基于FPGA的IIS IP核设计
第9章 基于FPGA的IP核设计技术
Altera能够提供给用户使用的3种IP形式： 基本宏功能（Megafunctions/LPM） Altera IP(MegaCore) Altera IP合作伙伴（AMPP）的IP
PCIMT32
PCI T32 PCI MT64 PCI64 PCI32 Nios target
DDR Memory I/F
Nios &Nios ii
SRAM interface
SDR DRAM interface
Flash interface
Virterbi
Turbo encoder/decoder
IP核默认的格式
IP核结构连接总线总线接口 逻辑逻辑或算法
Altera公司的Avalon总线
凡是用NiosII软核处理器控制的外设 都需要 符合 Avalon总线传输要求。 Altera公司所有的IP核，包括NiosII在内，支持 Avalon总线。 Avalon总线是交换式（Switch）型总线。任意一 个主设备和从设备都有一个数据通路，主设备可 以同时访问多个不同的从设备。而获得更高的数 据传输率。 SOPC Builder8.0 提供的Avalon-MM（普通模式） 和Avalon-ST（高速模式）。
（6）SPIRXBUF：SPI串行接收缓冲寄存器。
（7）SPITXBUF：SPI串行发送缓冲寄存器。
（8）SPIDAT：SPI串行数据寄存器。
（9）SPIPRI：SPI优先级控制。
SPI操作 下图是SPI用于两个控制器（一个主控制器和一个从控制器）通 信的典型连接方式。
《基于FPGA的多核处理器系统的研究与设计》范文
《基于FPGA的多核处理器系统的研究与设计》篇一一、引言随着科技的快速发展，处理器性能的需求不断提升，传统单核处理器已经难以满足日益增长的计算需求。
因此，多核处理器系统成为了研究的热点。
本文以基于FPGA（现场可编程门阵列）的多核处理器系统为研究对象，对其进行了详细的研究与设计。
二、研究背景及意义FPGA作为一种可编程的硬件设备，具有高度的并行性、灵活性和可定制性，因此被广泛应用于高性能计算、信号处理等领域。
而多核处理器系统则通过集成多个处理器核心，实现了更高的计算性能和更快的处理速度。
将FPGA和多核处理器系统相结合，可以构建出高性能、高灵活性的多核处理器系统，对于提高计算性能、降低功耗、增强系统稳定性等方面具有重要的意义。
三、FPGA多核处理器系统的设计（一）系统架构设计基于FPGA的多核处理器系统主要由多个FPGA芯片组成，每个FPGA芯片上集成了多个处理器核心。
系统采用共享内存的方式，实现了各个处理器核心之间的数据交换和通信。
此外，系统还包含了控制模块、接口模块等部分，以实现系统的整体控制和外部接口的连接。
（二）处理器核心设计处理器核心是FPGA多核处理器系统的核心部分，其设计直接影响到整个系统的性能。
在处理器核心设计中，需要考虑指令集设计、数据通路设计、控制单元设计等方面。
指令集设计需要考虑到指令的兼容性、可扩展性和执行效率；数据通路设计需要考虑到数据的传输速度和带宽；控制单元设计则需要考虑到处理器的控制流程和时序。
（三）系统通信设计系统通信是FPGA多核处理器系统中非常重要的一部分，它涉及到各个处理器核心之间的数据交换和通信。
