fpga
FPGA概述PPT课件
6.底层内嵌功能单元 内嵌专用硬核是相对于底层嵌入的软核而言 的，硬核（Hard Core）使FPGA具有强大 的处理能力，等效于ASIC电路。
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1.3 IP核简介
IP（Intelligent Property）核
是具有知识产权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。
通道绑定原 理示意图
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5.预加重技术 在印制的电路板上，线路是呈现低通滤波 器的频率特性的，为解决高频部分的损失， 就要采取预加重技术。
预加重技术的思想是：在传输信号时，抬高 信号的高频信号，以补偿线路上高频分量的 损失。
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没有预加重 的发送波形
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预加重后的 发送波形
没有预加重 的接收波形
典型的IOB内部结构示意图
2.可配置逻辑块(CLB)
CLB是FPGA内的基本逻辑单元 .
CLB的实际数量和特性会依据器件的不同而不同，但是每 个CLB都包含一个可配置开关矩阵，此矩阵由选型电路(多 路复用器等)、触发器和4或6个输入组成。
典型的CLB结 构示意图
3. 数字时钟管理模块（DCM）
目前FPGA中多使用4输入的LUT，所以每一 个LUT可以看成是一个有4位地址线的RAM。当用 户通过原理图或HDL语言描述一个逻辑电路以后， PLD/FPGA开发软件会自动计算逻辑电路的所有可 能结果，并把真值表(即结果)写入RAM，这样，每 输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址去 进行查表，找出地址对应的内容，然后输出即可。
DLL简单模 型示意图
Xilinx DLL的典 型模型示意图
在FPGA设计中，消除时钟的传输延迟，实现高扇出 最简单的方法就是用DLL，把CLK0与CLKFB相连 即可。 利用一个DLL可以 实现2倍频输出
(完整版)什么是FPGA
3、DSP实际应该称为DSPs，即用于DSP处理的专用芯片。跟普通计算机的区别一方面是他是哈佛结构的，也就是数据和程序空间分开（普通计算机是冯诺依曼结构）。另一方面他有流水线结构，不过现在其他也有了，见贤思齐。再一方面他有专用的硬件算法电路，用以完成DSP运算，比如最基本的乘法累加。上过DSP的就知道，蝶形算法FFT什么的，拆成最基本单元就是乘法累加，把这部分加速了，整体性能就有非常大的提高。DSP对于流媒体的处理能力远远的优于通用CPU。所以你看现在手机CPU，至少语音部分都是用DSP的。后来DSP概念也复杂化，各家都把一个控制核心整合到DSP里面，比如现在的智能手机芯片。可以看一下高通或者TI的片，基本是一个ARM核控制整体运算，一个DSP处理语音编解码，一个GPU负责图像运算，一个基带和天线处理模块负责通信，再加一些七七八八的东东比如GPS模块什么的。
2.单片机、某一项功能开发的专用集成芯片，集成度很低，成本很低，可是够用了。后来ASIC发展了一些，称为半定制专用集成电路，相对来说更接近FPGA，甚至在某些地方，ASIC就是个大概念，FPGA属于ASIC之下的一部分。
2、FPGA基本就是高端的CPLD，数字电路。这种器件是用逻辑门来表述性能的。本身他就是一堆的逻辑门，与非门、或非门、触发器（可以用与非门形成吧）等基本数字器件，编程决定了有多少器件被使用以及它们之间的连接。通过硬件描述语言把它转成电路连接，从最基本的逻辑门层面上连接成电路（参见数字电路书上那些全加器触发器什么的）。应该说，虽然看起来像一块CPU，其实是完全硬件实现的。它是在PAL、GAL、EPLD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。FPGA在抗干扰，速度上有很大优势。
FPGA的基本结构
FPGA的基本结构FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可重构的数字集成电路器件，具有灵活、快速、高度可定制等特点。
它由可编程逻辑单元（PLU）、可编程互联网络（PIM）、I/O引脚和配置存储器等组成。
以下是FPGA的基本结构。
1.可编程逻辑单元（PLU）：可编程逻辑单元是FPGA的主要组成部分，也称为查找表（Look-Up Table，LUT）。
