FPGA入门
《FPGA入门学习》课件
LED闪烁设计
总结词
通过LED闪烁设计，掌握FPGA的基本控制功能和数字逻辑设计。
详细描述
LED闪烁设计是FPGA入门学习的基本项目之一，通过该设计，学习者可以了解FPGA的基本控制功能 ，掌握数字逻辑设计的基本原理和方法。LED闪烁设计通常涉及到LED灯的驱动和控制，需要学习者 掌握基本的数字逻辑门电路和时序控制。
FPGA具有并行处理和高速计算的优点，适 用于数字信号处理中的实时信号处理和算 法加速。
数字滤波器设计
频谱分析和正交变换
FPGA可以实现高性能的数字滤波器，如 FIR滤波器和IIR滤波器，用于信号降噪和特 征提取。
FPGA可以高效地实现FFT等正交变换算法 ，用于频谱分析和信号频率成分的提取。
图像处理应用
优化设计技巧
时序优化
讲解如何通过布局布线、时序分析等手段优化 FPGA设计，提高时序性能。
资源共享
介绍如何通过资源共享减少FPGA资源占用，提 高设计效率。
流水线设计
讲解如何利用流水线设计技术提高系统吞吐量。
硬件仿真与调试技术
仿真工具使用
介绍常用HDL仿真工具（如ModelSim）的使用方法 。
03
CATALOGUE
FPGA开发实战
数字钟设计
总结词
通过数字钟设计，掌握FPGA的基本开发流程和硬件描述语言的应用。
详细描述
数字钟设计是FPGA入门学习的经典项目之一，通过该设计，学习者可以了解FPGA开 发的基本流程，包括设计输入、综合、布局布线、配置下载等。同时，数字钟设计也涉 及到硬件描述语言（如Verilog或VHDL）的应用，学习者可以掌握基本的逻辑设计和
基础语言。
FPGA开发流程
FPGA入门培训教材共45张PPT课件
# STEP#4: run router, report actual utilization and timing, write checkpoint design, run drc, write verilog and xdc out route_design write_checkpoint -force $outputDir/post_route report_timing_summary -file $outputDir/post_route_timing_summary.rpt report_timing -sort_by group -max_paths 100 -path_type summary -file $outputDir/post_route_timing.rpt report_clock_utilization -file $outputDir/clock_util.rpt report_utilization -file $outputDir/post_route_util.rpt report_power -file $outputDir/post_route_power.rpt report_drc -file $outputDir/post_imp_drc.rpt write_verilog -force $outputDir/bft_impl_netlist.v write_xdc -no_fixed_only -force $outputDir/bft_impl.xdc
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。
如何入门FPGA
如何入门FPGAFPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，可以按需编程、配置和重构。
学习和掌握FPGA技术对于想要从事数字电路设计、嵌入式系统开发、通信系统设计等领域的人来说非常有价值。
以下是如何入门FPGA的步骤和建议。
1.学习数字电路基础知识：在学习FPGA之前，了解数字电路的基础知识将非常有帮助。
理解基本的逻辑门（与门、或门、非门等）和组合逻辑电路、时序逻辑电路的概念和工作原理。
可以通过读书、参加相关的课程或在线学习平台来学习这些基础知识。
2. 了解FPGA的工作原理：FPGA是由大量的可编程逻辑单元（Look-up Tables，LUTs）和触发器（Flip-Flops，FFs）组成的。
学习FPGA的基本结构和原理，涉及到配置位文件（Configuration Bitstream）的生成和加载，以及时钟、信号输入输出等方面的知识。
4. 学习HDL编程语言：FPGA编程使用的主要是硬件描述语言（Hardware Description Language，HDL），如VHDL（VHSIC Hardware Description Language）和Verilog。
