FPGA技术介绍.ppt
合集下载
FPGA概述PPT课件
•11
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。
•12
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
•28
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。
•29
没有预加重 的发送波形
•30
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
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。
•12
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
•28
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。
•29
没有预加重 的发送波形
•30
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
《FPGA入门学习》课件
时序控制。
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
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基础ppt课件
Synplify pro 界面
Synplify Pro Features
Synplify Premier 界面
Synplify Premier Features
Quartus II 的界面
Quartus II Features
主要功能
1)可利用原理图、结构框图、VerilogHDL、AHDL和VHDL完成电路 描述，并将其保存为设计实体文件； 2) 功能强大的逻辑综合工具； 3)完备的电路功能仿真与时序逻辑仿真工具； 4)定时/时序分析与关键路径延时分析； 5)可使用SignalTap II逻辑分析工具进行嵌入式的逻辑分析； 6)支持软件源文件的添加和创建，并将它们链接起来生成编程文件； 7)使用组合编译方式可一次完成整体设计流程； 8)自动定位编译错误； 9)高效的期间编程与验证工具； 10)可读入标准的EDIF网表文件、VHDL网表文件和Verilog网表文件； 13)能生成第三方EDA软件使用的VHDL网表文件和Verilog网表文件。
内容
什么是FPGA? 实验室现有的FPGA型号 Altera FPGA 的使用和相关软件介绍 FPGA开发板操作演示
FPGA开发板操作演示
以下进行FPGA开发的具体操作演示
5）时序验证，其目的是保证设计满足时序要求，即setup/hold time符合要求，以便 数据能被正确的采样。时序验证的主要方法包括STA（Static TimingAnalysis）和后 仿真。在后仿真中将布局布线的时延反标到设计中去，使仿真既包含门延时，又包含 线延时信息。这种后仿真是最准确的仿真，能较好地反映芯片的实际工作情况。仿真 工具与综合前仿真工具相同。
FPGA的结构特点
FPGA通常包含三类可编程资源：可编程逻辑功能 块、可编程I/O块和可编程互连。可编程逻辑功能 块是实现用户功能的基本单元，它们通常排列成 一个阵列，散布于整个芯片；可编程I/O块完成芯 片上逻辑与外部封装脚的接口，常围绕着阵列排 列于芯片四周；可编程内部互连包括各种长度的 连线线段和一些可编程连接开关，它们将各个可 编程逻辑块或I/O块连接起来，构成特定功能的电 路。
FPGA全面介绍 ppt课件
时2延021/3/26
2016年10月11日 互路联由网器的及普交及换器出货量大首增 款嵌服 人入务工器智式数能F据、P中5GG心等A加需诞速求生
FPGA全面介绍 ppt课件
9
2 FPGA设计思想与技巧 ——Present by 谭拢
乒乓操作、串并转换、流水线操作、数据接口的同步方法
2021/3/26
采
总
样
双口RAM
线
控
控
制
制
模
模
块
块
COM控制模块
时钟控制模块
2021/3/26
外部通讯接口 FPGA全面介绍 ppt课件
处理器模块
DSP
总
线
解
控
算
制
模
模
块
块
30
PART 3 FPGA设计实例
