基于FPGA的I／O控制器的设计和实现
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基于FPGA的数字调制器设计与实现
化 。其 表 达 式 为 ：
语 言 编 程 来 实 现 。接 着 就 可 以 用 Ｑｕ ａ ｒ ｔ ｕ ｓ ｌ Ｉ 来完成综合 、 仿真 、 适配 、 下载到器件 。
和
两 个 频 点 间 变
１ Ｄ Ｓ Ｐ Ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｅ ｒ 方 法 实 现 数 字 调 制 器
１ ． １ ＤＤＳ原 理
（ ２ ）
式中 ｇ ， 是 持续 时间 为 Ｔ 的 单个矩形 脉 冲 ， 而／ ２ 的取 值
ｆ ０ 概 率为 Ｐ
一
｛ １ 概 率 为 ｌ 一 声
。 ’
结构 中的数字部分 ， 具有 数控频 率合成 的功能 。相位 累加
２ Ｆ Ｓ Ｋ 信号 的产生通常有两种方 式 ： 一种采用模 拟调
１ ． ２ Ｆ Ｓ Ｋ、 Ａ Ｓ Ｋ、 Ｐ Ｓ Ｋ 调 制 原 理
设 信 息 源 发 出 的是 由二 进 制 符 号 ０ ， １组 成 的序 列 ， 且 假 定 ０符 号 出现 的概 率 为 Ｐ， １符 号 出 现 概 率 为 ｌ — Ｐ， 它 们
彼 此 独 立 。那 么 ， 一 个 二 进 制 的频 移 键 控 信 号 可 以表 示 成 载波 的频 率 随二 进 制 基 带 信 号 在
为：
字频率合成技术 ， 该技术特点是 ： 频率分辨率高 、 频率变化
速度快 、 相位可连续 性变化 等 ］ ， 被广泛 应用 在数字 通信
系统 中， 是 信 号 生 成 的最 佳 选 择 。 一 个 基 本 的 Ｄ Ｄ Ｓ结 构 如图 １ 所示 ， 主要 由相 位 累 加 器 、 相位 调制器 、 正弦 Ｒ Ｏ Ｍ 查找表 、 基准时钟源和 Ｄ ／ Ａ转换器构成 ， 前三部分是 Ｄ Ｄ Ｓ
ｅ ｚ ｕ ｓ ￣ （ ｔ ） 一｛ Ａ ＦＳ Ｋ 信 号 可 以 看 成 是 两 个 不 同载 频 的 ２ ＡＳ Ｋ
语 言 编 程 来 实 现 。接 着 就 可 以 用 Ｑｕ ａ ｒ ｔ ｕ ｓ ｌ Ｉ 来完成综合 、 仿真 、 适配 、 下载到器件 。
和
两 个 频 点 间 变
１ Ｄ Ｓ Ｐ Ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｅ ｒ 方 法 实 现 数 字 调 制 器
１ ． １ ＤＤＳ原 理
（ ２ ）
式中 ｇ ， 是 持续 时间 为 Ｔ 的 单个矩形 脉 冲 ， 而／ ２ 的取 值
ｆ ０ 概 率为 Ｐ
一
｛ １ 概 率 为 ｌ 一 声
。 ’
结构 中的数字部分 ， 具有 数控频 率合成 的功能 。相位 累加
２ Ｆ Ｓ Ｋ 信号 的产生通常有两种方 式 ： 一种采用模 拟调
１ ． ２ Ｆ Ｓ Ｋ、 Ａ Ｓ Ｋ、 Ｐ Ｓ Ｋ 调 制 原 理
设 信 息 源 发 出 的是 由二 进 制 符 号 ０ ， １组 成 的序 列 ， 且 假 定 ０符 号 出现 的概 率 为 Ｐ， １符 号 出 现 概 率 为 ｌ — Ｐ， 它 们
彼 此 独 立 。那 么 ， 一 个 二 进 制 的频 移 键 控 信 号 可 以表 示 成 载波 的频 率 随二 进 制 基 带 信 号 在
为：
字频率合成技术 ， 该技术特点是 ： 频率分辨率高 、 频率变化
速度快 、 相位可连续 性变化 等 ］ ， 被广泛 应用 在数字 通信
系统 中， 是 信 号 生 成 的最 佳 选 择 。 一 个 基 本 的 Ｄ Ｄ Ｓ结 构 如图 １ 所示 ， 主要 由相 位 累 加 器 、 相位 调制器 、 正弦 Ｒ Ｏ Ｍ 查找表 、 基准时钟源和 Ｄ ／ Ａ转换器构成 ， 前三部分是 Ｄ Ｄ Ｓ
ｅ ｚ ｕ ｓ ￣ （ ｔ ） 一｛ Ａ ＦＳ Ｋ 信 号 可 以 看 成 是 两 个 不 同载 频 的 ２ ＡＳ Ｋ
