手把手教你学FPGA 设计思想篇
FPGA的基本设计思想
Ｒ Ｍ（Ｐ ＡＭ） ＦＦ ￣ 。在第 一个缓 冲周期 ，将输入 的数据流缓 Ａ ＳＲ 、 ＩＯ
存到 “ 数据缓 冲模块 １ ；在第 ２ ” 个缓 冲周期 ，通过 “ 输入数据选
择 单元”的切换 ，将输入的数 据流缓存到 “ 据缓冲模块２ 数 ”，同 时将 “ 数据缓冲模块ｌ ”缓 存的第 １ 个周期数 据通过 “ 输入 数据选择
关键 词 可 编 程 门阵 列 “ 乒乓 操 作 ” 设 计
Ｆ Ｇ 是Ｆ ｌ Ｐ ｇａ ａｌ Ｇ ｔ Ａ ｒ 现 场可 编程 门阵列 ） Ｐ Ａ ｊｄ ｒ ｒ ｅ ｏ ｍｍ ｂ ａ ｒ ｙ（ ｅ ｅ ａ
的缩写 ，代表的是一种可编程逻辑 器件，它 可以在 制造 完成后 ｆ用 ｌ Ｉ 户根据 自己 的需要 定义 其逻辑 功能 。 ＦＧ 包 含 了一 个逻 辑单 元 ＰＡ （ 可以是 门．也 可以是查找表 Ｒ Ｍ ） Ａ 的阵 列 、触发器 以及可编程 的互连线 。Ｆ Ｇ Ｐ Ａ的显 著特 点是有一个窄输入的逻辑单元 ，使用分 布式 互连方案 ． 相对于 传统 的诸如 Ｐ Ｌ Ｌ 之类的可编程逻辑器 Ａ 和Ｐ Ａ
单 元”的选择 ，送到 “ 数据流运 算处理模块 ”进 行运 算处 理 ； 在第 ３ 个缓 冲周期 通过 “ 输入数据选择 单元”的再次切 换 ，将输入的数
据流缓存到 “ 数据缓 冲模 块１ ，同时将 “ ” 数据缓 冲模 块２ ”绥存 的 第２ 个周期 的数据 通过 “ 输入数据 选择单元”切换 ，送到 “ 数据流 运算处理模块”进 行运算处理 。如此循环 。 乒乓操作的最大特 点是通过 “ 输入 数据 选择单元”和 “ 出数 输 据选择单元”按节拍 、 互配合 的切换 ， 相 将经过缓 冲的数据流没有 停 顿地 送到 “ 数据流运 算处理模块 ” 进行运 算与处理 。把乒乓操 作模块当做—个 整体 ，站在这 个模块 的两端看数据 ，输入 数据流和 输 出数据流都是连续不断的 ，没有任何停 顿 ．因此 非常适 合对数据 流进行流水线式处理 所 以乒乓操作常 常应 用于流水线式 算法 ，完 成数据的无缝缓 冲与处理 乒 乓 操 作 的 第 二 个 优 点 是 可 以 节 约 缓 冲 区空 问 。 比如 在 ＷＣ Ｍ 基带应用 中，１ Ｄ Ａ 个帧是 由１个时隙组成 的，有 时需要将 １ ５ 整 帧的数据延时一个时隙后处理 ，比较 直接 的办法是将 这帧 数据缓 存 起来 ，然后延时１ 时隙进行处理 。这时缓 冲区的长度 是１ 帧数据 个 整 长 ，假设数据速 率是 ３ ４ ｐ ，ｌ ． Ｍｂｓ 帧长 １ｍ ，则此 时需要缓 冲区长 ８ ０ｓ
10分钟学会FPGA设计
10分钟学会FPGA设计wjh我们将带领大家完成你的第一个FPGA设计，即使你从没有接触过FPGA，也可以让你可以在十分种之内初步学会FPGA设计！不信？呵呵我们慢慢往下看。
实验目的我们分别采用VHDL和原理图输入方式设计一个简单的三人表决器，，并下载到FPGA实验系统进行实际运行。
三人表决器的功能描述：三个人分别用手指拨动开关SW1、SW2、SW3来表示自己的意愿，如果对某决议同意，各人就把自己的指拨开关拨到高电平（上方），不同意就把自己的指拨开关拨到低电平（下方）。
表决结果用LED（高电平亮）显示，如果决议通过那么实验箱上L2（黄灯）亮；如果不通过那么实验箱上L1（红灯）亮；如果对某个决议有任意二到三人同意，那么此决议通过，L2亮；如果对某个决议只有一个人或没人同意，那么此决议不通过，L1亮功能虽然简单，但是大家可以从这个实验中学习到FPGA的设计输入，仿真，下载等一个完整过程。
软件准备本次实验采用Max+plusII 10.2 软件,首先我们需要下载免费软件并安装license。
对于WindowsNT/2000/XP,还需要安装下载电缆的驱动程序。
硬件准备PC机一台，GW48-CK型实验箱，电源，下载电缆软硬件均准备好以后，就可以开始我们的设计了。
在三种输入方式中，你也可以先只看一种，比如原理图方式或者VHDL方式。