它通常由多个输入和一个输出组成，输出的逻辑函数可以通过编程进行任意设置。
例如，一个4输入的可编程逻辑单元可以实现任意的逻辑函数，并将其输出与其他逻辑单元的输入相连。
2.可编程互联网络（PIM）：可编程互联网络是FPGA中负责连接可编程逻辑单元和I/O引脚的部分，它可以进行灵活的布线和连接。
在FPGA中，PIM通过配置来确定连接关系，并将逻辑单元之间的输入和输出进行合适的互联。
3.I/O引脚：FPGA具有大量的输入/输出引脚，用于与外部电路进行通信。
这些引脚可以用于接收输入信号，输出结果，或与其他表面组件进行通信，如存储器或处理器等。
4.配置存储器：配置存储器是FPGA的重要组成部分，用于存储逻辑单元和互联网络的配置信息。
当FPGA被开机或重新编程时，配置存储器将加载预先存储的配置信息，配置FPGA的逻辑和互连网络。
配置存储器可以是SRAM（静态随机存取存储器），也可以是EPROM（可擦写可编程只读存储器）或Flash存储器。
5.时钟：FPGA通常具有一个或多个时钟输入引脚，用于同步FPGA内部的操作。
时钟可以驱动FPGA中的时序电路，如触发器、计数器等。
6.DSP片：大型FPGA通常还包含一些专门用于数字信号处理（DSP）的硬件模块，如乘法器、累加器和滤波器等。
这些DSP模块提供了高效的信号处理功能，可以加速一些特定的应用，如图像处理和音频处理等。
FPGA的工作原理如下：首先，使用设计工具（如Verilog或VHDL）编写FPGA所需的逻辑功能，并进行逻辑综合和布局。
fpga简介
五、FPGA厂商
FPGA / PLD不是ATMEL的主要业务，中小规
模PLD做的不错。ATMEL也做了一些与Altera 和Xilinx兼容的片子，但在品质上与原厂家还是有一些
差距 。
Clear Logic 生产与一些著名PLD/FPGA大公司兼容的
芯片，这种芯片可将用户的设计一次性固化，不可编程， 批量生产时的成本较低。
三、FPGA的开发
• FPGA的开发软件与设计流程 • FPGA器件结构与原理
设计流程
设计输入
多种设计输入方法
• 原理图式图形设计输入 • 文本编辑
VHDL, Verilog, AHDL, XABEL • 内存编辑
Hex, Mif • 第三方工具
EDIF,HDL,VQM
设计综合
综合工具
Leonardo Spectrum* FPGA Compiler II Standard* & Altera Edition* FPGA Express* Synplicity Synplify*
• FPGA是电子设计领域中最具活力和发展 前途的一项技术，它的影响丝毫不亚于 70年代单片机的发明和使用。
• FPGA能做什么呢？
二、可编程逻辑器件的发展历程
• 只读存贮器(PROM)、紫外线可擦除只读存贮 器(EPROM)和电可擦除只读存贮器(EEPROM)
• 可编程逻辑器件(PLD)，主要有PAL(可编程阵 列逻辑)和GAL(通用阵列逻辑)。
Virtex-II Pro
ALTERA公司推出新一代可编程逻辑器件
• 高性能结构 • TriMatrix存储器 • DSP块 • 高带宽高速I/O接
口 • PLL系统时钟管理 • 终端技术 • 方便的系统更新
FPGA简介
IDEA Confidential
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FPGA的优势
稳定性
软件工具提供了编程环境，FPGA电路是真正的编程“硬”执行过 程。 基于处理器的系统往往包含了多个抽象层，可在多个进程之间 计划任务、共享资源。 驱动层控制着硬件资源，而操作系统管理内 存和处理器的带宽。 对于任何给定的处理器内核，一次只能执行一 个指令，且基于处理器的系统时刻面临着严格限时的任务相互取占 的风险。 而FPGA不使用操作系统，拥有真正的并行执行和专注于 每一项任务的确定性硬件，可减少稳定性方面出现问题的可能。
IDEA Confidential
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FPGA开发流程
配置下载 通过编程器（programmer）将布局布线后的配置文件下载至FPGA中， 对其硬件进行编程。配置文件一般为.pof或.sof文件格 式，下载方式包 括Active Serial Programming（主动）、Passive Serial（被动）、 JTAG等方式。
IDEA Confidential
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FPGA开发流程
RTL级HDL描述