在系统通信设计中，需要考虑到通信协议的设计、通信接口的选择、通信速度和带宽等方面。
常用的通信协议包括总线协议、消息传递协议等，需要根据具体的应用场景进行选择和设计。
四、系统实现与测试（一）硬件实现在硬件实现阶段，需要根据设计要求选择合适的FPGA芯片和开发工具，完成电路设计和布局布线等工作。
基于FPGA的仿真系统数据采集控制器IP核设计
基于FPGA的仿真系统数据采集控制器IP核设计现代模拟仿真技术[1]广泛应用在系统设计、系统分析以及教育训练中。
在模拟过程中，存在大量向前端模拟装置或仿真模块发送指令数据，以及从模拟工作设备上读取状态参量的情况。
在对大型工业设备和系统进行模拟仿真时，数据采集控制的复杂程度愈加恶劣[2]。
通过改进数据采集控制器的结构，提高数据采集控制器的自动化和集成化程度，可以有效地提高大型模拟仿真设备数据采集和控制的效率。
FPGA 及SoPC 技术的发展为此提供了新的解决方案。
IP 核(IP Core)是具有特定电路功能的硬件描述语言程序，可较方便地进行修改和定制，以提高设计效率[3]。
本文研究了基于FPGA 的数据采集控制器IP 核的设计方案和实现方法，该IP 核既可以应用在独立IC 芯片上，还可作为合成系统的子模块直接调用，实现IP 核的复用。
1 系统结构数据采集控制器主要分为发送机制和接收机制两部分。
在传统的模拟仿真系统[4]中，发送机制负责将模拟仿真系统主机控制程序模拟运算的数据传给事先定义的变量，通过专用接口卡将其放在绝对内存地址单元中，再借助智能双端口的工控机将数据发至前端，以驱动前端设备(如仪表、显示灯等)进行显示，或使前端设备(如开关、阀门、步进电机等)进行动作；接收机制与之相反，即实时地将从前端工控机采集的模拟设备的动作量和状态量(包括模拟实际情况的温度量、压力量等)读到计算机内存地址单元中，并通过专写程序把这些变量值转换成主控程序所需要的数据。
前端设备种类繁多，因此实际中需有针对性地进行设计，以实现工控机对前端设备的控制。
此外，工控机与主机之间还必须通过专用接口进行通信，。
一种I 2C主控器IP核的设计与FPGA实现
第１ ４卷 第 ２期 ２０ ０６年 ６月
厦 门理 工学 院学报
Ｊ ｕ ａ ｆ ａ ｎ Ｕ ｉｅｓｔ ｆ ｅ ｈ ｏｏｙ ｏ ｒ ｌｏ ｍｅ ｎｖ ｒｉ ｏ ｃ ｎ ｌｇ ｎ Ｘｉ ｙ Ｔ
Ｖｏ ． ４ Ｎ ． １１ ｏ２
Ｊｎ ０６ ｕ ．２ ０
［ 关键词 】Ｉ 核 ； ２ ；ＦＧ ；Ｓ Ｃ ｐ １ Ｃ ＰＡ Ｏ ［ 中图分类号 ］Ｔ ９ ［ Ｎ４２ 文献标识码 ］Ａ ［ 文章 编号 】１０ — ８４ （ ０ ）０ ０４ ｏ ０８ ３０ ２ ６ ２－ ００一 ４ ０
０ 引言
半导体技术的发展 ，大规模 Ｐ Ｄ器件和 Ｅ Ａ技术的出现使得产 品设 计从原来众多的器件通过 电 Ｌ Ｄ
状态寄存器——总线可读写 ，负责监视 Ｉ Ｃ总线的状态 ，供软件查询．
分频寄存器——总线可写 ，改变 Ｉ Ｃ总线 的速度． 发送寄存器——总线可写 ，暂存发送数据．
接收寄存器—— 总线可读 ，暂存接收数据． 移位寄存器—— 完成数据收发的串并转换． 在Ｉ Ｃ总线协议 的具体实现上 ，在二根线上有各种信 号跳变 ，可 以用状态机实现．Ｉ Ｃ总线 的底
