《FPGA设计系统》PPT课件

1、第9章 FPGA设计系统,9.1 FPGA设计系统概述 9.1.1 可编程逻辑器件的发展历程 可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，PLD）是一类半定制的通用性器件，用户可以通过对PLD器件进行编程来实现所需的逻辑功能。与专用集成电路ASIC相比，PLD具有灵活性高、设计周期短、成本低、风险小等优势，因而得到了广泛应用，各项相关技术也迅速发展起来。PLD目前已经成为数字系统设计的重要硬件基础。 PLD从20世纪70年代发展到现在，已经形成了许多类型的产品，其结构、工艺、集成度、速度等方面都在不断完善和提高。随着数字系统规模和复杂度的增长，许多简单PLD产品已经逐渐

2、退出市场。目前使用最广泛的可编程逻辑器件有两类：现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）和复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device，CPLD）。,9.1.2 FPGA结构特点,FPGA的编程单元是基于静态存储器（SRAM）结构，从理论上讲，具有无限次重复编程的能力。 它主要由以下3个基本部分组成。 （1）可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block） 可配置逻辑模块CLB以方阵的形式布置在器件的中央，FPGA可以提供nn个CLB。随着可编程逻辑器件的发展，其阵列规模也在增加。

3、CLB本身包含多种逻辑功能部件，使它既能实现组合逻辑电路和时序逻辑电路，又可以实现包括静态RAM的各种运算电路。 （2）输入/输出模块I/OB（Input/Output Block） 输入/输出模块I/OB分布在芯片的四周，它是提供外部封装引脚和内部信息的接口电路，该接口电路通过设计编程可以分别组态为输入引脚、输出引脚和双向引脚，并且具有控制速率、降低功耗等功能。 （3）可编程连线PI（Programmable Interconnect）和由它组成的编程开关矩阵PSM（Programmable Switch Matrix） 可编程连线PI分布在CLB周围和CLB及I/OB之间，它们的主要作用是

4、完成CLB之间的逻辑连接，以及将信息传递到I/OB。,9.1.3 FPGA电路设计流程,FPGA电路设计大都采用自上而下的设计流程，大体上分为设计输入、设计综合、功能仿真（前仿真）、设计实现、时序仿真（后仿真）、配置下载等6个步骤。 1.设计输入 设计输入包括使用硬件描述语言HDL、状态图和原理图输入三种方式。 2.设计综合 综合就是针对给定的电路实现功能和实现此电路的约束条件，如速度、功耗、成本及电路类型等，通过计算机进行优化处理，获得一个能满足上述要求的电路设计方案。 3.功能仿真（前仿真） 前仿真是指仅对逻辑功能进行测试模拟，以了解其实现的功能能否满足原设计的要求，仿真过程没有加入时序信

5、息，不涉及具体器件的硬件特性，如延时特性。 4.设计实现 实现可理解为利用实现工具把逻辑映射到目标器件结构的资源中，决定逻辑的最佳布局，选择逻辑与输入输出功能连接的布线通道进行连线，并产生相应文件（如配置文件与相关报告）。 5.时序仿真（后仿真） 在布局布线后，提取有关的器件延迟、连线延时等时序参数，并在此基础上进行的仿真称为后仿真，它是接近真实器件运行的仿真。 6.配置下载,9.2 FPGA设计环境,在Altium Designer 6.0中集成了FPGA设计系统，用户可以方便的进行FPGA项目设计。在设计之前，首先要创建一个FPGA项目。 （1）执行菜单命令FileNewProjectFPGA Project，或者在Files面板的New栏中，单击Block Project（FPGA）项，在Projects面板上创建一个新的FPGA项目，默认名为FPGA _Project1.PrjFpg。 （2）执行菜单命令FileSave Project，保存并更名该项目。 （3）若用户是采用原