设计方法：自下而上与自上而下两种方式。 自下而上：由最底层的元器件开始，从基本子系统去构建大系统的 电路设计模式是我们最初进行电路设计的一种基本方法。这种由底向 上的设计方式是电子线路初期频频采用的方法，在电路不太复杂、层 次比较简单的设计中，它是一种非常行之有效的方法。但随着电路越 来越复杂，这种方法则会存在着较大的弊病。这就是，纵然每个子系 统的设计分别满足各自的要求，系统的整体性能指标却往往得不到保 障。
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FPGA开发流程
综合
将RTL级HDL语言翻译成由与、或、非门等基本逻辑单元组成的门级 连接（网表），并根据设计目标与要求（约束条件）优化所生成的逻 辑连接，输出门级网表文件。
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是什么
fpga是什么FPGA是什么？FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）是一种高度灵活且可编程的集成电路设备。
相对于传统的专用集成电路（ASIC），FPGA具有独特的特点和优势。
它可以根据用户的需求进行编程，实现各种不同的逻辑功能和电路连接，同时可在现场进行重新编程和调试，从而不需要重新设计电路板。
FPGA不仅在电子工程领域有广泛的应用，还在通信、军事、航空航天等领域中发挥着重要的作用。
FPGA的基本结构由逻辑单元和可编程连接资源组成。
逻辑单元是FPGA中的最基本的构建块，用来实现各种逻辑门和寄存器等逻辑功能。
可编程连接资源是用来连接逻辑单元的资源，它们可以根据用户的需求来灵活连接，从而实现各种不同的电路功能。
通过这种可编程性，FPGA可以满足不同领域不同应用的需求，实现高度定制化的设计。
FPGA的特点之一是灵活性。
相对于ASIC，FPGA可以根据用户的需求进行编程和配置，以适应不同的应用场景。
这种灵活性使得FPGA成为一种非常受欢迎的电路设计工具，尤其是在设计的要求经常变动的项目中。
与传统的固定功能的电路相比，FPGA具有更好的适应性和可维护性。
另外，FPGA的可编程性还使得其具有较短的开发周期和较低的开发成本。
FPGA的另一个重要特点是可重构性。
与其他可编程逻辑器件（如PAL和CPLD）相比，FPGA具有更高的逻辑密度和可编程资源。
这意味着它可以容纳更多的逻辑单元和连接资源，从而实现更复杂的电路功能。
同时，FPGA还具有现场可编程的特性，即可以在现场通过编程器重新配置和调试，而不需要重新设计和制造电路板。
这种可重构性使得FPGA成为快速原型设计和故障排除的有力工具。
FPGA在各个领域中都有着广泛的应用。
在电子工程领域，它被用于数字信号处理（DSP）、网络交换、图像和视频处理、嵌入式系统、自动驾驶等领域。
在通信领域，FPGA可以用来实现高速数据传输和协议转换。
fpga硬件知识
fpga硬件知识FPGA硬件知识一、什么是FPGA？FPGA（Field-Programmable Gate Array）即现场可编程逻辑门阵列，是一种可编程的硬件设备。
与传统的ASIC（Application Specific Integrated Circuit）相比，FPGA具有灵活性更高的特点。
FPGA由可编程逻辑单元（PL）和可编程连接单元（CLB）组成，可以根据用户的需求进行逻辑功能的设计和实现。
二、FPGA的基本原理FPGA的基本原理是利用可编程连接单元将逻辑功能单元进行连接，从而实现特定的功能。
FPGA内部的可编程逻辑单元可以根据用户的需求，通过编程方式配置为与门、或门、非门等逻辑门。
可编程连接单元则负责将这些逻辑单元连接起来，形成用户想要的电路结构。
三、FPGA的应用领域1. 通信领域：FPGA在通信领域有着广泛的应用，可以实现各种通信协议的协议栈、数据包处理、信号处理等功能。
2. 图像与视频处理：FPGA可以实现图像和视频的编码、解码、增强、滤波等处理，广泛应用于数字电视、监控等领域。
3. 控制与自动化：FPGA可以用于控制系统的实时控制、数据采集、通信接口等，广泛应用于工业自动化、仪器仪表等领域。
4. 军事与航天：FPGA具有高可靠性和抗辐射能力，可以用于军事通信、导航、雷达等领域，也可以用于航天器的控制和数据处理。
5. 科学研究：FPGA可以用于科学实验中的数据采集、信号处理等，例如天文学中的射电望远镜、粒子物理学中的探测器等。
四、FPGA的优势和局限性1. 优势：- 灵活性高：FPGA可以根据用户的需求进行重新编程，实现不同的功能，具有很高的灵活性。
- 可重构性强：FPGA可以多次进行编程和擦除，可以实现不同的应用需求。
- 运算速度快：FPGA内部的逻辑单元可以并行运算，具有很高的运算速度。