选择其中一种HDL语言进行学习，并通过编写一些简单的逻辑电路代码来熟悉语法和使用方式。
6.实践项目：通过动手实践一些简单的项目，如实现基本的逻辑电路或时序电路，来巩固所学的知识。
可以在官方的开发工具中找到一些示例项目，并根据自己的兴趣和学习目标来选择适合自己的项目。
7.参加培训或课程：如果有条件的话，参加FPGA相关的培训或课程可以帮助深入理解FPGA的概念和应用。
有些在线学习平台也提供了一些免费或付费的FPGA课程，可以根据自己的需要选择适合自己的课程。
8.参考资料和社区支持：在学习FPGA的过程中，参考相关的书籍、教程、文档和网上资料很重要。
此外，加入FPGA相关的技术论坛或社区，与其他的FPGA爱好者和专业人士交流和分享经验，可以帮助解决问题和扩展自己的知识。
FPGA的基本原理(详细+入门)
门阵等效门：一个门阵等效门定义为一个两输入端的“与非”门。 系统门：是芯片上门的总数，是厂家指定给器件的一个门数。
十一、FPGA的封装
1、引脚数：FPGA芯片总的引脚数。 2、用户I/O数：指除了电源引脚、特殊功能引脚外的引脚，这些引脚可根据用户的需要进行配置。 3、 I/O驱动电流：8mA 或10mA。 4、时钟网络数：FPGA芯片可能包含1个、2个或4个时钟网络。 5、封装：PLCC，PQFP，CPGA等封装形式。 6、工作温度范围：FPGA芯片一般有商用、工业用及军用等不同的工作温度范围。 7、工作环境：一般分普通工作环境和航天工作环境。
ACT1模块是如何实现三输入与门的？
2、查表型FPGA结构 两输入与门： 4 X 1 RAM 表：
A
B
C
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
A1
A0
（二）、 什么是FPGA？ FPGA是英语（Field programmable Gate Array）的缩写，即现场可编程门阵。它的结构类似于掩膜可编程门阵（MPGA），由可编程逻辑功能块和可编程I/O模块排成阵列组成，并由可编程的内部连线连接这些逻辑功能块和I/O模块来实现不同的设计。 1、FPGA与MPGA的区别： MPGA利用集成电路制造过程进行编程来形成金属互连，而FPGA利用可编程的电子开关实现逻辑功能和互连。 2、FPGA与CPLD的区别： 1) 结构不同：FPGA是由可编程的逻辑模块、可编程的分段互连线和I/O模块组成，而CPLD是由逻辑阵列块、可编程连线阵列和I/O模块组成。 2) CPLD延时可预测（Predictable），FPGA的延时与布局布线情况有关。 3) CPLD 组合逻辑多而触发器较少，而FPGA触发器多。
FPGA开发入门教程
FPGA开发入门教程FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可重新配置的集成电路，能够根据用户需求实现不同的功能。
作为硬件开发的重要技术之一，FPGA具有灵活性高、性能强、功耗低等优点，因此受到了广泛的关注和应用。
本文将介绍FPGA开发的入门教程，帮助初学者快速上手FPGA开发。
第一步：了解FPGA第二步：选择开发工具和开发板FPGA开发需要选择合适的开发工具和开发板。
常用的FPGA开发工具有Xilinx的Vivado和Altera的Quartus等。
这些工具提供了图形化界面以及一些示例代码，方便用户进行开发和调试。
开发板是用户在FPGA开发中搭建硬件平台的重要部分，通过开发板可以将FPGA芯片与其他外设相连接，进行实际的验证和测试。
选择开发工具和开发板时要考虑到自己的需求和预算。
第三步：学习HDL编程语言HDL（Hardware Description Language）是用于描述数字电路的编程语言，FPGA开发中常用的HDL有Verilog和VHDL。
要掌握FPGA开发，我们必须学习和熟悉HDL编程语言。
HDL语言可以描述数字电路的结构、功能和时序等信息，通过HDL编写的代码可以被FPGA开发工具转化成对应的硬件电路。
学习HDL编程语言需要掌握其语法规则和基本概念，理解时序逻辑和组合逻辑的原理，并通过练习和实践进行巩固。
第四步：学习FPGA开发流程第五步：完成第一个FPGA项目通过以上几个步骤的学习和实践，我们已经具备了进行FPGA开发的基本能力。
接下来我们可以尝试完成一个简单的FPGA项目，例如实现一个LED闪烁的功能。
我们可以使用HDL语言编写一个简单的计数器，将计数值输出到FPGA开发板上的LED灯，通过改变计数值的频率实现LED的闪烁。
完成这个项目可以加深对FPGA开发流程的理解，并为后续更复杂的项目奠定基础。