层动作可分为起始 、发送 、接收、结束．字节的发送、接收也有各种状态 ，这些功能的实现要建立在 底层之上，但又有别于底层．鉴于此 ，在状态机的具体实现时采用了两级状态机 ，其中底层位状态机 控制总线上的信号电平跳变 ，完成具体位的发送／ 接收 ，而字节状态机则调用位状态机 ，并且按照控 制寄存器的命令完成整个字节的发送／ 接收／ 应答．这样设计 的好处是系统结构分明，分工明确．
Ｘｌ ｘ公 司的 Ｓ ａｔ ｌ Ｆ Ｇ ｉｎ ｉ ｐｒ ｎＩ Ｐ Ａ上 实现 了设 计，并使 用软逻辑分析仪观 测 Ｐｃ核 工作 的过程． 最后 与微 处理 器 ａ
fpga ip核设计流程
fpga ip核设计流程
FPGA IP核设计流程一般包括以下步骤：
1. 需求分析：明确IP核的设计要求和功能，为后续设计提供指导。
2. 架构设计：根据需求分析，设计IP核的架构，包括数据路径、控制逻辑、接口等。
3. 硬件描述语言编写：根据架构设计，使用硬件描述语言（如Verilog或VHDL）编写IP核的代码。
4. 仿真测试：使用仿真工具对IP核代码进行测试，确保其功能正确。
5. 综合：将硬件描述语言代码转化为FPGA上的逻辑门级网表，以便于布局布线。
6. 布局布线：将综合后的网表在FPGA上布局布线，生成配置文件。
7. 配置加载：将配置文件下载到FPGA中，进行实际测试验证。
8. 文档编写：编写IP核的使用手册和技术文档，便于用户使用和维护。
以上是FPGA IP核设计的基本流程，具体实现过程可能会因不同的设计需
求和工具而有所差异。
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。
第9章基于FPGA的IP核设计技术
第9章基于FPGA的IP核设计技术基于FPGA的IP核设计技术是现代集成电路设计中非常重要的一部分。
本章将介绍FPGAIP核设计技术的基本概念、设计流程和相关的工具、方法及应用。
同时也会对FPGAIP核设计技术在实际应用中的一些常见问题进行探讨。
首先，我们需要了解什么是FPGA IP核设计技术。
IP（Intellectual Property）核是指在数字电路设计中常用的一种设计方法，也可以称之为“可复用设计”。
IP核是指一个可独立使用的功能模块，可以在不同的系统中被重复使用。
FPGA IP核设计技术则是指将这些可独立使用的功能模块设计成适用于FPGA的形式。
接下来，我们将介绍FPGA IP核设计技术的一般设计流程。
首先，需要进行功能分析和设计规格的确定。
在进行功能分析时，需要明确IP核的功能需求，比如输入输出接口的定义和功能要求等。
然后，可以使用硬件描述语言（如VHDL或Verilog）进行IP核的RTL（Register Transfer Level）设计。
设计好的RTL模块需要通过综合工具转换成逻辑门电路描述文件，然后可以使用FPGA开发工具完成基于IP核的系统设计。
最后，需要进行验证和测试，确保IP核设计的正确性和可靠性。
在FPGA IP核设计技术的实际应用中，有一些重要的工具、方法和技术需要了解。
首先，需要选择合适的硬件描述语言进行RTL设计，比如常用的VHDL或Verilog。
其次，需要选择合适的FPGA开发工具，比如常用的Xilinx ISE或Altera Quartus等。
此外，还需要掌握一些常用的设计方法和技术，比如时序分析、时钟域划分和处理技术等。