2. 局限性：- 功耗较高：由于FPGA内部的逻辑单元是通过可编程连接单元进行连接的，其功耗较高。
FPGA结构与工作原理
FPGA结构与工作原理FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑设备，具有灵活的结构和工作原理。
一、FPGA的结构FPGA通常包含以下几个核心组成部分：1.可编程逻辑单元（PLU）：PLU是FPGA最基本的构建单元，由包含了逻辑门、通用查找表（LUT）等可编程逻辑元件组成。
可以通过编程将PLU的逻辑功能编程为任意数字逻辑功能。
2.开关矩阵：FPGA中的开关矩阵用于连接PLU和其他功能模块，实现不同PLU之间以及PLU与输入/输出（I/O）模块之间的连接。
3.配置存储器：FPGA的配置存储器用于存储FPGA内部电路的编程信息。
一般情况下，FPGA将采用非挥发性的可编程存储技术，如闪存或EEPROM，以保证配置信息在断电后保持。
4.时钟管理单元：时钟管理单元用于产生和分配时钟信号，以同步FPGA内部各个模块的操作。
常见的时钟管理单元包括锁相环（PLL）和时钟分频器等。
5.输入/输出模块：输入/输出模块用于将FPGA和外部环境进行通信。
输入模块用于接收来自外部环境的输入信号，输出模块用于向外部环境输出FPGA处理后的信号。
二、FPGA的工作原理FPGA的工作原理可以分为以下几个步骤：2.逻辑运算：一旦FPGA完成了配置，各个PLU根据其编程信息开始进行逻辑运算。
每个PLU根据其编程的逻辑功能，从输入端口读取相应的输入信号，并执行相应的逻辑计算得到输出信号。
3.内部互联：在逻辑运算过程中，FPGA内部的开关矩阵根据其编程信息，将PLU之间的连接实现。
开关矩阵可以根据需要进行动态重配置，使得不同的PLU可以灵活地连接起来，形成不同的电路结构。
4.时钟同步：FPGA的时钟管理单元产生时钟信号，并将该时钟信号传递到各个PLU中，以确保内部电路的运行是同步的。
时钟同步可以避免由于不同模块之间的时钟差异而导致的数据冲突和不稳定的情况。
5.输入/输出操作：FPGA的输入/输出模块负责与外部环境进行通信。
FPGA初学者基础课程
FPGA开发流程和实例
需求分析：明确FPGA需要实现的功能
综合：将代码转换为逻辑门级网表
仿真验证：使用Modelsim等工具进行功能仿真和时序仿真
下载到FPGA：将比特流文件下载到FPGA开发板
优化：根据调试结果对设计进行优化，提高性能和可靠性
设计输入：编写Verilog或VHDL代码
布局布线：优化逻辑门级网表，生成物理级网表
FPGA的主要作用是实现硬件加速，提高计算效率，降低功耗。
FPGA的发展趋势是向更高性能、更低功耗、更小尺寸方向发展。
1984年，Xilinx公司推出第一款FPGA产品XC2064
1985年，Altera公司推出第一款FPGA产品EPLD
1990年代，FPGA开始广泛应用于通信、军事等领域
2000年代，FPGA在消费电子、汽车电子等领域得到广泛应用
VHDL语言可以用于仿真和综合，生成实际的电路实现
VHDL语言可以用于描述组合逻辑、时序逻辑、状态机等电路结构
VHDL语言包括实体、结构体、进程等基本元素
Verilog是一种硬件描述语言，用于描述数字电路
Verilog语言包括模块、端口、信号、变量等基本概念
Verilog语言的语法包括赋值、条件语句、循环语句等
时序分析的方法：使用工具进行静态时序分析和动态时序分析
优化策略：减少关键路径的延迟，增加系统裕度
实例分析：通过具体案例讲解时序分析和优化的过程
设计目标：实现LED的闪烁效果
设计结果：成功实现LED的闪烁效果，加深对FPGA开发流程的理解。
设计原理：利用FPGA的时钟信号和计数器实现LED的亮灭控制
应用领域不断扩大，包括通信、医疗、金融等
FPGA市场规模持续增长，预计未来几年将保持高速增长
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第1章FPGA系统设计基础
1.1FPGA技术的发展历史和动向
1.2FPGA的典型应用领域
1.3FPGA的工艺结构
1.4主流的FPGA芯片厂家及其代表产品
1.5工程项目中FPGA芯片选择策略和原则
第2章从零开始设计FPGA最小系统
2.1FPGA最小系统的概念
2.2FPGA最小系统电路分析
2.3FPGA硬件系统的设计技巧
2.4FPGA硬件系统的调试方法
2.5典型实例1：在Altera的FPGA开发板上运行第一个FPGA程序2.6典型实例2：在Xilinx的FPGA开发板上运行第一个FPGA程序第3章硬件描述语言Verilog HDL基础
3.1Verilog HDL语言简介
3.2Verilog HDL程序基本结构
3.3Verilog HDL语言的数据类型和运算符