FPGA与DSP间通信 双口RAM
EMIF与双口RAM之间的连接
2021/3/26
FPGA全面介绍 ppt课件
超20位美国会议员反对
2021/3/26
FPGA全面介绍 ppt课件
7
PART 1 FPGA发展概述
1.2 FPGA结构概述
DCM
IOB IOB
CLB
BR AM
IOB
BR
IOB
AM
IOB：可编程输入输出单元 CLB：可配置逻辑块
BRAM：嵌入式块RAM
丰富的布线资源
底层内嵌功能单元：DLL、PLL、DSP和CPU等软核
2021/3/26
FPGA全面介绍 ppt课件
21
PART 2 FPGA设计思想与技巧
数据接口同步方法
➢ 上级数据和本级时钟是异步的
2016年10月11日 互路联由网器的及普交及换器出货量大首增 款嵌服 人入务工器智式数能F据、P中5GG心等A加需诞速求生
FPGA全面介绍 ppt课件
9
2 FPGA设计思想与技巧 ——Present by 谭拢
乒乓操作、串并转换、流水线操作、数据接口的同步方法
2021/3/26
采
总
样
双口RAM
线
控
控
制
制
模
模
块
块
COM控制模块
时钟控制模块
2021/3/26
外部通讯接口 FPGA全面介绍 ppt课件
处理器模块
DSP
总
线
解
控
算
制
模
模
块
块
30
PART 3 FPGA设计实例
FPGA与DSP间通信 双口RAM
EMIF与双口RAM之间的连接
2021/3/26
FPGA全面介绍 ppt课件
超20位美国会议员反对
2021/3/26
FPGA全面介绍 ppt课件
7
PART 1 FPGA发展概述
1.2 FPGA结构概述
DCM
IOB IOB
CLB
BR AM
IOB
BR
IOB
AM
IOB：可编程输入输出单元 CLB：可配置逻辑块
BRAM：嵌入式块RAM
丰富的布线资源
底层内嵌功能单元：DLL、PLL、DSP和CPU等软核
2021/3/26
FPGA全面介绍 ppt课件
21
PART 2 FPGA设计思想与技巧
数据接口同步方法
➢ 上级数据和本级时钟是异步的
《逻辑器件FPGA》课件
块RAM
块RAM用于存储大规模的数据，提供高密度的 存储容量。
FPGA的输入输出
FPGA的输入输出包括通用I/O接口、高速串行接口和专有外设接口等，用于与外部设备进行数据交互。
FPGA的时序设计
时序设计是指在FPGA设计中对数据和信号的传输时序进行控制和优化，以满足设计要求和时钟约束。
FPGA的时序分析
FPGA的性能指标
1 逻辑门数目
FPGA的逻辑门数目决定了其逻辑资源的容量和处理能力。
2 时钟速度
FPGA的时钟速度越高，它可以处理的操作越快。
3 资源利用率
资源利用率是指FPGA中逻辑资源、内存单元和硬IP的使用效率。
FPGA的逻辑单元
FPGA的逻辑单元（Logic Element）包括查找表、触发器和多路选择器等， 用于实现逻辑功能和存储数据。
时序分析用于评估FPGA设计在实际运行中的时序性能，避免出现时序冲突和 时序失效。
FPGA编程语言
1 硬件描述语言
硬件描述语言（HDL）如VHDL和Verilog，用于描述FPGA的逻辑和功能。
2 高级语言
高级编程语言如C、C++和Python，用于开发FPGA的控制和数据处理部分。
3 编程环境
FPGA编程环境如Quartus和Vivado，提供了开发、仿真和调试FPGA设计所需的工具。
FPGA路由的实现
1
全局路由
全局路由用于将不同区块之间的信号连接起来，实现跨区块的通信。
2
局部路由
局部路由用于连接同一区块内部的信号，实现区块内部的信号传输。
3
时序约束
时序约束用于指定FPGA设计中不同信号的时序关系，以确保设计的正确运行。
《FPGA简介》PPT课件
{Count ，Sum} = A + B + Cin ;
begin
end
Sum = (A ^ B) ^ Cin ;
endmodule
T1 = A & Cin;
T2 = B & Cin ;
T3 = A & B;
Cout = (T1| T2) | T3;
end
endmodule
FPGA技术
Verilog HDL的数据类型
FPGA简介
1.可编程逻辑器件发展历程 2.CPLD/FPGA概述 3.CPLD/FPGA基本原理 4.FPGA设计方法 5.FPGA设计流程 6.Verilog HDL语言简介 7.PLD/FPGA发展趋势
FPGA技术