总结FPGA开发入门需要掌握FPGA的基本概念和工作原理，选择合适的开发工具和开发板，学习HDL编程语言，了解FPGA开发流程，并通过实践完成一个简单的FPGA项目。
《FPGA基础知识》课件
FPGA应用实例
计算机视觉中的FPGA
FPGA广泛用于图像处理和机 器视觉领域，能够提供高性 能和低功耗的图像处理解决 方案。
信号处理中的FPGA
FPGA可以通过高速并行处理 技术实现大规模信号处理， 有利于提高信号处理速度和 精度。
FPGA未来发展方向
1 面向高性能计算的FPGA
随着计算机科学的发展，FPGA在高性能计算、人工智能领域有着巨大的发展潜力。
2 面向云计算的FPGA
随着云计算的普及，FPGA被用于提高云计算的计算速度和存储容量。
总结
FPGA的优点与缺点的总结
FPGA的应用前景展望
在使用FPGA应用时，需要充分评估其优点和缺点， 未来，FPGA将继续发挥其在高性能计算、人工智
FPGA的应用领域
FPGA广泛用于数字信号处理、网络通信、图像处理、高性能计算等领域。
FPGA基本构成
CLB(配置逻辑块)
CLB是FPGA中最基本 的逻辑单元，由LUT 和FF组成，用于实 现逻辑和存储功能。
IOB(输入输出块)
IOB是FPGA中的输入 输出单元，用于实 现芯片与外界的通 信。
LUT(查找表)
FPGA基础知识
FPGA(Field-Programmable Gate Array)是一种可编程芯片，因其灵活性、低功耗 和高性能被广泛应用。
FPGA简介
什么是FPGA？
FPGA是一种可编程逻辑芯片，由可编程逻辑单元(CLUT)、IO单元(IOB)和时钟管理器(DCM)组 成。
FPGA的历史
FPGA诞生于1985年，自那以后，FPGA在各个领域得到了广泛应用。
Quartus II软件环境
FPGA入门教程_ALTERA_Quartus_II__和_XILINX___ISE_CPLD入门教程_教案_VHDL_Verilog_例程讲解
2011-8
FPGA介绍
何为FPGA?
FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现 场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编 程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用 集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现 的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编 程器件门电路数有限的缺点
Verilog HDL 的抽象级别
语言本身提供了各种层次抽象的表述，可以用详细 程度有很大差别的的多层次模块组合来描述一个 电路系统。 行为级：技术指标和算法的Verilog描述 RTL关级：具体的晶体管物理器件的描述
Verilog HDL 的抽象级别
设计复杂数字系统的工具 和手段
两种硬件描述语言 ： Verilog VHDL
有哪几种硬件描述语言？ 各有什么特点？
Verilog HDL - 较多的第三方工具的支持 - 语法结构比VHDL简单 - 学习起来比VHDL容易 - 仿真工具比较好使 - 测试激励模块容易编写
Verilog HDL 的发展历史
两者建模能力的比较
行为级 的抽象
系统级
SystemVerilo g
算法级
VHDL Verilog
寄存器传输级
逻辑门级 VITAL
开关电路级
VerilogHDL 与 VHDL 建 模 能 力 的 比 较
Verilog HDL有什么用处？
在各种抽象层次上描述数字电路
测试各种层次数字电路的行为 设计出正确有效的复杂电路结构
数字信号处理系统的实现
非实时系统： 通用的计算机和利用通用计算机改装的设备，主要 工作量是编写 “C” 程序。输入/输出数据大多为文 本 。 实时系统： 信号处理专用的微处理器为核心的设备，主要工作 量是编写汇编程序。输入/输出数据大多为数据流， 直接用于控制 。
FPGA初级入门课程
仿真：使用 Ve r i l o g 仿 真 工具对网表文 件进行仿真， 验证设计是否 符合预期。
综合：使用 Ve r i l o g 综 合 工具将网表文 件综合成门级 网表，用于后 续布局布线和
实现。
布局布线：使 实现：使用 用Verilog布 Verilog实现 局布线工具对 工具将物理级 门级网表进行 网表实现成具 布局布线，生 体的FPGA器 成物理级网表。 件，完成设计。
下载与配置
下
载
FPGA开
发工具
安
装
