XILINXFPGA数字系统设计FPGA介绍
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
fpga芯片的种类
fpga芯片的种类FPGA芯片的种类FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，它具有灵活可塑性和高性能，被广泛应用于数字电路设计和嵌入式系统开发领域。
随着技术的不断发展，FPGA芯片也呈现出多样化的种类和功能，本文将介绍几种常见的FPGA芯片。
1. Xilinx Virtex系列Xilinx Virtex系列是业界最强大的FPGA产品系列之一。
它以其卓越的性能和丰富的资源而受到广泛关注。
Virtex系列采用了最新的FPGA架构，具有高达数百万个可编程逻辑单元（LUT）和丰富的高速IO接口，可满足复杂系统设计的需求。
此外，Virtex系列还提供了丰富的硬核IP（Intellectual Property），如处理器核、高速串行收发器等，使其在高性能计算和通信领域具有重要应用。
2. Altera Cyclone系列Altera Cyclone系列是一种低成本、低功耗的FPGA芯片，广泛用于嵌入式系统和消费电子产品中。
Cyclone系列采用了先进的工艺技术，具有较高的逻辑密度和丰富的资源。
该系列芯片在功耗控制上表现出色，可满足对低功耗需求较高的应用场景。
Cyclone系列还支持多种外围接口和通信协议，如CAN、SPI、I2C等，方便与其他设备进行通信和互联。
3. Lattice iCE系列Lattice iCE系列是一种超低功耗的FPGA芯片，适用于移动设备和便携式电子产品。
iCE系列采用了极小的封装和低功耗设计，能够在极端环境下提供可靠的性能。
该系列芯片具有快速启动和低功耗特性，适合应用于电池供电的场景。
iCE系列还具有较高的集成度和资源利用率，可满足对系统复杂度和成本要求较高的应用。
4. Intel Stratix系列Intel Stratix系列是一种高性能、高密度的FPGA芯片，由英特尔（Intel）公司推出。
Stratix系列采用了英特尔的最新工艺技术，具有卓越的性能和可靠性。
fpGa_CPLD设计工具xilinxISE使用详解
1.第一章：FPGA/CPLD简介●FPGA一般是基于SRAM工艺的，其基于可编程逻辑单元通常是由查找表（LUT，look up table）和寄存器（register）组成。
其中内部的查找表通常是4输入的，查找表一般完成纯组合逻辑功能；●Xilinx可编程逻辑单元叫做slice，它由上下两部分组成，每部分都由一个register加上一个LUT组成，被称为LC（logic cell，逻辑单元），两个LC之间有一些共用逻辑，可以完成LC之间的配合工作与级连；●Altera可编程逻辑单元叫做LE（Logic Element，逻辑单元），由一个register加上一个LUT构成；Lattice的底层逻辑单元叫做PFU（programmable Function unit，可编程功能单元），它由8个LUT和9个register组成。
●Ram和dpram/spram/伪双口RAM，CAM（content addressable memory）。
Fpga中其实没有专业的rom硬件资源，实现ROM是对RAM赋初置，并且保存此初值●CAM，即内容地址储存器，在其每个存储单元都包含了一个内嵌的比较逻辑，写入cam的数据会和其内部存储的每一个数据进行比较，并返回与端口数据相同的所以内部数据的地址。
总结：RAM是一种根据地址读/写数据的存储单元；而CAM 和RAM恰恰相反，它返回的是与端口数据相匹配的内部地址。
使用很广，比如路由器中的地址交换表等等●Xilinx块ram大小是4kbit和18kbit两种结构。
Lattice块ram是9kbit●分布式ram适合用于多块小容量的ram的设计；●Dll（delay-locked loop）延迟锁定回环或者pll（phase locked loop）锁相环，可以用以完成时钟的高精度，地抖动的倍频/分频/占空比调整/移相等功能。
Xilinx主要集成的是DLL，叫做CLKDLL，在高端的FPGA中，CLKDLL的增强型模块为DCM （digital clock manager，数字时钟管理模块）。
FPGA全面介绍 ppt课件
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
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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
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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
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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
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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
XilinxFPGA介绍
目前FPGA芯片仍是基于查找表技术的，但其概念和性能已经远远超出查找表技术的限制，并且整合了常用功能的硬核模块（如块RAM、时钟管理和DSP）。
图1-1所示为Xilinx公司FPGA的内部结构示意图（由于不同系列的应用场合不同，所以内部结构会有一定的调整），从中可以看出FPGA芯片主要由 6部分组成：可编程输入输出单元、基本可编程逻辑单元、完整的时钟管理、嵌入块式RAM、丰富的布线资源、内嵌的底层功能单元和内嵌专用硬件模块。
图1-1 FPGA芯片的内部结构每个模块的功能如下：1．可编程输入输出单元（IOB）可编程输入/输出单元简称I/O单元，是芯片与外界电路的接口部分，完成不同电气特性下对输入/输出信号的驱动与匹配要求，提供输入缓冲、输出驱动、接口电平转换、阻抗匹配以及延迟控制等功能，其一般示意结构如图1-2所示。
FPGA内的I/O按组分类，每组都能够独立地支持不同的I/O标准。
