FPGA IP核应用实例
利用FPGA和ADS8364实现数据采集控制器IP核设计
利用FPGA和ADS8364实现数据采集控制器IP核设计随着可编程逻辑器件的不断进步和发展，FPGA在嵌入式系统中发挥着越来越重要的作用。
本文介绍的在电能质量监测系统中信号采集模块控制器的IP核，是采用硬件描述语言来实现的。
首先它是以ADS8364芯片为控制对象，结合实际电路，将6通道同步采样的16位数据存储到FIFO控制器。
当FIFO控制器存储一个周期的数据后，产生一个中断信号，由PowerPC对其进行高速读取。
这样能够减轻CPU的负担，不需要频繁地对6通道的采样数据进行读取，节省了CPU运算资源。
1 ADS8364芯片的原理与具体应用A／D转换芯片ADS8364是TI公司推出的专为高速同步数据采集系统设计的高速度、低功耗、6通道(三相电压、三相电流)同步采样的16位A／D转换芯片。
采用模拟和数字分别供电，在模拟输入端，有模拟参考电压输入、输出引脚和信号六通道正反相输入引脚；在数字端，主要包括控制ADS8364的读／写、复位、片选引脚和转换结果输出总线。
ADS8364芯片的转换过程为：当ADS8364的HOLDX保持至少20 ns的低电平时，转换开始。
当转换结果被存入输出寄存器后，引脚EOC的输出将保持半个时钟周期的低电平，以提示数据分析处理器进行转换结果的接收，处理器通过置RD和CS为低电平可使数据通过并行输出总线读出。
在转换数据的接收过程中，ADS8364芯片各引脚工作的时序达到协调一致，才能保证监测设备良好工作，具体时序安排如图1所示。
ADS8364芯片的数据输出方式分别由BYTE、ADD与地址线A2、A1、A0组合控制，转换结果的读取方式由电能质量监测系统中采用的数据分析处理器决定，一般可取直接读取、循环读取和FIFO方式的任何一种。
根据BYTE为0或者为1可确定每次读取时得到的数据位数，根据ADD为0或者为1可确定第一次读取的是通道地址信息还是通道A／D转换结果。
在实际应用中，我们结合了ADS8364模数转换器中的6个16位ADC可以成对同步工作的能力，3 个保持信号(HOLDA、HOLDB、HOLDC)可以同时被选通，其转换结果将保存在6个寄存器中。
FPGA开发全攻略——IP核
FPGA开发全攻略——IP核5.7 FPGA设计的IP和算法应用基于IP的设计已成为目前FPGA设计的主流方法之一，本章首先给出IP的定义，然后以FFT IP核为例，介绍赛灵思IP核的应用。
5.7.1 IP核综述IP(Intelligent Property) 核是具有知识产权核的集成电路芯核总称，是经过反复验证过的、具有特定功能的宏模块，与芯片制造工艺无关，可以移植到不同的半导体工艺中。
到了SOC 阶段，IP核设计已成为ASIC电路设计公司和FPGA提供商的重要任务，也是其实力体现。
对于FPGA 开发软件，其提供的IP核越丰富，用户的设计就越方便，其市场占用率就越高。
目前，IP核已经变成系统设计的基本单元，并作为独立设计成果被交换、转让和销售。
从IP核的提供方式上，通常将其分为软核、硬核和固核这3类。
从完成IP核所花费的成本来讲，硬核代价最大；从使用灵活性来讲，软核的可复用使用性最高。
( 这部分内容前面已经阐述，这里再重申一下)软核(Soft IP Core)软核在EDA设计领域指的是综合之前的寄存器传输级(RTL) 模型；具体在FPGA设计中指的是对电路的硬件语言描述，包括逻辑描述、网表和帮助文档等。
软核只经过功能仿真，需要经过综合以及布局布线才能使用。
其优点是灵活性高、可移植性强，允许用户自配置；缺点是对模块的预测性较低，在后续设计中存在发生错误的可能性，有一定的设计风险。
软核是IP 核应用最广泛的形式。
固核(Firm IP Core)固核在EDA设计领域指的是带有平面规划信息的网表；具体在FPGA设计中可以看做带有布局规划的软核，通常以RTL 代码和对应具体工艺网表的混合形式提供。
将RTL描述结合具体标准单元库进行综合优化设计，形成门级网表，再通过布局布线工具即可使用。
和软核相比，固核的设计灵活性稍差，但在可靠性上有较大提高。
目前，固核也是IP核的主流形式之一。
硬核(Hard IP Core)硬核在EDA 设计领域指经过验证的设计版图；具体在FPGA 设计中指布局和工艺固定、经过前端和后端验证的设计，设计人员不能对其修改。