1 设计输入1.1 采用原理图设计三人表决器我们根据三人表决器的直值表，可以通过卡诺图化简可以得到：L2=SW1SW2+SW1SW3+SW2SW3L1=/L2那么我们可以在MAX+plusII中用原理图实现上面的三人表决器下面仅把和VHDL不同的详细写下，相同或基本相同的就一带而过：（1）打开MAX+plusII（2）新建一个图形文件：File菜单>new新建文件时选择Graphic Editor file点OK（3）输入设计文件我们现在在图形文件中输入电路，我们这个电路需要AND2、OR3、NOT三个逻辑门电路和输入输出端，你可以电击Symbol ->Enter Symbol（或者双击空白处）弹出窗口：在Symbol Name中输入and2，点OK同样可以加入or3、input、output、not对input、output，鼠标左键双击PIN_NAME，那么PIN_NAME被选中，并且变黑，然后输入你要改的名字，如SW1把元件拖动到合适位置，将光标放到元件的引线出，可以发现光标变为十字星，此时摁住左键就可以进行连线。
FPGA学习步骤
FPGA学习步骤FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程的数字逻辑设备，具有强大的计算能力和灵活性。
学习FPGA涉及多个方面的知识和技能，以下是一个学习FPGA的步骤。
1.学习数字电路基础知识：学习数字逻辑、组合逻辑、时序逻辑、时钟域等基础知识。
了解逻辑门、多路选择器、编码器、解码器等基础组件的工作原理和常见应用。
2. 学习HDL语言：FPGA设计通常使用硬件描述语言（HDL）进行，如VHDL或Verilog。
学习HDL语言的基本语法、数据类型、运算符以及模块化设计方法。
掌握HDL语言的基本语法和常用语句，能够编写简单的模块。
同时，了解设计模块之间的连接和通信方式。
3. 熟悉开发工具：选择一款FPGA开发工具，如Xilinx ISE、Altera Quartus等，并熟悉其使用方法。
掌握工具的安装、项目的创建、仿真、烧写等基本操作。
了解工具中提供的IP核和库函数，以及如何使用这些资源来简化设计过程。
4.学习FPGA体系结构：了解FPGA的基本组成元件和工作原理，包括可编程逻辑单元（PLU）、片上存储器（BRAM）和片上时钟管理等。
熟悉FPGA的时序特性和时钟域设计方法，掌握时钟驱动设计的原则和技巧。
5.设计简单的数字逻辑电路：从简单的数字逻辑电路开始，如全加器、加法器、乘法器等。
通过HDL语言编写这些电路的设计和仿真测试，然后在FPGA上实现并验证电路功能。
通过不断实践，加深对数字逻辑电路设计和FPGA实现的理解。
6.学习FPGA高级应用：掌握FPGA高级应用的设计方法，如时序逻辑设计、状态机设计、数据通路设计等。
了解时分复用（TDM）、频分复用（FDM）、空分复用（SDM）等常用数据传输方式的原理。
学习高级FPGA设计技术，如流水线设计、多周期设计、并行设计等。
7.学习FPGA外设接口：了解FPGA的外设接口标准，如UART、SPI、I2C、PCIe等，以及各种外设的工作原理和接口电路设计。
FPGA重要设计思想及工程应用之模块化设计
重要设计思想及工程应用
模块化设计篇
中嵌教育() 谢大钊 编著
谢大钊 编著
概述
随着可编程技术的发展，FPGA被广泛应用 于电子设计的各个领域。越来越多复杂系统核 心电路利用FPGA设计完成，这些复杂系统经常 需要使用百万门以上的大规模FPGA来设计。另 一方面，为了对市场需求做出最迅速的反映， 就要求这些电子产品的设计周期尽量缩短，只 有以第一时间推出成熟稳定的产品，才能获得 更大的市场份额。于是一方面需要百万门以上 的大规模FPGA以满足设计需要，另一方面需要 在最短时间内高质量地完成设计以满足市场需 求，这两者出现了矛盾。
谢大钊 编著
模块化设计方法的来源
解决这个矛盾的唯一出路是投入更多的人力，进行 并行工作、协同设计。并行工作、协同设计在一般的工 业生产中比较容易实现，例如生产一部汽车，可以在不 同车间并行生产出汽车的各个配件，然后统一将这些配 件组装起来即可。如果每个零件的制造都能满足图纸公 差标准，那么每个零部件的制造关联就不是那么紧密， 完全可以并行进行生产制造。使制造每个零部件之间的 联系尽量小，然后运用并行、协同的工作方式相对独立 地生产每个零部件，最后将这些零部件组合起来的工作 方法就是一种模块化设计方法。
谢大钊 编著