乒乓球游戏机EDA课程设计完整版本
乒乓球游戏机EDA课程设计完整版本
本文主要介绍了一款基于FPGA可编程硬件的乒乓球游戏机的设计。
本文将重点介绍
如何利用FPGA技术来搭建可编程硬件电路，如何使用Verilog HDL语言来设计数字电路，如何使用Quartus II环境来实现复杂任务，以及如何利用FPGA来完成乒乓球游戏机的EDA课程设计。
首先，在设计乒乓球游戏机的FPGA可编程硬件系统时，最重要的是硬件架构设计，
选择固定板来作为FPGA控制器，能够有效地根据游戏需求控制其各个功能，保证游戏机
运行稳定性和可靠性。
为了满足乒乓球游戏机的需求，FPGA控制器引入Verilog HDL语言，用数字电路的方式进行设计，从而构建出模拟端口，使用I/O 端口对乒乓球系统进行控制，其内部控制器模块实现了所有的乒乓球游戏逻辑功能。
在设计主板的时候，FPGA
中实现的硬件电路会结合安装在主板上的器件，比如七段LED显示器、微型键盘、LED灯等，从而使乒乓球游戏机更加复杂，实现更多的功能。
接下来，使用Quartus II环境，实现乒乓球游戏机的EDA课程设计。
首先，在Quartus II中编写Verilog HDL语言编程，利用FPGA可编程硬件系统设计乒乓球游戏逻辑，构建出特定的模块，实现系统的功能。
其次，编写控制逻辑，运用Verilog HDL语言
编程，在FPGA硬件中得到设计的图像图案，以及搭建复杂的乒乓球游戏的系统结构，实
现乒乓球游戏的控制逻辑功能。
最后，完成了乒乓球游戏机的EDA课程设计。
基于FPGA的I2C控制器的实现
Ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ １ ２ Ｃ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＦＰＧＡ
Ｗ ＡＮＧ Ｌｏ ｎ ｇ－ｆ ｅ ｉ ， ＬＡＮＧ Ｂａ ｔ—ｈ ｕａ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｘ ｉ ’ ａ ｌ ｌ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｘ ｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ２ １ 机 技 术 与 发 展
ＣＯＭＰＵ ＴＥＲ ＴＥＣ ＨＮＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＤＥＶＥＬ ０Ｐ ＭＥＮＴ
２ ０ １ ３年 ３月
Ｖｏ１ ． ２ ３ Ｎｏ ． ３ Ｍａ ｒ ． ２０ｌ ３
基于 Ｆ Ｐ ＧＡ 的 １ ２ Ｃ控 制器 的 实现
王龙飞 ， 郎宝华
ｉ ｎ ｉ ｔ ｉ ｌ ａ ｉ ｚ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｒ ｔ ｎｓ ａ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｉ ａ ｇ ｒ ａ ｍ， ｉ ｆ ｎ ｌ ａ ｌ ｙ ｕ ｓ ｅ ｔ ｈ ｅ Ｑｕ ａ ｒ ｔ ｕ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ｒｅ ａ ｆ ｏ ｒ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， ｈｅ ｔ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｄ ａ ｔ ａ ｒ ｔ ｎｓ ａ ｍ ｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｉ ｅ ｓ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｅ ｐ ｕ ｒ ｐ ｏ ｓ ｅ ｉ ｓ ｔ ｏ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｔ ｈ ｅ Ｉ ２Ｃ ｂ ｕ ｓ ， ｉ ｔ ｈ ａ ｓ ｈｅ ｔ ｉ ｎｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｃ ａ ｂ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｎ ｒｏ ｔ ｌ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｐａ ｃ ｋ ａ ｇ ｅ ｄ ｉ ｎ ｓ ｍａ ｌ ｌ ， ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｒ ｃ ｏ ｍｌ ｎ ｕ－ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｐ ｅ ￣ ． ． ｄ。 ｅ ｒ ｅ， ｓ ｏ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｔ ｈｅ Ｓ ＡＡ７ １ １ ３ ａ ｓ ｖ ｉ ｄ ｅ ｏ ｄ ｅ ｃ ｏ ｄ ｅ ｒ ｃ ｈ ｉ ｐ． Ｉ ｔ ｇ ｉ ｖｅ ｓ ａ矾 ｅ ｆ ａ ｃ ｃ ｏ ｕ ｎ ｔ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｄ ａ ｔ ａ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｔ ｉ ｍｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｉ ２ Ｃ ｂ ｕｓ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ 。 ｈｅ ｔ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｏ ｇ ｖ ｉ ｄ ｅ ｏ ｄ ｅ ｃ ｏ ｄ ｉ ｎ ｇ ｃ ｈ ｉ ｐ Ｓ ＡＡ７１ １ ３ ｗｏ ｒ ｋ ｓ ａ ｎｄ ａ ｓ ｓ ｏ ｃ ｉ ａ ｔ ｅ ｄ ｒ ｅ ｇ ｉ ｓ ｔ ｅ ｒ ｓ ｅ ｔ ， ｎｄ ａ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｓ ａ Ｓ ＡＡ７ １ １ ３ ｉ ｎ ｉ — ｔ ｉ ｌｉ ａ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｐ ｐ ｒ ｏ ａ ｃ ｈ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｆ Ｐ ＧＡ ， ｏ ｖ ｅ ｒ ｖ ｉ ｅ ｗｓ ｅ ａ ｃ ｈ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ｏ ｆ ｈｅ ｔ Ｉ ２ Ｃ ｂ ｕ ｓ ｉ ｎ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ， ｎｄ ａ ｉ ｓ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ ｉ ｎ ｈｅ ｔ ｒ ｅ ｇ ｉ ｓ ｔ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｉｇ ｆ ｕ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｃ ｈ ｉ ｐ
基于FPGAIP核的FIR设计与实现