fpga中乘法运算符和乘法ip核
fpga中乘法运算符和乘法ip核在FPGA中，乘法运算可以使用硬件描述语言（HDL）直接实现，也可以使用乘法器IP核（Intellectual Property，知识产权）进行计算。
以下是这两种方法的详细介绍：1. 直接使用乘法运算符在FPGA中，可以直接使用乘法运算符（*）进行乘法计算。
以Verilog 为例，以下是一个简单的8位乘法器的代码：```verilogmodule multiplier(input [7:0] A, input [7:0] B, output [15:0] P);reg [15:0] product;always @(*) beginproduct = A * B;P = product;endendmodule```2. 乘法IP核FPGA中常用的乘法IP核有DSP48E1、UPPER_BOUND等。
以DSP48E1为例，介绍如何使用乘法IP核实现乘法运算：首先，根据Xilinx官网提供的DSP48E1乘法器IP核例程，下载并配置相应的IP核。
然后，在HDL代码中调用乘法器IP核。
以下是一个简单的调用示例：```verilogmodule multiplier(input [7:0] A, input [7:0] B, output [15:0] P);wire [31:0] dsp_product;dsp48e1_multiplier multiplier_inst(.A(A), .B(B), .P(dsp_product));assign P = dsp_product[15:0];endmodule```在这个示例中，我们调用了DSP48E1乘法器IP核，并将结果输出到名为dsp_product的线路上。
最后，将结果dsp_product[15:0]赋值给输出端口P。
总结：在FPGA中，乘法运算可以直接使用乘法运算符实现，也可以使用乘法IP核进行计算。
直接使用乘法运算符的方法较为简单，但可能需要更多的硬件资源；而使用乘法IP核可以提高计算速度，但需要配置和调用相应的IP核。
核电fpga应用实例
核电fpga应用实例一、核电概述核电是指利用核能进行能量转换的一种发电方式，通过核反应堆中的核裂变或核聚变过程释放出的能量，转化为电能供人类使用。
核电具有高能量密度、低碳排放、稳定可靠等优势，在解决能源供应和环境问题上起到了重要作用。
二、FPGA简介FPGA是一种可编程逻辑器件，可以根据需求进行灵活的电路配置和重构。
FPGA具有可编程性强、逻辑密度高、时序可控等特点，被广泛应用于各个领域的电子系统中。
三、核电FPGA应用实例1. 核电控制系统核电站的控制系统是保证核反应堆安全运行的关键。
FPGA作为核电控制系统的核心部件之一，可以实现多种逻辑电路的配置和控制。
例如，FPGA可以用于核电站的故障诊断和安全保护系统中，监测关键参数并及时采取措施，保证核电站的安全运行。
2. 核电数据采集与处理核电站需要对各种参数进行实时监测和数据采集，以保证核反应堆的正常运行。
FPGA可以用于实时采集和处理各种传感器信号，如温度、压力、流量等。
通过FPGA的高并行性和低延迟特性，可以实现对大量数据的高效处理和分析，提供准确可靠的数据支持。
3. 核电安全监测系统核电站的安全监测系统起到了及时检测和预警的作用，以保证核电站的安全性。
FPGA可以用于核电安全监测系统中的信号处理和预警功能。
通过FPGA的实时性和灵活性，可以实现对各种异常情况的快速响应和处理，确保核电站的安全运行。
4. 核电设备控制核电站内部有各种设备需要进行精确的控制和调节，以保证核反应堆的稳定运行。
FPGA可以用于核电设备控制系统中的逻辑电路设计和控制。
通过FPGA的可编程性和高性能特点，可以实现对核电设备的精确控制和调节，提高核电站的运行效率和安全性。
5. 核电辅助系统核电站还需要配备辅助系统，如冷却系统、供电系统等，以保证核反应堆的正常运行。
FPGA可以用于核电辅助系统中的控制和监测功能。
通过FPGA的灵活性和可编程性，可以实现对辅助系统的高效控制和监测，提高核电站的整体运行效率。
基于FPGA的8段数码管动态显示IP核设计
基于FPGA的8段数码管动态显示IP核设计概述：数码管是一种常用的显示设备，常用于时钟、计数器、计时器等应用中。
为了简化在FPGA设计中使用数码管的流程，我们可以设计一个IP核来实现动态显示功能。
本文将详细介绍基于FPGA的8段数码管动态显示IP核的设计。
设计目标：设计一个可配置的IP核，支持多种模式的动态显示，包括数字显示、字符显示、滚动显示等。
同时，要保证设计的实时性和稳定性。
设计思路：1.分析需求：根据需求确定显示内容的种类和显示模式。
支持的显示内容包括数字和字符，支持的显示模式包括静态显示、滚动显示和循环显示。
2.硬件设计：设计数码管的驱动电路，将FPGA的输出信号转换为适合数码管的信号。
同时，设计时钟电路，用于控制数码管的刷新频率。
3.状态机设计：设计一个简单的状态机，用于控制数码管的显示内容和显示模式。
根据不同的状态，切换不同的显示内容和显示模式。
4.编码器设计：根据显示内容的种类，设计相应的编码器来将输入信号转换为适合数码管的显示信号。
对于数字显示，可以使用BCD码或者二进制码来编码；对于字符显示，可以使用ASCII码或者自定义的编码方式。
5.IP核封装：将硬件设计、状态机设计和编码器设计整合到一个IP核中，并添加一个可配置的接口，用于设置显示内容和显示模式。
IP核功能介绍：1.输入接口：包括显示内容的选择和显示模式的选择。
2.输出接口：控制数码管的驱动电路，实现动态显示功能。
3.配置接口：可以通过配置接口来设置显示内容和显示模式，包括数字和字符的选择、显示模式的选择等。
4.显示内容刷新：根据显示模式和显示内容的选择，周期性地刷新显示内容。
应用场景：1.时钟显示：将IP核连接到时钟电路和数码管上，通过配置接口设置显示模式为静态显示，显示内容为当前时间。
2.计数器显示：将IP核连接到计数器和数码管上，通过配置接口设置显示模式为滚动显示，显示内容为计数器的值。
总结：基于FPGA的8段数码管动态显示IP核设计可以简化在FPGA设计中使用数码管的流程，并且提供多种显示模式和显示内容的选择，方便实现各种应用。
基于FPGA的浮点运算器IP核的设计与实现
基于FPGA的浮点运算器IP核的设计与实现摘要
本文介绍了基于FPGA的浮点运算器IP核的设计与实现。
在实现过程中，我们采用Verilog HDL实现了一个32位浮点运算器的IP核，它能提
供执行加法、减法、乘法、除法以及规范化的功能，并具有很高的精确度。
在Xilinx FPGAs上实现，该IP核实现了高性能和可靠性。
实验结果表明，这种FPGA浮点运算器IP核的性能可以满足各种应用需求。
关键词：FPGA；浮点运算；IP核；Verilog HDL
1. Introduction
随着技术的发展，浮点运算在计算机体系结构中越来越重要。
它不仅
可以提高运算精度，而且可以准确表达计算机的结果。
为了实现高质量的
数字信号处理（DSP）系统，FPGA浮点运算器IP核变得越来越重要。
FPGA的浮点运算器IP核提供了一个高性能、可靠的实现环境，使得
浮点运算器在DSP系统中得以良好的应用。
此外，基于FPGA的浮点运算
器IP核还具有可编程性、低功率、灵活性和低成本等优势。
本文讨论了使用Verilog HDL实现基于FPGA的浮点运算器IP核的设
计与实现。
它包括浮点运算器的功能、实现及性能等方面的介绍。
2. Design and Implementation of FPGA Floating Point Unit
2.1 Floating Point Unit Design
在本文中，我们采用Verilog HDL实现了一个具有32位数据宽度的
浮点运算器IP核。
此外，它还具有加法、减法、乘法、除法以及规范化
的功能。
基于FPGA的人机界面控制器IP核
（ 一）总线接口模块。接受Ｎ ｏ Ｉ ｉ ｓＩ软核处理器对系统寄存器 组 的设 定和 向原 始 数据 写缓 存 （ｒ ｔＭ ｍ ｆｆ ）写入 图像数 据 。 Ｗ ｉｅ ｅ＿ ｉ ｏ 入选择。 （ ）帧 存储 器 接 口模 块 。完成 帧 存 储器 的 读写 以及 其 他 时 二 功 能框 图和 总体 设 计 典型 的人机界面显示应用系统包括如下几个部件：人机界面 序 控制 。首先 帧存 储 控 制器 按照 系 统 寄存 器 的设 定将 原 始数 据 写 Ｗ ｉ ｅｅ＿ ｉｏ 控 制 器 、总 线 、微控 制器 （ ｉｒ ｏ ｔ ｏ ｌｒＵ ｉ ，ＭＵ 、显 示 缓存 （ｒ ｔＭ ｍ ｆ ｆ ）里的图像数据写入帧存储器 以待缓冲，图 Ｍ ｃ ｏＣ ｎｒ ｌ ｅ ｎ ｔ Ｃ ） 像数据处理模块再按照系统寄存器从指定的位置读取显示数据， 存储 器和 人 机界 面交 互控 制 的输 入输 出相关 器件 。如 图 ｉ 示 。 所 将其保存在 原始数据读缓存 （ ｅｄ ｅ＿ ｉｏ Ｒ ａＭ ｍ ｆ ｆ ）中进行后续 的处理 及 显示 。 成系统的输出显示，按键个数可配置 的阵列式键盘完成系统的输