模块化设计输入与综合步骤
（1）顶层模块的设计：项目管理者需要完 成顶层模块的设计输入与综合，为进行 Modular Design实现阶段的第一步—初始预 算阶段（Initial Budgeting Phase）做准备。 （2）子模块的设计：每个项目成员相对独 立地并行完成各自子模块的设计输入和综 合，为进行Modular Design实现阶段的第二 步—子模块的激活模式实现（Active Module Implementation）做准备。
FPGA设计的八个重要知识点,你都会吗
FPGA设计的八个重要知识点，你都会吗1. 面积与速度的平衡与互换这里的面积指一个设计消耗/的规律资源的数量，对于FPGA可以用消耗的FF（触发器）和LUT（查找表）来衡量，更普通的衡量方式可以用设计所占的等价规律门数。
面积和速度这两个指标贯通FPGA/CPLD设计的时钟，是设计质量的评价的终极标准——面积和速度是一对对立统一的冲突体。
要求一个同时具备设计面积最小、运行频率最高是不现实的。
更科学的设计目标应当是在满足设计时序要求（包括对设计频率的要求）的前提下，占用最小的芯片面积。
或者在所规定的面积下，是设计的时序余量更大、频率跑的更高。
这两种目标充分体现了面积和速度的平衡的思想。
作为冲突的两个组成部分，面积和速度的地位是不一样的。
相比之下，满足时序、工作频率的要求更重要一些，当两者矛盾时，采纳速度优先的准则。
从理论上讲，假如一个设计时序余量较大，所能跑的速度远远高于设计要求，那么就通过功能模块的复用来削减囫囵设计消耗的芯片面积，这就是用速度的优势换取面积的节省。
反之，假如一个设计的时序要求很高，一般办法达不到设计频率，那么普通可以通过将数据流串并转换，并行复制多个操作模块，对囫囵设计实行乒乓操作和串并转换的思想运行。
2. 硬件原则硬件原则主要针对HDL代码编写而言：是采纳了C语言形式的硬件的抽象，它的本质作用在于描述硬件，它的终于实现结果是芯片内部的实际。
所以评判一段HDL代码的优劣的终于标准是：其描述并实现的硬件电路的性能，包括面积和速度两个方面。
评价一个设计的代码水平较高，仅仅是说这个设计是由硬件想HDL代码这种表现形式的转换越发流畅、合理。
而一个设计终于性能，在更大程度上取决于设计工程师所构想的硬件实现计划的效率以及合理性。
（HDL代码仅仅是硬件设计的表达形式之一）初学者片面追求代码的干净、简短，是错误的，是与HDL的标准南辕北辙的。
正确的编码办法，首先要做到对所需实现的硬件电路心中有数，对该部分的硬件的结构和衔接非常清楚，然后再用适当的HDL语句表达出来即可。
FPGA设计的四种常用思想与技巧
FPGA设计的四种常用思想与技巧FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑设备，可以通过重新配置内部电路来实现不同的功能。
在FPGA设计中，有许多常用的思想和技巧，可以帮助设计者提高效率和性能。
本文将介绍四种常用的FPGA设计思想与技巧。
第一种常用思想与技巧是模块化设计。
模块化设计是将大型的FPGA设计划分为多个小的功能模块，每个模块负责一个具体的功能。
通过将设计划分为多个模块，可以提高设计的可维护性和复用性。
设计者可以单独对每个模块进行测试和调试，然后再将它们整合到一起。
此外，模块化设计还能够提高设计的并行性和性能。
每个模块可以在FPGA中独立运行，并且可以通过并行处理来提高设计的执行速度。
第二种常用思想与技巧是流水线设计。
流水线设计是将一个复杂的计算过程划分为多个阶段，并且在每个阶段中并行处理多个数据。
通过流水线设计，可以提高设计的吞吐率和时钟频率。
每个阶段可以在不同的时钟周期中执行，从而实现数据的并行处理。
此外，流水线设计还能够降低设计的时延和资源占用。
每个阶段的计算量可以被均匀地分布到多个时钟周期中，从而减少每个时钟周期的计算量，提高设计的时延和资源占用。
第三种常用思想与技巧是优化技巧。
优化技巧包括逻辑优化、时钟优化和资源优化。
逻辑优化是通过精简逻辑电路来减少资源的使用。
可以通过合并逻辑门、消除冗余逻辑和合并常量来实现逻辑优化。
时钟优化是通过减少时钟延迟和减小时钟功率消耗来提高设计的性能和功耗。
可以通过选择适当的时钟结构、减少时钟的分频和优化时钟路径来实现时钟优化。
