑资规划是将已分割的逻辑小块放到器件内部逻辑资源的详细位置，并使它们易于连线，且连线最少；源的详细位置，并使它们易于连线，且连线最少； 布线是利用器件的布线资源完成各功能块之间和布线是利用器件的布线资源完成各功能块之间和反响

5、信号的衔接。反响信号的衔接。4 4生成编程文件生成编程文件 设计实现的最后一步是产生可供器件编程运用的设计实现的最后一步是产生可供器件编程运用的数据文件。对数据文件。对CPLDCPLD器件而言，产生熔丝图文件即器件而言，产生熔丝图文件即JEDECJEDEC文件；对文件；对FPGAFPGA器件，那么产生位流数据文件器件，那么产生位流数据文件BitstreamBitstream。一、可编程逻辑器件的设计过程一、可编程逻辑器件的设计过程3 3设计校验设计校验 设计校验包括仿真和定时分析两部分，这一步设计校验包括仿真和定时分析两部分，这一步经过仿真器和时延分析器来完成，利用编译器产生经过仿真器和时延分

6、析器来完成，利用编译器产生的数据文件自动完成逻辑功能仿真和延时特性仿真的数据文件自动完成逻辑功能仿真和延时特性仿真。在仿真文件中加载不同的鼓励，可以察看中间结。在仿真文件中加载不同的鼓励，可以察看中间结果以及输出波形。必要时，可以前往设计输入阶段果以及输出波形。必要时，可以前往设计输入阶段，修正设计输入，最终到达设计要求。，修正设计输入，最终到达设计要求。 这一部分的最大功能是便于用户查看本人的设这一部分的最大功能是便于用户查看本人的设计思想能否得到实现。我们可以在设计的过程中对计思想能否得到实现。我们可以在设计的过程中对整个系统乃至各个模块进展仿真，即在计算机上用整个系统乃至各个模块进展仿真

7、，即在计算机上用软件验证衔接功能能否正确，各部分的时序配合能软件验证衔接功能能否正确，各部分的时序配合能否准确。否准确。 可以以为仿真是可以以为仿真是EDAEDA的精华。的精华。一、可编程逻辑器件的设计过程一、可编程逻辑器件的设计过程4 4下载编程下载编程 下载编程是将设计阶段生成的下载编程是将设计阶段生成的JEDECJEDEC文件或位流文件或位流文件装入到可编程器件中。文件装入到可编程器件中。 器件编程需求满足一定的条件，如编程电压、器件编程需求满足一定的条件，如编程电压、编程时序和编程算法等。编程时序和编程算法等。 (1) (1) 不能进展在系统编程不能进展在系统编程(ISP)(ISP)的

8、的CPLDCPLD器件和不器件和不能在线可重配置能在线可重配置(ICR)(ICR)的的FPGAFPGA器件，需求编程公用设器件，需求编程公用设备备( (编程器编程器) )完成器件编程。完成器件编程。一、可编程逻辑器件的设计过程一、可编程逻辑器件的设计过程(2) (2) 运用查找表运用查找表(LUT)(LUT)技术和基于技术和基于SRAMSRAM的的FPGAFPGA器件器件( (如如AlteraAltera的的FLEXFLEX、ACEXACEX、APEXAPEX，XilinxXilinx的的SpartnSpartn、Vertex)Vertex) 下载的编程数据将存入下载的编程数据将存入SRAMS

9、RAM，而，而SRAMSRAM掉电后所掉电后所存数据将丧失，为此需将编程数据固化入存数据将丧失，为此需将编程数据固化入EEPROMEEPROM内内。器件上电时，由器件本身或微处置器控制。器件上电时，由器件本身或微处置器控制EEPROMEEPROM将数据将数据“配置入配置入FPGAFPGA器件。器件。 FPGA FPGA调试期间，由于编程数据改动频繁，没有调试期间，由于编程数据改动频繁，没有必要每次改动都将编程数据下载到必要每次改动都将编程数据下载到EEPROMEEPROM，此时可，此时可用下载电缆将编程数据直接下载到用下载电缆将编程数据直接下载到FPGAFPGA内查看运转内查看运转结果，这种过