通过软件的灵活配置，可适配不同的电气标准与I/O物理特性，可以调整驱动电流的大小，可以改变上、下拉电阻。
目前，I/O口的频率也越来越高，一些高端的FPGA 通过DDR寄存器技术可以支持高达2Gbps的数据速率。
外部输入信号可以通过IOB模块的存储单元输入到FPGA的内部，也可以直接输入FPGA 内部。
当外部输入信号经过IOB模块的存储单元输入到FPGA内部时，其保持时间（Hold Time）的要求可以降低，通常默认为0。
为了便于管理和适应多种电器标准，FPGA的IOB被划分为若干个组（bank），每个bank的接口标准由其接口电压VCCO决定，一个bank只能有一种VCCO，但不同bank的VCCO可以不同。
只有相同电气标准的端口才能连接在一起，VCCO 电压相同是接口标准的基本条件。
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4或6个输入、一些选型电路（多路复用器等）和触发器组成。
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。
xilinx数字信号处理系统设计指南pdf
xilinx数字信号处理系统设计指南pdf
《Xilinx数字信号处理系统设计指南》是一本由Xilinx公司出版的指南，旨在帮助工程师们理解和设计数字信号处理（DSP）系统。
该指南涵盖了FPGA（可编程逻辑器件）的原理和应用，以及数字信号处理算法和技术的基础知识。
该指南包含以下主要内容：
1. FPGA基础知识：介绍了FPGA的原理、结构和工作原理，以及FPGA开发环境和工具的使用方法。
2. 数字信号处理基础知识：介绍了数字信号处理的基本概念、数学模型以及常用的信号处理算法和技术，如滤波、变换等。
3. Xilinx DSP工具链：详细介绍了Xilinx提供的DSP开发工具链，包括MATLAB和Simulink与System Generator的集成、Xilinx IP核的使用等。
4. DSP系统设计实例：提供了一些实际的DSP系统设计案例，包括语音处理、图像处理、通信系统等，通过这些案例可以了解如何使用Xilinx FPGA实现复杂的DSP功能。
5. 性能优化和调试技巧：介绍了如何优化DSP系统性能，包括算法优化、数据流管理、时钟分配等方面的技巧，并提供了一些常见的问题排查和调试方法。
总之，《Xilinx数字信号处理系统设计指南》是一本深入介绍Xilinx FPGA在数字信号处理领域应用的权威指南，适合有一定FPGA和DSP基础的工程师阅读和参考。
它可以帮助读者理
解FPGA的原理和应用，掌握数字信号处理算法和技术，以及使用Xilinx开发工具链进行DSP系统设计和优化。
《FPGA简介》PPT课件
模块的端口
FPGA技术
net inout
input
net
output
reg or net net
reg or net
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）
能力
设计的行为特性、设计的数据流特性、设
计的结构组成以及
包含响应 监控和设计验证方面的时延和
波• 主形要产了功生编基机能程本制语逻。言辑提接门供口，，例通如过an该d 接、口or可和以n在an模d 拟等、都 验内证置期在间语从言设中计 • 外部开访关问级设基计本，结包构括模模型拟，的例具如体pm控os制和和n运mos 行等。也被内置在语言中
•寄•线存网器
reg 是最常线用网的类寄型存主器要类有型w，ir寄e 存和器tr类i 型两通种常。用线于网对存储 单元的描述类，型如用D型于触对发结器构、化R器OM件等之。间存的储物器理类连型线的的信号当 在某种触发建机模制。下如分器配件了的一管个脚值，，内在部分器配件下如一与个门值的之时保 留原值。但输必出须等注。意由的于是线，网re类g 型类代型表的的变是量物，理不连一接定是存 储单元，如线在，al因wa此ys它语不句存中贮进逻行辑描值述。的必必须须由用器r件eg所类型的 变量。 驱动。通常由assign进行赋值 reg 类型定义语法如下： reg [msb: lsb] reg1, reg2, . . . r e g N; msb 和lsb 定义了范围，并且均为常数值表达式。范围定 义是可选的；如果没有定 义范围，缺省值为1 位寄存器。 例如： reg [3:0] Sat; // S a t 为4 位寄存器。
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FPGA由可配置逻辑模块CLB(Configutable Logic Blocks) 、 输 入 输 出 模 块 IOB(Input/Output Blocks) 和 互 连 资 源 ICR(Interconnect Capital Resource)以及一个用于存放编程数据的静态存储 器 SRAM 组 成 。 其 中 CLB 的 基 本 组 成 单 元 为 Slice(由查找表和触发器构成的单元)
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一 FPGA特性及功能介绍-FPGA发展历史
早期的可编程器件，包括：
➢ 可 编 程 只 读 存 储 器 PROM （ Programmable Read Only Memory）；特点在于：
一是只能进行一次编程 二是空白PROM价格低廉，高成本ROM制作之前的
数据原型测试的最佳选择
➢ 紫外线可擦除只读存储器EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）；特点在于：
二 XILINX公司及其FPGA产品-spartan系列
• Spartan-3A延伸系列FPGA平台对比
系统要求
3A
多功能嵌入式处 是ash存储
单芯片非易失性
高性能DSP性能
增强型电源管理 是
3AN 是
是 是 是 是
是
3A DSP 是 是 是
是 是
2020/2/9
可进行多次编程 只读，EPROM芯片，命名时一般以27开头，前面添
加生产厂商，如TMS27C512-60
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西安电子科技大学-软件学院
2
一 FPGA特性及功能介绍-FPGA发展历史
➢电 可 擦 除 只 读 存 储 器 EEPROM （ Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）； 特点在于：