ｗｉｈ ａｓ ａ ａ ｍｅ ｏ ｃ ｎｔｏｌ ｒ ｔ ￣ ｒ ｔ ｅ ｍ ￣ ｏ ｒ ｌ ． ｅ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： Ｐ ｙ ｒ ｓＦ ＧＡ； ｏ ｅＭ ａ － ｃ ｎ ｔｒａ ｅｃ ｎ ｏ ｌｒ Ｉ ｃ ｒ ； ｎ ｍａ ｈ ｅｉ ｅ ｆ ｃ ｏ ｔ ｌ Ｐ ｉ ｎ ｒ ｅ
ห้องสมุดไป่ตู้
本 设 计是 为 Ｓ Ｃ系统 提供 基 于 Ａ ａｏ ０ ｖ ｌｎ总线 的 ， 配 置 的人机 置 的行 列式 键盘 和 位数 可配 置 的 Ｖ Ｄ 光 管 。 可 Ｆ荧
基于IP软核和FPGA的片上系统设计实例
图 ２ Ｍ —Ｓ Ｔ的 结构 ＡＲ
移位控制脉冲 ］
ｒｄ ｘ
—
２ Ｍ—Ｓ Ｒ Ａ Ｔ的逻 辑 结 构 设 计
２ １ ＭＯＲ Ｅ码 接 收 模 块 逻 辑 结构 设 计 ． Ｓ
ＭＯＲＳ 信 号 接 收 部 分 包 括 ＭＯＲＳ Ｅ Ｅ码 接 收 模 块 和 ＭＯＲＳ Ｅ码 解 码 模 块 ， 面 先 从 ＭＯＲＳ 下 Ｅ信 号 接 收 模 块 来
ＡＳ Ｉ ＣＩ 码
ＭＯＲ Ｅ 码 串 行 信 息 帧 功 能 ， 且 具 有 解 码 和 编 码 Ｓ 并
图 １ Ｍ—Ｓ Ｒ Ａ Ｔ模 型
ＭＯＲ Ｅ码 功 能 的 Ｍ —Ｓ Ｓ ＡＲＴ子 模 块 ， 将 其 作 为 Ｉ Ｏ模 再 ／ 块 嵌 入 在 系统 Ｉ Ｐ核 上 ， 用 计 算 机 直 接 处 理 ＭＯＲＳ 则 Ｅ码 就 成 为可 能 。 由 图 １可 知 ， ｒｄ ｍｏ ｓ 串 行 接 收 ＭＯＲ Ｅ码 到 从 ｘ ＿ ｒｅ端 Ｓ 并 行 输 出 ＭＯＲＳ Ｅ码 对 应 的 ＡＳ Ｉ 码 ， ＣＩ 以及 从 系 统 内部 的
～ ， 妈 擅 喜
目 、
维普资讯
傩
帧 数据 接 收 过 程 的 真 正 结 束 。ＭＯＲ Ｅ 码 的 解 码 过 程 实 Ｓ
ＡＳ Ｉ ＣＩ码
Ｍ ＯＲＳ 码 Ｅ
ＭＯＲ Ｅ Ｓ码
解码模 块
Ｍ ＯＲＳ 码 Ｅ
接收模 块
Ｍ ＯＲＳ 码 Ｅ
Ａ Ｃ Ｉ 数 据 并 行 传 输 到 Ｍ —Ｓ Ｔ 模 块 ， 到 ｔｄ Ｓ Ｉ码 ＡＲ 再 ｘ—
ｍｏ ｓ 串 行 输 出 ， ｒｅ端 都要 经 过 两个 处 理 过 程 ， 图 ２所 示 。 如
结 构模 型 ， 成 ＭＯ Ｓ 完 Ｒ Ｅ码 处 理 系统 ＳＣ的设 计 。 ｏ
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2. VHDL的优化(adder工程)
⑴ add8b－8位二进制并行加法器（芯片：EP2C35F672C6） ②采用扩展数据位法实现进位控制。 ARCHITECTURE behav OF add8b IS --采用扩展数据位的方法实现进位控制 SIGNAL aa,bb,sint:STD_LOGIC_VECTOR(8 DOWNTO 0); BEGIN aa<='0'&a; bb<='0'&b; sint<=aa+bb+cin; s<=sint(7 DOWNTO 0); cout<=sint(8); END behav;
9. MAX II的UFM的使用(max2_flash工程)
② 在片flash的使用
擦除
写入
占用逻辑单元 比较法 扩展数据位法 26 个 10 个
最大延时 17.076 ns 14.229 ns
2. VHDL的优化(mult_test工程)
⑵ 三种8位乘法器对比 ①采用直接相乘法mult1.vhd（q<=da*db）； ②采用移位相加mult_8.bdf； ③3级流水线参数化乘法器pipemult_top.bdf (基于逻辑单元)； ④3级流水线参数化乘法器pipemult_top.bdf(基于嵌入式乘法器);
3. VHDL中lpm_ram的使用(RAM256X8工程)
mif初始化文件
仿真后存储器数据
4. 宏向导lpm_rom的使用(RAM256X8工程)