FPGA开
发工具
配
置
FPGA开
发环境
导
入
FPGA设
计文件
编
译
FPGA设
计文件
下
载
FPGA配
置文件到
目标板
Part Six
FPGA应用实例
LED闪烁控制实例
添加标题
硬件需求：FPGA开发板、LED灯、电阻
添加标题
软 件 需 求 ： F P G A 开 发 环 境 、 Ve r i l o g 语 言
添加标题
扩展应用：可以扩展到其他LED控制应用，如LED条形图、LED点阵显示等
数码管显示实例
数码管简介：由多个发光二极管组成，用于显示数字和字符 数码管驱动：FPGA通过控制数码管的阳极和阴极来显示不同的数字和 字符 实例一：使用FPGA实现数码管动态显示，如倒计时、时钟等
实例二：使用FPGA实现数码管字符显示，如显示文字、图标等
仿真验证：使用仿真工具， 对VHDL代码进行仿真验 证
综合优化：对VHDL代码 进行综合优化，提高性能 和可靠性
布局布线：将优化后的 VHDL代码布局布线到 FPGA芯片上
FPGA入门教程
FPGA入门教程FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，可以根据用户的需求进行配置，用于实现各种不同的逻辑电路。
相比于ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）, FPGA在设计周期、成本和灵活性方面具有明显的优势。
本教程将介绍FPGA的基本概念、设计流程和常见的编程方法。
一、FPGA的基本概念FPGA由可编程逻辑单元（Look-Up Tables, LUTs）、寄存器和多路复用器等基本元件组成。
这些元件通过一系列的可编程连线来连接，从而实现用户所需的电路功能。
用户可以通过编程来配置FPGA的连线和逻辑单元，从而实现不同的电路功能。
二、FPGA的设计流程1.需求分析：明确设计的目标和需求，确定需要实现的功能。
2.电路设计：将所需的功能转化为电路设计，包括逻辑门电路的设计和连线规划。
3.编程语言选择：选择一种适合的编程语言进行FPGA的编程。
常见的编程语言包括VHDL和Verilog。
4.编写代码：使用选定的编程语言编写FPGA的代码，其中代码包括包括逻辑电路和连线规划。
5.仿真验证：通过仿真软件对FPGA的代码进行验证，确保电路的正确性。
6.综合和布局布线：将FPGA的代码进行综合，将其转换为真正的逻辑电路。
然后进行布局布线，将逻辑电路映射到FPGA的可编程连线中。
8.测试和调试：对FPGA进行测试和调试，检查功能和性能是否符合设计需求。
三、FPGA的编程方法1.结构化编程：采用模块化设计方法，将FPGA的功能划分为若干个模块，每个模块负责实现特定的功能。
然后，将这些模块进行实例化和连接，构建成完整的电路。
2.状态机设计：利用状态机的概念来描述和实现电路的行为。
将电路分为若干个状态，并定义状态之间的转移条件。
通过寄存器和逻辑门来实现状态机的转移和控制逻辑。
3.时序分析：对FPGA的时序进行分析，在设计和布局布线过程中保证电路的正常工作。
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FPGA在目前应用领域非常，在目前的单板设计里面，几乎都可以看到它的身影。
从简单的逻辑组合，到高端的图像、通信协议处理，从单片逻辑到复杂的ASIC原型验证，从小家电到航天器，都可以看到FPGA应用，它的优点在这里无庸赘述。
从个人实用角度看，对于学生，掌握FPGA可以找到一份很好的工作，对于有经验的工作人员，使用fgpa可以让设计变得非常有灵活性。
掌握了fpga的设计，单板硬件设计就非常容易（不是系统设计），特别是上大学时如同天书的逻辑时序图，看起来就非常亲切。
但fpga的入门却有一定难度，因为它不像软件设计，只要有一台计算机，几乎就可以完成所有的设计。
fpga的设计与硬件直接相关，需要实实在在的调试仪器，譬如示波器等。
这些硬件设备一般比较昂贵，这就造成一定的入门门槛，新人在入门时遇到一点问题或者困难，由于没有调试设备，无法定位问题，最后可能就会放弃。
其实这时如果有人稍微指点一下，这个门槛很容易就过去。
我用FPGA做设计很多年了，远达不到精通的境界，只是熟悉使用，在这里把我对fpga的学习步骤理解写出来，仅是作为一个参考，不对的地方，欢迎大家讨论和指正。
1、工欲善其事，必先利其器。
计算机必不可少。
目前FPGA应用较多的是Altera和xilinx这两个公司，可以选择安装quartusII或者ISE软件。
这是必备的软件环境。
硬件环境还需要下载器、目标板。
虽然有人说没有下载器和目标板也可学习fpga，但那总是纸上谈兵。