3.4Verilog HDL语言的赋值语句和块语句
3.5Verilog HDL语言的条件语句
3.6Verilog HDL语言的其他常用语句
3.7Verilog HDL语言实现组合逻辑电路
3.8Verilog HDL语言实现时序逻辑电路
3.9Verilog HDL语言与C语言的区别与联系
3.10Verilog HDL程序设计经验
3.11典型实例3：数字跑表
3.12典型实例4：PS/2接口控制
3.13典型实例5：交通灯控制器
第4章硬件描述语言Verilog HDL设计进阶
4.1task和function说明语句的区别
4.2V erilog HDL高级语法结构——任务（TASK）
4.3V erilog HDL高级语法结构——任务（function）
4.4有限状态机的设计原理及其代码风格
4.5逻辑综合的原则以及可综合的代码设计风格
4.6典型实例6：状态机应用
4.7典型实例7：自动转换量程频率计控制器
4.8典型实例8：使用函数实现简单的处理器
第5章FPGA设计开发软件Quartus II的使用技巧
5.1Quartus II软件简介
5.2Quartus II软件新特性
5.3Quartus II软件的安装与启动
5.4Quartus II软件设计流程
5.5创建工程设计文件
5.6编译及仿真工程
5.7约束及配置工程
5.8LogicLock逻辑锁定工具使用技巧
5.9SignalTap II在线逻辑分析仪的使用方法
5.10典型实例9：SignalTap II功能演示
5.11典型实例10：LogicLock功能演示
第6章FPGA设计开发软件ISE使用技巧
6.1ISE软件简介
6.2ISE软件的安装与启动
6.3ISE软件的设计流程
6.4创建设计工程
6.5编译与仿真设计工程
6.6增量式设计（Incremental Design）技巧
6.7片上逻辑分析仪（ChipScope Pro）使用技巧
6.8典型实例11：ChipScope功能演示
6.9典型实例12：增量式设计（Incremental Design）演示
第7章FPGA系统设计的仿真验证
7.1FPGA设计仿真验证的原理和方法
7.2ModelSim仿真工具简介
7.3ModelSim的仿真流程
7.4功能仿真和时序仿真的区别和实现方法
7.5仿真测试文件（Testbench）的设计方法
7.6典型实例13：SDRAM读写控制的实现与Modelsim仿真第8章基于FPGA的片上可编程系统（SOPC）设计
8.1基于FPGA的SOPC系统组成原理和典型方案
8.2Altera公司的NIOS II解决方案
8.3基于NIOS II的开发设计流程
8.4典型实例14：基于NIOSII处理器的“Hello LED”程序设计8.5典型实例15：基于NIOSII处理器的数字钟设计
第9章FPGA系统设计原则和技巧
9.1FPGA系统设计的3个基本原则
9.2FPGA系统设计的3种常用技巧
9.3FPGA系统设计的3种常用IP模块
第10章利用FPGA实现外设通信接口
10.1FPGA在外设接口实现方面的优势
10.2利用FPGA实现RS-232C串行接口
10.3利用FPGA实现USB 2.0通信接口
10.4利用FPGA实现常用显示接口（Display Interface）10.5利用FPGA实现A/D、D/A转换器接口
10.6典型实例16：RS-232C（UART）接口的设计与实现10.7典型实例17：USB 2.0接口的设计与实现
10.8典型实例18：字符LCD接口的设计与实现
10.9典型实例19：VGA接口的设计与实现
第10章FPGA与DSP协同处理系统设计
11.1基于FPGA+DSP协同处理平台的优势和适用领域
11.2基于FPGA+DSP的协同处理平台的设计流程
11.3FPGA与DSP的通信接口设计
11.4FPGA+DSP协同平台的调试技巧和注意事项11.5典型实例20：FPGA片上硬件乘法器的使用11.6典型实例21：整数DCT变换的设计与实现第12章数字图像倍焦系统设计与实现综合实例12.1设计需求分析与芯片选型
12.2系统工作原理分析
12.3系统原理框图
12.4FPGA内部结构设计
12.5系统硬件配置方案
12.6FPGA在其他视频和图像处理系统中的应用第13章高速PCI信号采集卡设计与实现综合实例13.1设计需求分析与功能定义
13.2系统工作原理分析
13.3PCI接口芯片PCI9054与FPGA的接口设计13.4PCI卡的驱动程序设计
13.5主机应用程序和驱动程序的接口设计
13.6FPGA内部结构设计
13.7硬件系统实现
13.8样机的调试方法和技巧
13.9产品稳定性和可靠性测试
13.10产品定型和设计文档备案。