1.可编程逻辑器件的发展历程
FPGA
早期
可编程逻辑器件(PLD) 可编程阵列逻辑(PAL）
output Sum, Count;
wire S1,T1,T2,T3;
assign # 2 S1 = A ^ B;
assign # 2 Sum = S1 ^
Cin;
assign #2 T3 = A & B;
FPGA技术
行为描述方式
行为方式的建模是指采用对信号行为级的描述（不是结
构级的描述）的方法来建模。在表示方面，类似数据流
net
FPGA技术
2.时延 信号在电路中传输会有传播延时等，如线延时、器 件延时。时延就是对延时特性的HDL描述。
assign # 2 B = A
`timescale 1ns /1 00ps
建模方式
FPGA技术
•结构化描述方式
•数据流描述方式
•行为描述方式
FPGA硬件加速技术ppt课件
需求。
3、FPGA 加速模块
FPGA加速模块
• 高性能 面向领域，相对于传统服务器实现10倍至100倍加速
比； • 低功耗
功耗低至75w，相对于CPU和GPU加速，具备最高的 每瓦性能。 • 高密度
每个加速器高度集成2到4片Xilinx 最新的Virtex-7 系 列FPGA芯片，提供无与伦比的加速性能； • PCI-E接口
CAPP PCIe POWER8 Processor
CAPI FPGA
IBM-Supplied POWER Service Layer
Accelerator Function Unit (AFU)
Mem Mem
Acc
Acc
CAPI
CPU
CPU
(P8)
(P8)
EI
CPU
CPU
(P8)
(P8)
PCIe bridge
…… 加速比 550倍
330倍
200倍
……
4、产品展望
• UltraScale架构FPGA芯片 • 与POWER服务器紧密集成
P&P服务器 CAPI技术
. CAPI: Coherent Accelerator Processor Interface(一致性加速处理器接口)
. 允许用户自行设计加速硬件，但在CPU上看做似乎是自己的一部分，与CPU共享内 存地址空间
16GB 40 GB/s 75w/150w 板上内存ECC保护 温度监测及过热保护
应用领域
大数据处理
• 数据清洗 • No SQL键值存取 • 数据压缩解压 • EC编解码
密码安全
生物特征识 别
图像、音视频 处理
• 密码加密算法 • 密码解密算法
3、FPGA 加速模块
FPGA加速模块
• 高性能 面向领域，相对于传统服务器实现10倍至100倍加速
比； • 低功耗
功耗低至75w，相对于CPU和GPU加速，具备最高的 每瓦性能。 • 高密度
每个加速器高度集成2到4片Xilinx 最新的Virtex-7 系 列FPGA芯片，提供无与伦比的加速性能； • PCI-E接口
CAPP PCIe POWER8 Processor
CAPI FPGA
IBM-Supplied POWER Service Layer
Accelerator Function Unit (AFU)
Mem Mem
Acc
Acc
CAPI
CPU
CPU
(P8)
(P8)
EI
CPU
CPU
(P8)
(P8)
PCIe bridge
…… 加速比 550倍
330倍
200倍
……
4、产品展望
• UltraScale架构FPGA芯片 • 与POWER服务器紧密集成
P&P服务器 CAPI技术
. CAPI: Coherent Accelerator Processor Interface(一致性加速处理器接口)
. 允许用户自行设计加速硬件，但在CPU上看做似乎是自己的一部分，与CPU共享内 存地址空间
16GB 40 GB/s 75w/150w 板上内存ECC保护 温度监测及过热保护
应用领域
大数据处理
• 数据清洗 • No SQL键值存取 • 数据压缩解压 • EC编解码
密码安全
生物特征识 别
图像、音视频 处理
• 密码加密算法 • 密码解密算法
FPGA基础知识PPT课件
.
18
基本可编程逻辑单元
由查找表(Look up table)触发器(FF)组成；
LUT一般是4输入查找表，高端器件（xilinx v5）采用LUT-6结构； LUT可看成4位地址线的16x1的RAM 结构
FF是可编程的触发器，可配置成同步/异步复位、同步/异步置位、 使能、装载等功能触发器；
a,b,c,d
.