5. PLL和存储器初始数据的更新(sin_rom工程)
在 修 改 了 mif 文 件 后 应 用 Update Memory Initialization File + Start Assembler快速修改存储器内容。
5. PLL和存储器初始数据的更新(sin_rom工程)
仿真波形—正弦波输出
5. PLL和存储器初始数据的更新(sin_rom工程)
Байду номын сангаас
逻辑分析仪获取的波形
6.在系统存储器编辑(sin_rom工程)
7.版本功能的使用(freq_test工程)
①应用PLL产生两个输出时钟信号，以次进行频率测量 ②应用脚本文件Setup_DE2_PIN.tcl快速分配DE2板的管脚
2. VHDL的优化(adder工程)
⑴ add8b－8位二进制并行加法器（芯片：EP2C35F672C6） ①采用比较法实现进位控制； ARCHITECTURE behav OF add8b IS BEGIN s<=a+b+cin; PROCESS(a,b,s) BEGIN IF (s<a OR s<b) THEN cout<='1'; ELSE cout<='0'; END IF; END PROCESS; END behav; --采用比较器的方法实现进位控制
8.打包功能的使用(freq_test工程)
9. MAX II的UFM的使用(max2_flash工程)
① 在片振荡器osc的使用
9. MAX II的UFM的使用(max2_flash工程)
② 在片flash的使用
9. MAX II的UFM的使用(max2_flash工程)
② 在片flash的使用
占用资源 直接相乘法 移位相加 参数化乘法器 （基于逻辑单元） 参数化乘法器 （基于嵌入式乘法器） 95 LE 39 LE 108 LE 17 LE 1个DSP9×9
最大延时 18.081 ns 3.79*8=30.32 ns 2.934 ns 3.846 ns
2. VHDL的优化(alterable_counter工程)
第2讲应用实例
1. 项目建立、图形输入、文本输入及仿真(adder工程) 2. VHDL的优化(add8b、mult_test、 alterable_counter工程) 3. VHDL中lpm_ram的使用(ram256x8工程) 4. 宏向导lpm_rom的使用(ram256x8工程) 5. PLL和存储器初始数据的更新(sin_rom工程) 6. 在系统存储器编辑(sin_rom工程) 7. 版本功能的使用(freq_test) 8. 打包功能的使用(freq_test) 9. MAX II的UFM的使用(max2_flash工程)
1. 项目建立、图形输入、文本输入及仿真(adder工程)
⑴ 新建一项目，再新建图形文件adder_h.bdf和adder.bdf如下： adder_h
adder
⑵ 仿真
1. 项目建立、图形输入、文本输入及仿真(adder工程)
⑶ 新建图形文件cnt.bdf如下图，以自顶向下法设计一个60进制计数器
⑷ 仿真 cnt4
cnt
1. 项目建立、图形输入、文本输入及仿真(adder工程)
cnt4.vhd的结构体 ARCHITECTURE cnt4_architecture OF cnt4 IS signal s:STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0); BEGIN process(clk) begin if clk'event and clk='1' then if s=9 then s<="0000";else s<=s+1;end if; if s=8 then co<='1'; else co<='0'; end if; end if; cnt_out<=s; end process; END cnt4_architecture;
⑶ 类属语句设计参数化模块 ①采用类属语句设计计数值可变的计数器: ex4_4.vhd ②采用VHDL语言调用ex4_4.vhd 的设计: ③采用图形方式调用ex4_4.vhd 的设计: ex4_5.vhd counter.bdf
3. VHDL中lpm_ram的使用(RAM256X8工程) ram256x8.vhd中调用lpm_ram_dq