这就像谈女朋友，总是嘴上说说，通个电话，连个手都没牵，能说人家是你朋友？虽说搭建硬件环境需要花费，但想想，硬件环境至多几百元钱，你要真的掌握FPGA 的设计，起薪比别人都不止高出这么多。
这点花费算什么？
2、熟悉verilog语言或者vhdl语言，熟练使用quartusII或者ISE软件。
VHDL和verilog各有优点，选择一个，建议选择verilog。
熟练使用设计软件，知道怎样编译、仿真、下载等过程。
3、设计一个小代码，下载到目标板看看结果
此时可以设计一个最简答的程序，譬如点灯。
如果灯在闪烁了，表示基本入门了。
如果此时能够下载到fpga外挂的flash，fpga程序能够从flash启动,表明fpga的最简单设计你已经成功，可以到下一步。
4、设计稍微复杂的代码，下载到目标板看看结果。
可以设计一个UART程序，网上有参考，你要懂RS232协议和fpga内置的逻辑分析仪。
网上下载一个串口调试助手，调试一番，如果通信成功了，恭喜，水平有提高。
进入下一步。
5、设计复杂的代码，下载到目标板看看结果。
譬如sdram的程序，网上也有参考，这个设计难度有点大。
可用串口来调试sdram，把串口的数据存储到sdram，然后读回，如果成功，那你就比较熟悉fpga的设计饿了
6、设计高速接口，譬如ddr2或者高速串行接口
这要对fpga的物理特性非常了解，而且要懂得是时序约束等设计方法，要看大量的原厂文档，这部分成功了，那就对fpga的物理接口掌握很深，你就是设计高手了
7、设计一个复杂的协议
譬如USB、PCIexpress、图像编解码等，锻炼对系统的整体把握和逻辑划分。
完成
这些，你就是一个一流的高手、
8、学习再学习
学习什么，我也不知道，我只知道“学无止境，山外有山”。
最近也面试了很多FPGA工程师，没找到合适，我觉得很多人从开始的时候就误入歧途了，对新手学习FPGA设计我也说一点看法吧。
我认为要从基础开始做，基础牢，才有成为高手的可能。
我觉得有以下几步必须要走：第一步：学习了解FPGA结构，FPGA到底是什么东西，芯片里面有什么，不要开始就拿个开发板照着别人的东西去编程。
很多开发板的程序写的很烂，我也做过一段时间的开发板设计，我觉得很大程度上，开发板在误人子弟。
不过原厂提供的正品开发板，代码很优秀的，可以借鉴。
只有了解了FPGA内部的结构才能明白为什么写Verilog和写C整体思路是不一样的。
第二步：掌握FPGA设计的流程。
了解每一步在做什么，为什么要那么做。
很多人都是不就是那几步吗，有什么奇怪的？呵呵，我想至少有一半以上的人不知道synthesize和traslate 的区别吧。
了解了FPGA的结构和设计流程才有可能知道怎么去优化设计，提高速度，减少资源，不要急躁，不要去在为选择什么语言和选择哪个公司的芯片上下功夫。
语言只是一个表达的方式，重要的是你的思维，没有一个好的指导思想，语言用得再好，不过是个懂语言的人。
深圳专业FPGA系统实训，包教会，小班授课为主。
QQ1187729241 第三步：开始学习代码了。
我建议要学代码的人都去Altera或Xilinx的网站上下原厂工程师的代码学习。
不要一开始就走入误区。
第四步：template很重要。
能不能高效利用fpga资源，一是了解fpga结构，二是了解欲实现的逻辑功能和基本机构，三是使用正确的模板。
FPGA内部器件种类相对较单一，用好模板，你的逻辑才能被高效的综合成FPGA擅长表达的结构：）做fpga主要是要有电路的思想，作为初学者，往往对器件可能不是熟悉，那么应该对于数字电路的知识很熟悉吧，fpga中是由触发器和查找表以及互联线等基本结构组成的，其实在我们在代码里面能够看到的就是与非门以及触发器，不要把verilog和c语言等同起来，根本就是不同的东西，没有什么可比性，在写一句程序的时候应该想到出来的是一个什么样的电路，计数器选择器三态门等等，理解时序，逻辑是一拍一拍的东西，在设计初期想的不是很清楚的时候可以画画时序图，这样思路会更加的清晰，还有就是仿真很重要，不要写完程序就去往fpga中去加载，首先要仿真，尤其是对比较大型一点的程序，想像自己是在做asic，是没有二次机会的，所以一定要把仿真做好，还有很多新手对于语言的学习不知道选vhdl好还是verilog好，个人偏好verilog，当然不是说vhdl不好，反正写出来的都是电路，那当然就不要在语言的语法上面花太多的功夫了，verilog 言简意赅assign always case if else 掌握这些几乎可以写出90%的电路了，上面是我的一些愚见，希望对大家有所帮助，个人愚见，欢迎大家讨论。
（转载）。