29
SOPC(System on programmable chip):片上可编 程系统 FPGA内嵌入了CPU/DSP，具备实现软硬件协同 设计的能力； Xilinx：
FPGA基于查找表加触发器的结构，采用SRAM工 艺，也有采用flash或者反熔丝工艺；主要应用高 速、高密度大的数字电路设计；
FPGA由可编程输入/输出单元、基本可编程逻辑 单元、嵌入式块RAM、丰富的布线资源（时钟/长 线/短线）、底层嵌入功能单元、内嵌专用的硬核 等组成；
目前市场上应用比较广泛的FPGA芯片主要来自 Altera与Xilinx。另外还有其它厂家的一些低端芯 片(Actel、Lattice)；
.
10
FPGA器件结构 可编程输入/输出单元 可编程逻辑单元 嵌入式块RAM 布线资源 底层嵌入功能单元
.
11
FPGA器件结构
Xilinx spatan-3器件结构
.
12
Altera cyclone II器件结构
LAB
.
13
FPGA器件结构 可编程输入/输出单元 可编程逻辑单元 嵌入式块RAM 布线资源 底层嵌入功能单元
.
5
CPLD器件结构
MAX7000 CPLD内部结构
宏单元
.
6
宏单元(乘积项)
- 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)。
EPROM (Erasable Programmable ROM) 可擦 除可编程只读存储器，早期的CPLD，红外线擦 除。
E2PROM (Electronic Erasable Programmable ROM) 电擦除可编程只读存储器，普遍应用的 CPLD产品。
基于SRAM的FPGA，如Altera，Xilinx等
接口逻辑控制器
--提供前所未有的灵活性
ISA,PCI,PCI Express,PS/2,USB等接 口控制器
SDRAM,DDR SDRAM, QDR SRAM, NAND Flash, NOR Flash等接口控制 器
电平转换,LVDS,TTL,COMS,SSTL等
北航
电子信息 工程学院
FPGA的典型应用(二)
北航
电子信息 工程学院
可编程逻辑器件的优点
集成度高
缩短研制时间
体积小
性能高
可靠性高
保密性好
设计灵活(可编程、可再编程、系统内可再 编程)
通用性好
JTAG板级和芯片级的测试
北航
电子信息 工程学院
可编程逻辑器件的种类
PROM（Programmable ROM）可编程只读存储 器，单次写入，不能修改。
The success's road
基于FPGA的嵌入式 系统设计基础
北航
电子信息 工程学院
联系方式
姚远 Email: yaoyuan@
北航
电子信息 工程学院
讲座内容
1、FPGA的最新发展现状和设计流程；
2、基于FPGA的嵌入式系统技术
3、基于FPGA构建数字视频图像处理系 统的优势；
北航
电子信息 工程学院
基于FPGA的嵌入式系统
主要的嵌入式解决方案 Altera公司 NIOSII / ARM9方案 Xilinx公司 MicroBlaze/Power PC方案 Actel公司 ARM7方案
北航
电子信息 工程学院
Altera 公司的NIOSII解决方案
Nios II CPU Debug
反融丝结构FPGA，如Actel，Quicklogic等
Flash结构FPGA，如Actel，Lattice等。
北航
电子信息 工程学院
FPGA的发展现状
北航
电子信息 工程学院
两大FPGA厂商的代表产品
北航
电子信息 工程学院
FPGA发展潜力巨大
北航
电子信息 工程学院
FPGA的典型应用(一)
北航
电子信息 工程学院
3、基于FPGA构建数字视频图像处理 系统的优势；
外部接口更灵活 数据带宽更高 处理能力更强
自动测试设备 ,通用仪表 消费产品,如显示器/投影仪 ,数字电视和
机顶盒 ,家庭网络 医疗,如软件无线电 ,电疗 ,生命科学 通信设备,如蜂窝基础设施 ,宽带无线通信,
软件无线电(SDR)
北航
电子信息 工程学院
2. 基于FPGA的嵌入式系统技术
基于FPGA的嵌入式系统技术. 以Altera公司的NIOSII处理器为例