除了以上的基本内容，FPGAIP核设计技术还有一些常见的问题需要关注和解决。
首先，IP核设计中的时序问题是一个非常重要的问题，需要进行准确的时序分析和时钟域处理。
其次，IP核设计中的资源利用和功耗问题也是需要考虑的重点。
此外，还需要考虑IP核设计的可靠性和可重用性，以便在不同的系统中进行重复使用。
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Ｉ Ｐ ２ Ｂｕ ｓ （ Ｉ Ｐ核 对 总线 传 递 的信 号 ） 的基 本 信 号 有 ：
１ 基 本 原 理
１ ． １ 系 统 大 体 结 构
Ｉ Ｐ２ Ｂｕ ｓ
—
Ｉ Ｐ２Ｂ ｕｓ
— —
Ｉ Ｐ２Ｂ ｕｓ Ｗ ｒ Ａｃ ｋ
本 系 统 采 用 了 Ｘｉ ｌ ｉ ｎ ｘ的 ｓ ｐ ａ ｒ ｔ ａ ｎ － ６系列 芯 片 ｘ ｃ ６ ｓ ｌ ｘ ｌ ６
Ｉ Ｐ２ Ｂｕ ｓ
—
Ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ
错 误 响 应 信 号
的开 发 板 ＮＥＸＹＳ ３， 并利用 Ｅ ＤＫ 开 发 套 件 完 成 了 Ｉ Ｉ Ｓ的
Ｍｉ ｃ ｒ ｏ Ｂｌ ａ ｚ ｅ微 处 理 器 Ｉ Ｐ核设 计 ， Ｍｉ ｃ ｒ ｏ Ｂ ｌ ａ ｓ ｅ嵌 入 式 软 核 是 一 个 被 Ｘｉ ｌ ｉ ｎ ｘ优 化 过 的 可 以 嵌 入 在 Ｆ Ｐ ＧＡ 中 的 ＲＩ Ｓ Ｃ 处 理 器 软 核 。将 Ｉ Ｐ核 挂 在 处 理 器 本 机 总 线 Ｐ Ｌ Ｂ上 ， Ｐ Ｌ Ｂ
第１ ２ 卷 第ｌ 期 ２ Ｏ １ ３ 年 １ 月
ＶＯ １ ． １ ２Ｎ Ｏ １
基于 Ｆ Ｐ ＧＡ 的 Ｉ Ｉ Ｓ Ｉ Ｐ核 设 计
黄俊辉 ， 杨镂玲 ， 凌 霄
（ 中南 民 族 大 学 计 算 机 科 学 学 院 ， 湖 北 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ４ ）
Ｒｄ Ａｃ ｋ
时 钟 信 号
重 置 信 号 数 据 信 号 传 送 字 节 使 能 读 使 能 信 号 写 使 能 信 号 数 据 信 号
读 应 答 信 号 写 应 答 信 号
Ｂｕ ｓ ２ Ｉ Ｐ
—
Ｂｕ ｓ ２ Ｉ Ｐ
—
Ｂｕ ｓ ２ Ｉ Ｐ
—
Ｂｕ ｓ ２ Ｉ Ｐ
—
Ｂｕ ｓ ２ Ｉ Ｐ
１ ． ２ Ｉ Ｉ Ｓ音 频 总 线 和 Ｃ Ｓ ４ ３ ４ ４音 频 芯 片 简 介
Ｉ ２ Ｓ （ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ — Ｉ Ｃ Ｓ ｏ ｕ ｎ ｄ ） 总线 是 飞 利 浦 公 司为 数 字 音 频 设
备 之 间的 音 频 数 据 传 输 而 制 定 的一 种 总 线 标 准 ， 该 总 线 与 音频设备 之 间数据 传 输 ， 广 泛应 用 于各 种 多 媒 体 系 统 。 Ｉ ２ Ｓ有 ３个 主要 信 号 ： ① 串行 时 钟 Ｓ Ｃ ＬＫ， 即对 应 数 字 音 频 的每 一 位 数 据 ， Ｓ ＣＬ Ｋ 都 有 １个 脉 冲 。Ｓ Ｃ Ｌ Ｋ 的频 率 一２× 采 样 频 率 ×采 样 位 数 ； ② 帧 时钟 ＬＲＣ Ｋ， 用 于 切 换 左 右 声 道 的 数 据 。Ｌ ＲＣ Ｋ 的 频 率 等 于采 样 频 率 ； ③ 串 行 数 据 Ｓ ＤＡＴＡ， 就 是 用 二 进 制 补 码 表 示 的 音 频 数 据 。有 时 为 了 使 系统 间 能够 更 好 地 同 步 ， 还 需 要 另 外 传 输 一 个 信 号