Ｃｅｔ ａｎ ｗｃ ｓ ｍ ｍ ｇｆｃ ｏ ａａ ｏ ｒａ ｅ ｕｔ ｅａ ｔ ｎｖｒ ｉ ｅ ｏ ｕｉ ｔ ｎ项 ， 时必 此
佳的频率特性和衰耗特性 ， 无论通带还是阻带都
较 为平坦 ， 过渡 带窄 ， 好地接 近理 想滤波 器 的响 更
应。
须确 保 已 经 安 装 了 Ｄ Ｐ Ｂ ｉ ｅ 具 。进 入 Ｉ Ｓ ｕｌ ｒ工 ｄ Ｐ
（ 方通 用 电子集 团有 限 公司微 电子部 苏州 ２５６ ） 北 １１３ 摘 要 随着数 字 电路技 术 的 高速 发展 和 高性 能 Ｆ Ｇ 的普及 ， ＰＡ 为解 决二 频 机械 抖 动偏 频激 光 陀
螺 中的 因机械 抖动 带 来的信 号噪 声提 供 了新 的选择 和方 法 。ＦＲ滤 波 器可 以满足 系统对 幅度 和相 位特 Ｉ 性 的严 格要 求 ， 免 模 拟 滤 波 器 的温 漂 和 随机 噪 声 等 问题 ， 避 而且 具 有精 确 的线性 相 位 和稳 定 的 系统。
免费 Ｉ ｏｅ 同 时结 合 Ｍａ ｗ ｒｓ 司 的 ＭＡ ． Ｐ Ｃ ｒ， ｔ ｏｋ 公 ｈ Ｔ
数字低通滤波器是对高速采样 的数据进行滤
波， 滤除掉 机抖 陀螺 输 出信 号 中随机 抖 动 和其 他 因素 造成 的高频 噪声 。 由于二 频机抖 陀螺 的抖动 频 率一 般 在 ３０ ｚ～ ０ Ｈ 左 右 ， 速 采 样 频 率 ０Ｈ ４０ ｚ 高 选 为 １Ｈ ， 以满 足 采 样定 理 要 求 。１Ｈ ｋ ｚ可 ｋ ｚ的定 时采样信 号可 以在 Ｆ Ｇ 内对 时钟使 能 得到 。数 ＰＡ 字低通滤 波器 采用 ＦＲ中的等波纹 逼近法 进行设 Ｉ 计， 设计 指标 ： 采样 频率 为 １Ｈ ， ｋ ｚ通带下 限截止频 率为 １０ ｚ阻带 上 限截 止频 率 为 ３０ ｚ且 通 带 ０Ｈ， ０Ｈ ， 内波 纹 小 于 ０ ００ｄ 阻 带 内 幅 度 衰 减 大 于 ． ０ １Ｂ，
佳的频率特性和衰耗特性 ， 无论通带还是阻带都
较 为平坦 ， 过渡 带窄 ， 好地接 近理 想滤波 器 的响 更
应。
须确 保 已 经 安 装 了 Ｄ Ｐ Ｂ ｉ ｅ 具 。进 入 Ｉ Ｓ ｕｌ ｒ工 ｄ Ｐ
（ 方通 用 电子集 团有 限 公司微 电子部 苏州 ２５６ ） 北 １１３ 摘 要 随着数 字 电路技 术 的 高速 发展 和 高性 能 Ｆ Ｇ 的普及 ， ＰＡ 为解 决二 频 机械 抖 动偏 频激 光 陀
螺 中的 因机械 抖动 带 来的信 号噪 声提 供 了新 的选择 和方 法 。ＦＲ滤 波 器可 以满足 系统对 幅度 和相 位特 Ｉ 性 的严 格要 求 ， 免 模 拟 滤 波 器 的温 漂 和 随机 噪 声 等 问题 ， 避 而且 具 有精 确 的线性 相 位 和稳 定 的 系统。
免费 Ｉ ｏｅ 同 时结 合 Ｍａ ｗ ｒｓ 司 的 ＭＡ ． Ｐ Ｃ ｒ， ｔ ｏｋ 公 ｈ Ｔ
数字低通滤波器是对高速采样 的数据进行滤
波， 滤除掉 机抖 陀螺 输 出信 号 中随机 抖 动 和其 他 因素 造成 的高频 噪声 。 由于二 频机抖 陀螺 的抖动 频 率一 般 在 ３０ ｚ～ ０ Ｈ 左 右 ， 速 采 样 频 率 ０Ｈ ４０ ｚ 高 选 为 １Ｈ ， 以满 足 采 样定 理 要 求 。１Ｈ ｋ ｚ可 ｋ ｚ的定 时采样信 号可 以在 Ｆ Ｇ 内对 时钟使 能 得到 。数 ＰＡ 字低通滤 波器 采用 ＦＲ中的等波纹 逼近法 进行设 Ｉ 计， 设计 指标 ： 采样 频率 为 １Ｈ ， ｋ ｚ通带下 限截止频 率为 １０ ｚ阻带 上 限截 止频 率 为 ３０ ｚ且 通 带 ０Ｈ， ０Ｈ ， 内波 纹 小 于 ０ ００ｄ 阻 带 内 幅 度 衰 减 大 于 ． ０ １Ｂ，
基于FPGA的运动控制卡的设计和实现
法， 实现 任 意 分 频 倍 数 的 分频 。 利 用嵌 入 式 调 试 工 具 Ｓｇａ ａ 运 动 控 制 卡 进 行硬 件 调 试 和仿 真 ， 出 了相 应 的 误 差 分 析 。 ｉ ｌ ｐ对 ｎＴ 给