内容介绍
• 1、FPGA特性及功能介绍 • 2、XILINX公司简介及其FPGA产品介绍 • 3、XILINX-FPGA开发环境介绍 • 4、基于XILINX-FPGA的硬件逻辑设计介绍 • 5、基于XILINX-FPGA的嵌入式系统设计介
绍 • 6、课程安排介绍
2020/2/9
西安电子科技大学-软件学院
传统的半导体公司仅有几百个客户，而Xilinx在全 世界有7500多家客户以及50000多个设计开端，其 中包括EMC、IBM、Nokia、Motorola、Siemens、 Sony、Sun Microsystem、Cisco Systems等等。
总部设于加利福利亚圣何塞市，为NASDAQ上市 公司。
✓FPGA生产厂商
➢Altera ➢XILINX ➢Lattice ➢Actel ➢Cypress
2020/2/9
西安电子科技大学-软件学院
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一 FPGA特性及功能介绍-FPGA特性及优势
✓基于查找表技术 ✓采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生
产，就能得到合适的芯片 ✓FPGA可作为其他全定制或半定制ASIC电路的
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西安电子科技大学-软件学院
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二 XILINX公司及其FPGA产品
作为全球领先的可编程逻辑完整解决方案供应商， 其研发、制造并销售范围广泛的高级集成电路、 软件设计工具(ISE12.3官方发布最高版本)以及作 为预定义系统级功能的IP(Intellectual Property)核。 客户使用Xilinx及其合作伙伴的自动化软件和IP核 对器件进行编程，从而完成特定的逻辑操作。
中试样片 ✓FPGA内部拥有丰富的触发器和I/O引脚 ✓FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用
最低、风险最小的器件之一
✓FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与 CMOS、TTL电平兼容（高低电平标准不一）
2020/2/9
西安电子科技大学-软件学院
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一 FPGA特性及功能介绍-FPGA主要结构
财富杂志2003年“100家最适合工作的企业”排名 中，Xilinx名列第四位，并被广泛认为是半导体行 业中管理最佳、财务状况良好的高科技企业。
旧金山编年史也把Xilinx选为硅谷最适合工作的五 十家企业之一。
2020/2/9
西安电子科技大学-软件学院
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二 XILINX公司及其FPGA产品-spartan系列
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西安电子科技大学-软件学院
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一 FPGA特性及功能介绍-FPGA主要结构
e.g Spartan-II系列
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西安电子科技大学-软件学院
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二 XILINX公司及其FPGA产品
Xilinx公司成立于1984年，首创了现场可编程逻辑 阵列(FPGA)这一创新性的技术，并于1985年首次 推 出 商 业 化 产 品 。 目 前 Xilinx 满 足 了 全 世 界 对 FPGA产品一半以上的需求。
产品分类
✓ Spartan系列：侧重于低成本应用，容量中等，可以满足一 般的逻辑设计要求；
e.g Spartan-II系列给用户提供了高性能、丰富的逻辑资源和 充足的特征集，该系列家族中的六大成员其系统门级密度 达到了从15000到200000不等。
2020/2/9
西安电子科技大学-软件学院
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西安电子科技大学-软件学院
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二 XILINX公司及其FPGA产品-virtex系列
✓ Virtex系列：侧重于高性能应用，容量较大，可 以满足各式各样的高端应用。当前Virtex系列包括 了Virtex-II，Virtex-4，Virtex-5,以及最新的Virtex6。各个系列都有针对不同应用的版本，比如说 DSP算法的，嵌入式系统设计的。 e.g ：Virtex-II FPGA采用0.15um、1.5v工艺技术制 造而成，拥有420M内部时钟，840Mb/s可编程I/O 块，具有强大的计算存储能力。
一是可多次编程 二是可在线编程，常用操作接口方式I2C,SPI接口
✓ 20世纪70年代，出现可编程阵列逻辑(PAL,
Programmable Array Logic)和可编程逻辑阵 列(PLA, Programmable Logic Array)
➢PAL，命名规则PAL16L8-2CJ，包括输入数， 输出数，输出方式，速度，功耗，封装形式， 温度
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西安电子科技大学-软件学院
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一 FPGA特性及功能介绍-FPGA发展历史
✓20世纪80年代，Altera与Xilinx公司分别推 出 CPLD(Complex Programmable Logic Device) 和 FPGA 器 件 (Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)