利用计算机，在EDA工具软件平台上，对以HDL/原理图 等为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动完成自然语 言综合、行为综合、逻辑综合、结构综合（布局布线）， 以及优化、仿真测试、直至实现既定的数字电路或系统。 嵌入式系统：内嵌到对象体系中的微型专用计算机 （RISC）核心是嵌入式处理器 硬核：ARM、MIPS、POWERPC、INTELX86、 MOTOROLA 68000，嵌入式操作系统Windows CE Embedded Linux 软核：Nios/NiosII SOC：片上系统 SOPC：可编程片上系统 IP核：知识产权
北航
电子信息 工程学院
数字集成电路的发展
电子管 晶体管 中小规模集成电路 超大规模集成电路（VLSIC） 专用集成电路（ASIC） 1. 降低了成本、提高了可靠性、缩小了物理尺寸 2. 设计周期长、改版投资大、灵活性差 可编程逻辑器件（FPGA/CPLD) 在实验室能够设计、更改、研制并马上投入使用
•硬件集成性 •设计个性化 •可修改性 •快速性 •低开发成本
北航
电子信息 工程学院
FPGA技术概念
CPLD (Complex Programmable Logic Device) FPGA (Field Programmable Gate Array) EDA技术——高密度逻辑器件、EDA工具、HDL
DSP
北航
电子信息 工程学院
采用了嵌入式解决方案的系统
FPGA
Flash SDRAM北航电子 Nhomakorabea息 工程学院
可配置的软核嵌入式处理器的优势
能轻松创建“完美的”处理器：外设、存储器 接口、性能特点和成本
三种处理器内核 大量的SOPC Builder配备的内核 无限的DMA通道组合 多CPU内核 多处理器系统 定制指令 硬件加速 降低系统成本 上市快、竞争力强、延长生存时间、减少成本
高速数字信号处理(DSP) --提供前所未有的计算能力
无线通信领域,如软件无线电(SDR) 视频图像处理领域,如高清数字电
视(HDTV) 军事和航空航天领域,如雷达声纳
北航
电子信息 工程学院
FPGA的其他应用
其他应用领域
汽车, 如 网关控制器/车用PC ,远程信息 处理系统
军事,如安全通信 ,雷达和声纳,电子战 测试和测量,如通信测试和监测 ,半导体
On-Chip ROM
On-Chip RAM
Cache Avalon Switch Fabric
UART
GPIO
Timer SPI
SDRAM Controller
FPGA
北航
电子信息 工程学院
一个典型的复杂应用系统
I/O
Flash
CPU
SDRAM
I/O
I/O I/O I/O
I/O
DSP
FPGA
CPU
E2PROM (Electronic Erasable Programmable ROM) 电擦除可编程只读存储器，普遍应用的 CPLD产品。
基于SRAM的FPGA，如Altera，Xilinx等
接口逻辑控制器
--提供前所未有的灵活性
ISA,PCI,PCI Express,PS/2,USB等接 口控制器
SDRAM,DDR SDRAM, QDR SRAM, NAND Flash, NOR Flash等接口控制 器
电平转换,LVDS,TTL,COMS,SSTL等
北航
电子信息 工程学院
FPGA的典型应用(二)
北航
电子信息 工程学院
可编程逻辑器件的优点
集成度高
缩短研制时间
体积小
性能高
可靠性高
保密性好
设计灵活(可编程、可再编程、系统内可再 编程)
通用性好
JTAG板级和芯片级的测试
北航
电子信息 工程学院
可编程逻辑器件的种类
PROM（Programmable ROM）可编程只读存储 器，单次写入，不能修改。
The success's road
基于FPGA的嵌入式 系统设计基础
北航
电子信息 工程学院
联系方式
姚远 Email: yaoyuan@
北航
电子信息 工程学院
讲座内容
1、FPGA的最新发展现状和设计流程；
2、基于FPGA的嵌入式系统技术