资源优化是通过合理利用FPGA中的资源来减少资源的使用。
可以通过共享资源、适当分配资源和使用低功耗资源来实现资源优化。
第四种常用思想与技巧是并行设计。
并行设计是将多个功能模块同时执行，从而提高设计的执行速度和吞吐率。
可以通过并行处理来减少设计的执行时间，提高设计的性能。
可以通过使用多个时钟域、多个时钟频率和复杂分频来实现并行设计。
fpga 知识体系搭建 分享
fpga 知识体系搭建分享
FPGA（现场可编程门阵列）是一种集成电路，它可以在设计完
成后重新编程，因此具有灵活性和可重构性。
要搭建一个完整的FPGA知识体系，需要从以下几个方面进行分享：
1. FPGA基础知识，包括FPGA的基本概念、原理、结构、工作
原理等。
理解FPGA的基础知识对于后续的学习和应用至关重要。
2. FPGA设计流程，介绍FPGA设计的整体流程，包括设计规范、硬件描述语言（如Verilog、VHDL）、综合、布局布线、时序分析
等环节。
深入了解FPGA设计流程可以帮助理解FPGA的工作原理和
实际应用。
3. FPGA应用领域，介绍FPGA在数字信号处理、通信、图像处理、嵌入式系统等领域的应用。
分享一些实际案例和应用经验可以
帮助学习者更好地理解FPGA的实际用途和潜在市场。
4. FPGA开发工具，介绍常见的FPGA开发工具，如Xilinx的Vivado、Altera的Quartus等，以及这些工具的基本使用方法和开
发技巧。
5. FPGA与其他技术的结合，介绍FPGA与其他技术（如嵌入式处理器、模拟电路、通信协议等）的结合应用，以及如何在实际项目中进行整合和应用。
6. FPGA未来发展趋势，分享FPGA未来的发展方向、新技术的应用以及市场趋势，帮助学习者了解FPGA行业的最新动态和未来发展方向。
通过以上几个方面的分享，可以帮助学习者建立起一个相对完整的FPGA知识体系，从而更好地理解和应用FPGA技术。
希望以上分享对你有所帮助。
FPGA设计方法汇总课件
表决电路就发送给CPU故障诊断信息； 表决电路监视两个CPU写入数据的时间差是否超时，当在一个周期内，表决电路在
组合逻辑 外部输出
BACK
43
（5）状态机风格
一段式 一个always模块完成输出及状态转移； 必须要综合考虑现态在何种状态转移条件下会进入哪些次 态，然后在每个现态的case 分支下分别描述每个次态的 输出。
两段式 一个always 模块采用同步时序描述状态转移；另一个模块 采用组合逻辑判断状态转移条件。
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总结
FPGA是一种可编程硬件，深入理解器件的 结构有助于设计
严格遵守设计流程，充分利用工具 在整个设计中贯穿五大设计思想 状态机的编码、类型、风格和设计思路决
定了能否设计出高效的状态机 FPGA在设计中需要考虑安全性
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通讯表决电路设计
刘志凯 2008年8月
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一、实现的功能
1、基本功能： 对 CPU1、CPU2向 BTM的通讯路径进行表决，CPU1和CPU2通过并行总线将需要
decoder
btm(cpu1&cpu2) dmi(cpu1&cpu2) uart(cpu1&cpu2)
BACK
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时钟模块CLOCK module
外部clock PLL
timerclk分频器 Reset
txclk分频器
timerclk txclk
clk CPLD clk
BACK
