《FPGA片上系统设计》课程教学大纲

1、FPGA片上系统设计课程教学大纲课程编号：081346272课程名称：FPGA片上系统设计英文名称：Design of FPGA System on Chip课程类型：专业课课程要求：选修学时/学分：32/2 （讲课学时：16 实验学时：16 上机学时：0）适用专业：计算机科学与技术一、课程性质与任务“FPGA片上系统设计”是计算机科学技术以及相关专业的选修课。FPGA片上系统技术采用硬件编程语言完成系统的电路设计，是嵌入式系统中硬件开发的基础。通过本课程的教学，使学生通过学习FPGA最小系统外围电路的设计、Verilog HDL基本语法以及Quartus II 基本设计流程，具备嵌入式片上系

2、统相关工程知识。通过对IP核的研究设计常用的IP核，使学生具备分析问题核初步设计FPGA解决方案的能力。二、课程与其他课程的联系先修课程：C语言程序设计、电工电子技术基础、计算机组成与结构、嵌入式系统后续课程：嵌入式系统开发与设计、嵌入式应用开发项目实践先修课程提供了基础的硬件理论和编程基础。后继课程的项目实践在硬件设计过程中用到了本课程的FPGA设计技术。三、课程教学目标1了解FPGA发展的过程；能够详细解释FPGA常用概念并熟知FPGA所应用的领域。（支撑毕业能力要求1）2熟知FPGA外围接口设计方法，能够熟练使用FGPA设计技巧；具备使用FPGA工具，采用Verilog HDL语言设计F

3、PGA系统的能力。（支撑毕业能力要求2、3）3能够基于Quartus II 设计FPGA系统实验、并通过分析综合得到结论。（支撑毕业能力要求4）四、教学内容、基本要求与学时分配序号教学内容教学要求学时教学方式对应课程教学目标1一、FPGA系统设计基础1FPGA技术的技术现状和发展方向2FPGA技术的常用概念3FPGA典型应用领域4FPGA芯片选修参考1能够叙述FPGA发展方向以及应用领域2能够阐述FPGA技术常用概念3能够针对不同应用选择适当FPGA芯片型号2讲授12二、FPGA最小系统设计-核心电路1FPGA最小系统概念2FPGA芯片的管脚兼容性设计3FPGA最小系统的存储接口设计4FPGA

4、最小系统调试流程1能够熟知FPGA最小系统的概念2能够阐明FPGA芯片管脚兼容性设计方法3能够阐明FPGA存储接口设计方法4具备调试FPGA最小系统的能力2讲授2、43实验1Flash 存储器接口设计通过实验掌握FPGA芯片Flash存储器接口设计方法2实验2、3、44实验2SDRAM存储器接口设计通过实验掌握FPGA芯片SDRAM存储器接口设计方法2实验2、3、45三、FPGA最小系统设计-外围电路1基础类外围接口2显示类外围接口3通信类外围接口4电源、时钟和复位电路1能够完成基础类的外围接口设计2能够完成显示类接口设计3能够完成通信类外围接口的设计2能够设计并实现电源、时钟、通信类接口设计

5、。2讲授2、46实验3拨码开关接口设计能够设计拨码开关接口2实验2、3、47实验4USB20接口设计能够设计USB20接口设计4实验2、3、48四、Verilog HDL基本语法1常用运算符2赋值语句3系统任务和函数4条件语句1能够熟练使用Verilog HDL语言中的常用运算符、赋值语句、条件语句进行编程2能够熟练使用系统任务和函数进行编程2讲授2、4实验5跑马灯实现通过实验使用Verilog HDL实现跑马灯应用2实验2、49五、Quartus II 基本设计流程1Quartus II基本使用2设计输入3仿真4编程下载能够在Quartus II的环境下进行设计输入、仿真并编程下载2讲授2、

6、410六、NIOS II设计流程1NIOS II软件开发流程2NIOS II软件运行与调试3NIOS II集成开发环境与设计实例1熟悉NIOS II软件的开发流程2掌握NIOS II的使用方法与调试方法3通过实例巩固NIOS II集成开发环境的使用方法2讲授2、411七、FPGA设计实用技巧-乒乓操作1乒乓操作2流水线操作1能够采用乒乓操作技巧进行设计2能够采用流水线操作方法进行设计2讲授2、412实验6显示设计中乒乓操作与流水线操作实际应用通过实验学会应用乒乓操作与流水线操作方法4实验2、3、413八、FPGA设计常用IP核-锁相环1片上存储器2锁相环3高速串行IO1能够完成常用FPGA I

7、P核的片上存储器设计2能够设计并实现FPGA IP核的锁相环3能够实现FPGA IP核的高速串行IO模块2讲授2、4五、其他教学环节（课外教学环节、要求、目标）1作业：（课外8学时）（1）第2章作业（课外2学时）（2）第3章作业（课外2学时）（3）第4、5、6章作业（课外4学时）2上机：（课外8学时）（1）FPGA最小系统设计（课外4学时），要求掌握FPGA最小系统设计思路（2）Verilog HDL基本语法（课外4学时），要求掌握Verilog HDL基本语法的使用六、教学方法（1）在教学方法方面，灵活运用多种先进教学方法，通过现场教学、结合实际产品实物进行教学，采用传统教学手段和现代教育技

8、术相结合。（2）强调理论教学和实践教学并重，重视在实践教学中培养学生的实践技能和创新能力。（3）有效地调动学生的学习积极性，促进学生的积极思考，激发学生的潜能，注重对学生知识运用能力的考查。（4）自学能力和表达能力的培养：有些章节内容的教学可由教师列出知识点，通过学生自学和教师提问等方法进行培养。（5）实践能力和创新能力的培养：理论知识的学习可以开拓学生的眼界，通过实践可以把抽象的理论知识理解、掌握得更透彻；通过参加一个FPGA实际项目设计，运用所学的设计理论来指导实践，这样可以进一步巩固所学的理论知识，并且在设计中充分发挥学生的主观能动性，培养学生的创新能力。七、考核及成绩评定方式最终成绩由平时出勤情况、平时作业成绩、平时实验成绩、期末成绩等组合而成。各部分所占比例如下：平时作业成绩：10%。主要考核对主要章节知识点的复习、理解和掌握程度。平时实验成绩：20%。主要考核学生实验情况。期末考试成绩：70%。主要考FPGA偏上系统设计基本内容。书面考试形式。题型为、选择题、填空题、简答题、设计题等。八、教材及参考书目1教材：1 F余乐，谭元禄PGA芯片