3、基于FPGA构建数字视频图像处理系 统的优势；
北航
电子信息 工程学院
基于FPGA的嵌入式系统
主要的嵌入式解决方案 Altera公司 NIOSII / ARM9方案 Xilinx公司 MicroBlaze/Power PC方案 Actel公司 ARM7方案
北航
电子信息 工程学院
Altera 公司的NIOSII解决方案
Nios II CPU Debug
反融丝结构FPGA，如Actel，Quicklogic等
Flash结构FPGA，如Actel，Lattice等。
北航
电子信息 工程学院
FPGA的发展现状
北航
电子信息 工程学院
两大FPGA厂商的代表产品
北航
电子信息 工程学院
FPGA发展潜力巨大
北航
电子信息 工程学院
FPGA的典型应用(一)
北航
电子信息 工程学院
3、基于FPGA构建数字视频图像处理 系统的优势；
外部接口更灵活 数据带宽更高 处理能力更强
自动测试设备 ,通用仪表 消费产品,如显示器/投影仪 ,数字电视和
机顶盒 ,家庭网络 医疗,如软件无线电 ,电疗 ,生命科学 通信设备,如蜂窝基础设施 ,宽带无线通信,
软件无线电(SDR)
北航
电子信息 工程学院
2. 基于FPGA的嵌入式系统技术
基于FPGA的嵌入式系统技术. 以Altera公司的NIOSII处理器为例
利用计算机，在EDA工具软件平台上，对以HDL/原理图 等为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动完成自然语 言综合、行为综合、逻辑综合、结构综合（布局布线）， 以及优化、仿真测试、直至实现既定的数字电路或系统。 嵌入式系统：内嵌到对象体系中的微型专用计算机 （RISC）核心是嵌入式处理器 硬核：ARM、MIPS、POWERPC、INTELX86、 MOTOROLA 68000，嵌入式操作系统Windows CE Embedded Linux 软核：Nios/NiosII SOC：片上系统 SOPC：可编程片上系统 IP核：知识产权
北航
电子信息 工程学院
数字集成电路的发展
电子管 晶体管 中小规模集成电路 超大规模集成电路（VLSIC） 专用集成电路（ASIC） 1. 降低了成本、提高了可靠性、缩小了物理尺寸 2. 设计周期长、改版投资大、灵活性差 可编程逻辑器件（FPGA/CPLD) 在实验室能够设计、更改、研制并马上投入使用
•硬件集成性 •设计个性化 •可修改性 •快速性 •低开发成本
北航
电子信息 工程学院
FPGA技术概念
CPLD (Complex Programmable Logic Device) FPGA (Field Programmable Gate Array) EDA技术——高密度逻辑器件、EDA工具、HDL
DSP
北航
电子信息 工程学院
采用了嵌入式解决方案的系统
FPGA
Flash SDRAM北航电子 Nhomakorabea息 工程学院
可配置的软核嵌入式处理器的优势
能轻松创建“完美的”处理器：外设、存储器 接口、性能特点和成本
三种处理器内核 大量的SOPC Builder配备的内核 无限的DMA通道组合 多CPU内核 多处理器系统 定制指令 硬件加速 降低系统成本 上市快、竞争力强、延长生存时间、减少成本
高速数字信号处理(DSP) --提供前所未有的计算能力
无线通信领域,如软件无线电(SDR) 视频图像处理领域,如高清数字电
视(HDTV) 军事和航空航天领域,如雷达声纳
北航
电子信息 工程学院
FPGA的其他应用
其他应用领域
汽车, 如 网关控制器/车用PC ,远程信息 处理系统
军事,如安全通信 ,雷达和声纳,电子战 测试和测量,如通信测试和监测 ,半导体
On-Chip ROM
On-Chip RAM
Cache Avalon Switch Fabric
UART
GPIO
Timer SPI
SDRAM Controller
FPGA
北航
电子信息 工程学院
一个典型的复杂应用系统
I/O
Flash
CPU
SDRAM
I/O
I/O I/O I/O
I/O
DSP
FPGA
CPU