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泽屹电子手把手教你学FPGA设计思想篇阿东团队编著手把手教你学FPGA 设计思想篇目录写在前面...................................................................................................................................... - 4 -1 什么是设计思想.................................................................................................................... - 6 -2 概述........................................................................................................................................ - 6 -3 代码简单化............................................................................................................................ - 6 -4 注释层次化............................................................................................................................ - 7 -5 交互界面清晰化.................................................................................................................... - 7 -6 模块划分最优化.................................................................................................................... -7 -7 代码工具化............................................................................................................................ - 8 -8 方案精细化............................................................................................................................ - 8 -9 资源合理化............................................................................................................................ - 9 -10 时序流水化.......................................................................................................................... - 9 -11 资源优化方法.................................................................................................................... - 10 -12 代码自检............................................................................................................................ - 10 -13 通用电路BB化.................................................................................................................. - 10 -写在前面作者简介：大家好，我是阿东，我在通信行业做了10年的芯片设计，做了几款大型路由器和交换机芯片，写了10年的Verilog，对Verilog是熟悉的不能再熟悉了，对数据通信、QOS有深入研究和实现，精通数据通信各种协议，对通信网络有较深理解。
精通ASIC、FPGA和Verilog架构、方案、实现设计。
希望我的经历能让大家掌握项目开发的编码规范、设计思想、方案设计，给大家的学习和发展略进绵薄之力。
已经推出的教材包括：《手把手教你学FPGA_语法篇》《手把手教你学FPGA _编程规范篇》《手把手教你学FPGA _仿真篇》《手把手教你学FPGA _设计思想篇》。
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https:///item.htm?spm=a1z10.1-c.w4004-1006554551.10.30df85ddnc1gGg&id=3 9939126777还有更多的开发板、配套外设、配套书籍可以直接到我们的淘宝店铺：https:///联系我们：QQ :1530384236旺旺：dongguo100QQ群：185735160 （欢迎加入）阿东FPGA论坛：/ (拷贝到浏览器中打开即可)1 什么是设计思想当前数字电路设计越来越复杂，一个项目里面每个人写的代码越来越多，及万行或者几十万行都越来越正常了，这么多的代码，如果没有一套完整的设计方法学，那么编写和重用是非常困难的。
设计方法学包括：编码规范，设计思想，设计流程，重用规范，代码检视方法等。
设计思想主要是有经验的老员工的经验积累，新员工和初学的人最欠缺的就是设计思想，因为这个是需要经过大型项目锤炼才能获得的。
2 概述本教材的设计思想主要包括代码简单化、注释层次化、交互界面清晰化、模块划分最优化、代码工具化、方案精细化、资源合理化、时序流水化、资源优化方法、代码自检、通用电路BB化。
3 代码简单化很多初学者和没有经过正规项目实践的人可能觉得代码写的越复杂越有水平，笔者最开始学习Verilog也是这样想的，每每看到复杂的代码都崇拜不已。
其实不是这样的，当前项目越来越复杂，新写的代码都需要经过多轮检视和后续项目重用，如果您的代码写的复杂无比，那么带来的检视、重用工作量是巨大的，也是项目周期不容许的，所以最好是使用简单的语句和逻辑实现复杂的功能，越简单越好。
能把一个复杂的东西使用简单的语句表达出来，是一种很好的能力。
代码简单化有几点建议：1)使用最基础和常见的语法，也有利于工具的资源优化。
2)少用复杂的语法，如“~^”、“===”等。
3)复杂功能分析清楚，语句之间越少耦合越好。
4)尽量不要使用状态机，状态机综合的电路较难分析，而且和其他电路相比还需要分析状态机覆盖率；4 注释层次化代码越复杂，注释的意义越大，注释分层可以提高对代码的理解和方案的划分。
注释层次化有几点建议：1)使用步骤1、2、3、4等编号描述.V文件的结构划分和功能。
2)每个步骤里面可以包括子步骤1、2、3、4等。
3)每个子步骤如果还是很复杂，可以继续划分子子步骤。
4)每个子步骤包括几个always或者assign块逻辑。
5 交互界面清晰化交互界面清晰化指的是模块间接口或者模块内子模块交互简单、清晰、没有歧义。
因为涉及到接口配合的地方一般都不是一个人完成的代码，凡不是一个人完成的事情都需要理解对方的意图，都是容易出问题的地方。
交互界面清晰化化有几点建议：1)接口定义越简单越好，需要避免耦合太多。
2)信号功能描述清晰，没有歧义。
3)信号最好在任何时候代表的都是相同的功能。
4)从系统方案层面划分接口，保证接口耦合性最少。
6 模块划分最优化复杂系统一般都是由多个模块一起完成的，如果模块划分不合理，会出现模块间耦合太多，导致系统不够健壮和清晰，很容易出问题，而且系统接受新需求能力不强，后续项目重用也比较麻烦。
所以模块划分是非常重要的一个环节。
让模块划分最优化是一个系统工程师必备的技能。
模块划分最优化有几点建议：1)完全理解系统的需求和规格。
2)对系统的实现要做到非常清楚。
3)划分的模块需要和熟悉系统的人讨论，大家都觉得是最优的时候才行。
4)模块间接口简单、清晰、没有歧义。
5)模块功能比较完整，同一个功能最好使用一个模块实现。
6)系统划分也要方便验证。