技创新导报 ， ２ ０ １ ０ （ ２ ７ ） ．
支 持 主机 和从 机 通 过 Ｐ Ｌ Ｂ信 号 连 接 来 进 行 读 写 数 据 的传
输， 方便 了 Ｉ Ｉ Ｓ的 Ｉ Ｐ核 和 外 围 的 音频 处 理器 的通 信 。 系统
如 图 １所 示 。
图 １中 ， ＮＥ Ｘ ＹＳ ３软件层 通 过 Ｐ Ｌ Ｂ总线 控制 Ｉ Ｉ Ｓ Ｉ Ｐ核 从 而 驱动 音频 处 理 器 ， Ｉ Ｉ Ｓ核 为 主控 方 ， 音频处理器为被控方 。
０ 引 言
随着 Ｆ Ｐ ＧＡ 技 术 的迅 速 发 展 ， Ｆ Ｐ ＧＡ 已经 成 为 可 编 程
片上系统 （ Ｓ ＯＰ Ｃ） 的硬件 载体 ， 它 能 让 硬 件 设 计 经 过 简 单 的综合与布局 ， 快 速 地 进 行 测 试 。在 此 基 础 上 ， Ｘｉ ｌ ｉ ｎ ｘ的 Ｅ ＤＫ 能 完 成 从 硬 件 到 软 件 设 计 的 整 个 嵌 入 式 系 统 设 计 ， 可 以利 用 用 户 设 计 Ｉ Ｐ核 实 现 大 量 的 组 合 逻 辑 和 时 序 逻 辑， 为 上 层 的 软 件 设 计 提 供 必 要 的硬 件 操 作 的 ＡＰ Ｉ函数 ， 通 过 寄 存 器 的读 写 函数 简 化 了 软 件 层 直 接 对 底 层 硬 件 层
关键词 ： Ｆ Ｐ Ｇ Ａ； Ｅ Ｄ Ｋ； Ｉ Ｉ Ｓ总 线 ； Ｉ Ｐ核 ； Ｎｅ ｘ ｙ ｓ ３
中图分类号 ： ＴＰ ３ ０ ２
文 献标 识 码 ： Ａ
文章 编 号 ： １ ６ ７ ２ — ７ ８ ０ ０ （ ２ Ｏ １ ３ ） ０ ０ １ — ０ ０ ３ ２ — ０ ３ 而下 载 到 ＮＥ Ｘ ＹＳ ３中 的综 合 布局 和烧 录而形 成 的 。
的操作 ， 同时 硬 件 设 计 层 和 软 件 设 计 层 又 保 持 了 良好 的封
装性和独立性 。
图 １
系统 示 意
Ｂ ｕ ｓ ２ Ｉ Ｐ （ 总线 对 Ｉ Ｐ核传 递 的信 号 ） 的基 本 信 号 有 ：
Ｂｕ ｓ ２ Ｉ Ｐ
—
Ｃ ｌ ｋ Βιβλιοθήκη Ｒｅ ｓ ｅ ｔ Ｄａ ｔ ａ Ｂ Ｅ Ｒ ｄ ＣＥ Ｗｒ Ｃ Ｅ Ｄａ ｔ ａ
请 注意Ｉ Ｉ Ｓ 核 并 不 是 原 来 硬 件 的 一部 分 ， 它 是 根 据 用 户 设 计
［ ４ ］ 任献彬 ， 鞠建波． 测 控 软 件 的 软 件 测 试 方 法研 究 ［ 刀． 计 算 机 自动 测
摘 要 ： 基 于 Ｎｅ ｘ ｙ ｓ ３开发 平 台 ， 针对 Ｃ Ｓ ４ ３ ４ ４音 频 处 理 芯 片 ， 为Ｉ ２ Ｓ音 频 总 线 设 计 Ｉ Ｐ核 ， 该Ｉ Ｐ核 与 集 成 电路 的 工 艺
无关 ， 可 以 移植 到 不 同的 半 导 体 工 艺 中去 生 产 集 成 电 路 芯 片 。 系统 将 Ｉ Ｉ Ｓ Ｉ Ｐ核 添加 到 Ｐ ＬＢ 总 线 上 ， 通 过 总 线 信 号 对 Ｉ Ｐ核 进 行 操 作 。经 过 测 试 ， 该 Ｉ Ｐ核 完成 了对 音 频 数 据 的 准确 输 出。