10、程称为在线重配置结果，这种过程称为在线重配置ICRICR。 留意：留意：EEPROMEEPROM本身是普通的本身是普通的PLDPLD器件，编程数器件，编程数据下载到据下载到EEPROMEEPROM时需求用到编程器。时需求用到编程器。一、可编程逻辑器件的设计过程一、可编程逻辑器件的设计过程(3) (3) 运用乘积项逻辑、基于运用乘积项逻辑、基于EEPROMEEPROM或或FlashFlash工艺的工艺的CPLDCPLD器件器件( (如如AlteraAltera的的MAXMAX系列、系列、XilinxXilinx的的XC9500XC9500系系列以及列以及LatticeLattice的多数产品的多

11、数产品) ) 进展下载编程时，运用器件厂商提供的公用下进展下载编程时，运用器件厂商提供的公用下载电缆，该电缆一端与载电缆，该电缆一端与PCPC机的打印机并行口相连，机的打印机并行口相连，另一端接到另一端接到CPLDCPLD器件所在器件所在PCB(PCB(印刷电路板印刷电路板) )上的上的1010芯芯插头插头(PLD(PLD只需只需4 4个引脚与该插头相连个引脚与该插头相连) )。编程数据经。编程数据经过该电缆下载到过该电缆下载到CPLDCPLD器件当中，这个过程称为器件当中，这个过程称为ISPISP在在系统编程。系统编程。二、二、 MAX+plus软件引见软件引见 Altera Altera公

12、司的公司的MAX+plus MAX+plus 可编程逻辑开发软件，可编程逻辑开发软件，提供了一种与构造无关的选集成化设计环境，使设计提供了一种与构造无关的选集成化设计环境，使设计者能方便地对者能方便地对AlteraAltera公司的公司的PLDPLD系列产品进展设计输入系列产品进展设计输入、快速处置和器件编程。、快速处置和器件编程。 MAX+plus MAX+plus 开发系统的处置才干强且灵敏性高，开发系统的处置才干强且灵敏性高，它的优点主要表如今以下几个方面：它的优点主要表如今以下几个方面：1 1开放的接口。开放的接口。MAX+plus MAX+plus 提供了可以与其他工提供了可以与其他

13、工业规范的业规范的EDAEDA工具软件协同运用的接口。这一接口符合工具软件协同运用的接口。这一接口符合VerilogHDLVerilogHDL、VHDL1987VHDL1987和和VHDL1993VHDL1993以及其他规范。以及其他规范。二、二、 MAX+plus软件引见软件引见 2 2与构造无关。与构造无关。MAX+plus MAX+plus 系统的中心系统的中心Compiler(Compiler(编译程序编译程序) )支持支持AlteraAltera公司的公司的MAX3000MAX3000、MAX7000MAX7000、MAX9000MAX9000、FLEX6000FLEX6000、FL

14、EX8000FLEX8000、FLEX10KFLEX10K、FLEX10KAFLEX10KA、FLEX10KBFLEX10KB、FLEX10KEFLEX10KE等等PLDPLD系列产品，提供与构造无系列产品，提供与构造无关的关的PLDPLD设计开发环境，具有强大的逻辑综合与优化功设计开发环境，具有强大的逻辑综合与优化功能，运用户破费最少的时间完成高效的设计。能，运用户破费最少的时间完成高效的设计。(3) (3) 多平台。多平台。MAX+plus MAX+plus 可在基于可在基于PCPC机的机的MS WindowsMS Windows或或Windows NTWindows NT环境下以及多种任

15、务站的环境下以及多种任务站的X WindowsX Windows环境环境下运转。下运转。 二、二、 MAX+plus软件引见软件引见 (4) (4) 硬件描画言语硬件描画言语(HDL)(HDL)。MAX+plus MAX+plus 支持各种支持各种HDLHDL输输入选项，包括入选项，包括VHDLVHDL、VerilogHDLVerilogHDL和和AlteraAltera公司的硬件公司的硬件描画言语描画言语AHDLAHDL。 (5) (5) 选集成化。选集成化。MAX+plus MAX+plus 的设计输入、处置和校验的设计输入、处置和校验功能全部集成在一致的开发环境下，可以加快动态调功能全部

16、集成在一致的开发环境下，可以加快动态调试，缩短开发周期。试，缩短开发周期。(6) (6) 丰富的设计库。丰富的设计库。MAX+plus MAX+plus 提供丰富的库单元供提供丰富的库单元供设计者调用，其中包括设计者调用，其中包括7474系列的全部器件和多种特殊系列的全部器件和多种特殊的逻辑宏单元的逻辑宏单元(Macro-Function)(Macro-Function)，以及新型的参数化，以及新型的参数化的巨单元的巨单元(Maga-Function)(Maga-Function)。 二、二、 MAX+plus软件引见软件引见 工程称号工程途径工具条MAX+PLUS II 管理器窗口管理器窗口

