FPGA与硬件描述语言一绪论PPT课件

1、.,1,FPGA与硬件描述语言,2016.4,.,2,引言,为何将这门课从第一周调整到从第九周开始？ 本门课和数电的关系？ 开设这门课的重要性？ 这是一门注重实践的课程，目的是要掌握一门技能,.,3,引言,介绍本门课的教学大纲： 教学内容安排,.,4,引言,介绍本门课的教学大纲： 考核及成绩评定 采用百分制，总评成绩由平时成绩、实践教学成绩和期末成绩三部分组成 平时成绩占30% （其中出勤成绩占10%，作业成绩占20%） 实践设计成绩占50% 期末考核成绩占20%,.,5,引言,介绍本门课的教学大纲： 参考书 教材：王振红等，图说VHDL数字电路设计，化学工业出版社，2009年1月 参考书：褚

2、振勇等，FPGA设计及应用，西安电子科技大学出版社，2002年6月 答疑安排 周四56节，第三实验楼901 电子邮箱：,.,6,第一章 绪论,1.1 现代数字系统 1.1.1 数字系统的概念 1.1.2 数字系统的实现 1.1.3 数字系统的设计工具 1.2 EDA技术的发展 1.3 现代数字系统的实现方法,.,7,绪论数字系统的概念,FPGA Field Programmable Gate Array 现场可编程门阵列,.,8,.,9,绪论数字系统的概念,数字系统优点： 稳定性好。数字电路不像模拟电路那样容易受到噪声的干扰 可靠性高。数字电路中只需分辨出信号的有与无，故电路的组件参数，可以允

3、许有较大的变化（漂移）范围 能长期存储。数字信息可以利用某种媒介，如磁带、磁盘、光盘等进行长时期的存储,.,10,绪论数字系统的概念,数字系统优点： 便于计算机处理。数字信号的输出除了具有直观、准确的优点外，最主要的还是便于利用电子计算机来进行信息的处理 便于高度集成化,.,11,绪论数字系统的概念,数字电路是由具有各种逻辑功能的数字逻辑器件组成的 常用数字逻辑器件都包括哪些？,.,12,绪论数字系统的概念,门电路,.,13,绪论数字系统的概念,门电路,.,14,绪论数字系统的概念,门电路,.,15,绪论数字系统的概念,编码器 74LS148，8线-3线优先编码器 译码器 74LS138，3线

4、-8线译码器 加法器 74LS183，双全加器 选择器 乘法器 触发器 RS触发器、JK触发器、D触发器 计数器,.,16,绪论数字系统的概念,数字系统中都是由数字逻辑器件组成的吗？,.,17,绪论数字系统的概念,.,18,绪论数字系统的概念,数字系统的概念： 用数字电路实现处理和传输信息的系统都称为数字系统,.,19,绪论数字系统的实现,数字系统的发展史,.,20,绪论数字系统的实现,分立元件，由电阻、电容、晶体管等电子元件组成 SSI（Small-Scale Integration） 小规模集成电路，1-10个逻辑门 典型电路：逻辑门器件，触发器 MSI（Medium-Scale Inte

5、gration） 中规模集成电路，10-100个逻辑门 典型电路：编码器，译码器，计数器,.,21,绪论数字系统的实现,LSI（Large-Scale Integration） 大规模集成电路，100-10000个逻辑门 典型电路：微处理器，存储器， 可编程逻辑器件 VLSI（Very-Large-Scale Integration） 超大规模集成电路，10000个逻辑门以上,.,22,绪论数字系统的实现,传统的数字系统像其他电子系统一样，通常采用搭积木式的方法实现，先由器件搭成电路板，再用电路板搭成电子系统 早期数字系统设计特点：“积木块，搭积木”,.,23,绪论数字系统的实现,半加器的真值

6、表,半加器的逻辑表达式,半加器的逻辑图和符号,.,24,绪论数字系统的实现,全加器的逻辑表达式,全加器的逻辑图和符号,.,25,绪论数字系统的实现,4位串行进位加法器,.,26,绪论数字系统的实现,早期的数字系统体积大、重量大、功耗大、生产周期长、成本高、可靠性差 可靠性差的主要原因： 出现故障的机会大大增加 平均失效时间将大大下降,.,27,绪论数字系统的实现,微控制器是在单一芯片上实现的CPU，它是一种通用型器件，只需配以一定的程序（通常固化于外部的ROM中）和一些外围电路，即可任意实现复杂的组合逻辑功能,.,28,绪论数字系统的实现,基于通用微控制器进行数字系统设计的方法具有灵活高效、成

7、本低、系统开发风险小以及可移植性好等诸多优点 微控制器的出现从根本上改变了传统的数字系统设计方法，是对传统数字系统的一次革命,.,29,绪论数字系统的实现,基于微控制器的设计方法的缺点也逐步显现： 系统速度低 易受到干扰，使系统瘫痪 尚无可靠地方法对程序进行加密,.,30,绪论数字系统的实现,ASIC（专用集成电路） Application Specific Integrated Circuits 一个复杂的数字系统只要一片或数片ASIC即可实现,.,31,绪论数字系统的实现,.,32,绪论数字系统的实现,PLD（可编程逻辑器件） Programmable Logic Device PLD的优

8、点在于产品研制时间段，设计费用低，风险接近于零 使本来是微电子工程师才能完成的ASIC设计，完全转移给了电路设计工程师，大大缩短了数字系统设计的时间,.,33,绪论数字系统的实现,.,34,绪论数字系统的实现,为了高效地实现数字系统，人们越来越多地采用软硬件协同的设计方法进行系统设计 集成电路制造工艺的迅速发展使微控制器嵌入ASIC或PLD成为现实，因此，一颗芯片即可完成整个系统功能，这就是近几年得到迅速发展的片上系统（SoC，System on Chip）设计技术,.,35,绪论数字系统的设计工具,传统数字系统设计的流程,.,36,绪论数字系统的设计工具,现代数字系统的设计工作不仅需要完成功

9、能设计，而且还需要对时序、功能等性能指标进行优化，仅仅依靠手工是无法完成设计工作的，所有的设计工作都需要在计算机上通过专用的EDA工具完成,.,37,绪论数字系统的设计工具,EDA（电子设计自动化） Electronic Design Automation,.,38,绪论数字系统的设计工具,设计输入工具：用于输入设计源文件，主要包括代码输入和原理图输入工具 综合和布局布线工具：是设计实现工具，用于完成设计的物理实现 仿真工具：用于验证设计是否正确，是进行设计验证的最重要手段,.,39,绪论数字系统的设计工具,EDA工具只能完成设计工作，而实现则需要可编程逻辑器件的支持，可编程逻辑器件和EDA工具的结合给现代硬件系统设计者提供了强有力的工具,.,40,绪论数字系统的设计工具,Altera Xilinx Lattice,.,41,绪论EDA技术的发展,.,42,绪论EDA技术的发展