17、工程层次图工程层次图图形编辑器图形编辑器符号编辑器符号编辑器文本编辑器文本编辑器波形编辑器波形编辑器引脚编辑器引脚编辑器编译编译仿真仿真延时分析延时分析器件编程器件编程( (下载下载) )音讯窗口音讯窗口三、三、 MAX+plus软件运用软件运用 在在MAX+plus MAX+plus 下进展电路设计时应包括以下几个步骤：下进展电路设计时应包括以下几个步骤：文件编辑：包括图形方式和文本方式两种，编辑完成后文件编辑：包括图形方式和文本方式两种，编辑完成后将其设置为当前工程。将其设置为当前工程。工程编译：包括功能编译和实践编译两种。工程编译：包括功能编译和实践编译两种。功能仿真：将功能编译后的结果

18、进展仿真。功能仿真：将功能编译后的结果进展仿真。后仿真过程：将实践编译结果仿真。后仿真过程：将实践编译结果仿真。引脚锁定：将各信号按要求分配到相应引脚后再进展一引脚锁定：将各信号按要求分配到相应引脚后再进展一次实践编译。次实践编译。物理实现：将结果下载到所选择的器件中去。物理实现：将结果下载到所选择的器件中去。 三、三、 MAX+plus软件运用软件运用 1 1、文件编辑：建立图形输入文件、文件编辑：建立图形输入文件1. 在 File 菜单中选择 New2. 2. 选择选择 Graphic Graphic Editor File Editor File 然后然后按下按下OKOK按钮按钮 三、三

19、、 MAX+plus软件运用软件运用 1 1、文件编辑：建立图形输入文件、文件编辑：建立图形输入文件任务区域最大化按钮文本工具对角线工具圆形工具减少按钮放大按钮封锁橡皮筋衔接功能选择工具正交线工具与窗口适配弧形工具翻开橡皮筋衔接功能衔接点接/断图图形形编编辑辑器器窗窗口口三、三、 MAX+plus软件运用软件运用 1 1、文件编辑：建立图形输入文件例、文件编辑：建立图形输入文件例: 4-bit : 4-bit 计数器计数器输入符号总线节点称号74163 符号输出符号衔接点输入管脚名输出管脚名总线称号l 选择选择 File File 菜单中的菜单中的 Save As Save As 项，将出现项

20、，将出现Save AsSave As对对话框，如以下图所示话框，如以下图所示 ：l 在在 File Name File Name 对话框内输入设计文件名，然后选择对话框内输入设计文件名，然后选择 OK OK 即可保管文件。即可保管文件。指定详细的设计文件名显示当前文件类型的缺省(Default)扩展名。您可从下拉列表中选择不同的扩展名。三、三、 MAX+plus软件运用软件运用 1 1、文件编辑：保管文件、文件编辑：保管文件l 选择选择 File File 菜单中的菜单中的 Save As Save As 项，将出现项，将出现Save AsSave As对对话框，如以下图所示话框，如以下图所示

21、 ：l 在在 File Name File Name 对话框内输入设计文件名，然后选择对话框内输入设计文件名，然后选择 OK OK 即可保管文件。即可保管文件。指定详细的设计文件名显示当前文件类型的缺省(Default)扩展名。您可从下拉列表中选择不同的扩展名。三、三、 MAX+plus软件运用软件运用 1 1、文件编辑：保管文件、文件编辑：保管文件三、三、 MAX+plus软件运用软件运用 2、工程编译：指定工程称号、工程编译：指定工程称号u在当前文件翻开的情况下，选择在当前文件翻开的情况下，选择FileFile菜单中菜单中ProjectProject中的中的“Set Project to Current FileSet Project to Current File，建立与当前，建立与当前文件同名的工程。文件同名的工程。u假设当前没有文件翻开，那么可选择假设当前没有文件翻开，那么可选择FileFile菜单中菜单中ProjectProject中的中的“NameName，在弹出的对话框中阅读选择文，在弹出的对话框中阅读选择文件，建立与其同名的工程。件，建立与其同名的工程。三、三、 MAX+plus软件运用软件运用 2、工程编译：指定工程称号、工程编译：指定工程称