关键 词 ： 动 控 制 卡 ； 伺 服 电机 ； 分 频 ； 现 场 可 编 程 门阵 列 ； 外 设 部 件 互 连 标 准 总 线 ； 实 时 ； 乒 乓 操 作 运
ｍｅ ｉ， ｈ ｇ －ｐ ｅ ａａ ｓ ｅ ｍ ｎ ｇ ｄ ｔ ｎ ａ ｃ ｅ ｓ ｓｅ Ｓｐ ｅ ｉｉｎ ｉ ｅ ｗａ ｆ ｉ ｇ ａ ｇ ｏ ｅ ａｉ ｇ Ａ ｅ ｕ ｎ ｙ ｄ ｖｓｏ ｔ ｃ ｉ ｈ ｓ ｅ ｄ ｄ ｔ ｔ ａ ｉ ｍａ ａ ｅ ｅ ｈ ｎ ｅｔ ｙ ｔ ｍ’ ｒ ｃｓｏ ｔ ｙ ｏ ｎ Ｐ ｒ ｓ ｏ ｈ ｎｈ Ｐ ｎ ｐ ｒｔ ． ｎ ｒ ｆ ｑ ｅ ｃ ｉ ｉｉ ｎ ａ ｉ ｍｅ ｉ ａ ｅ ｎ ａ ｄ ｎ ｅ ｌ ｃ ｏ ｎ ｅ ｉｅ ． Ｉ Ｃ ｉ ｉ ｅｆｅ ｕ ｎ ｙａ ｙ ｄ ｖ ｓ ｎ ｆｃｏ ￣ Ｔｈ ｔ ｎｃ ｎ ｒ ｌ ｎ ａ ｄｉ ｒ ｈ ｔ ｂ ｓ ｄｏ ｄ ｉｇ ｔ ｐ ｒ ｏ ｋ ｃ ｕ ｔｒ ｓ ｖ ｎ ｔ ａ ｄｖ ｄ ｑ ｅ ｃ ｔ ｔ ｃ ｗｏ ｃ ｉｇ ｎ ｒ ｎ ａ ｉ ｉｉ ｔ ｒ ｏ ａ ｅｍｏ ｉ ｏ ｔ ｌ ｇｃ ｏ ｏ ｉ ｒ ｓ ｄ ｂ ｇ ｅ ｎ ｉ ｌｔｄ ｗｉ ｅｅ ｅ ｄ ｄｔ ｏ ｉ ｎ ｌ ａ ． Ａｎ ｅ ， ｔ ｅａ ａ ｙ ｉ ｒ ｓ ｌ ａ ｏ ｔ ｒｏ ｉｅ ． ｅ ｕ ｇ ｄａ ｄｓ ｍｕ ａ ｅ ｔ ｔ ｍｂ ｄ ｅ ｌ ｇ ａＴ ｐ ｈｈ ｏ Ｓ ｄ ｔ ｎ ｈ ｌ ｓｓ ｅ ｕ ｔ ｂ ｕ ｒ ｒ ｓ ｖ ｎ ｈ ｎ ｅ ｉｇ Ｋｅ ｒ ｓ ｍｏ ｉ ｎｃ ｎ ｏ ｌ ｇ ｃ ｄ ｓ ｒ ｏ ｍｏｏ ； ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｄ ｖ ｓ ｎ Ｆ ＧＡ； Ｐ ｕ ； ｒ ａ— ｍｅ Ｐ ｎ Ｐ ｇｏ ｅ ａ ｉｎ ｙｗｏ ｄ ： ｔ ｏ ｔ ｌ ｎ ａ ； ｅ ｖ ｔ ｒ ｒ ｑ ｅ ｃ ｉ ｉｉ ； Ｐ ｏ ｒ ｉ ｒ ｏ ＣＩ ｓ ｅ ｌ ｉ ； ｉ ｇ ａ ｐ ｒ ｔ ｂ ｔ ｎ ｏ
关键 词 ： 动 控 制 卡 ； 伺 服 电机 ； 分 频 ； 现 场 可 编 程 门阵 列 ； 外 设 部 件 互 连 标 准 总 线 ； 实 时 ； 乒 乓 操 作 运
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基于FPGA的数字PID控制器设计
实 现 数 字 Ｐ Ｄ控 制 器 的设 计 ，提 高 系 统 的 运 算 速 Ｉ 度 、 少系统 的体 积 、 强其 可靠 性 。 减 增
２ 各 功 能模 块 的 设计 １ Ｐ Ｄ 控 制 算 法 Ｉ
在此将 详 细描述 各模块 的具 体实 现过程 。使 用
完整 的 Ｐ Ｄ控 制表 达式 为 ： Ｉ
式（） ２ 为增量 型 Ｐ Ｄ控 制算 法 。从式 （ ） Ｉ ２ 可看 出增 量
分 、积分参数 的控制策 略来 达到 最佳 系统 响应 和控
制效 果 。但 是采 用 微处 理 器来 实 现 时 ． 能完 全 避 不
型 控制算 法 只与前 三次 采样值 有关 ，不需 要大量 的
数据 存储 和 累加 ． 因而不 易引起 误差 累积 ， 计算量 小
馈 值 ｙ 求偏 差 ， ） 然后 把 所 得 的 偏差 值 传 给 后续 模 块进 行处 理 ， 图 ２所示 。复位 信号 ｒｓｔ 如 ｅｅ 为低 电平 时 复位 ， 则 ， 否 在输 入 时钟 的上 升沿 到 达 时 ， 在使 能
收 稿 日期 ：ｏ ９ ０ 一 ３ ２ ｏ — ９ ｌ
作 者简 介 ： 昭 明 （９ ５ ， ， 陈 １８ 一）男 四川 人 ， 国航 天 科技 集 团第 四研 究 院 ４ １ 硕 士研 究 生 ， 究 方 向为 测 试 计 量技 术及 仪 器 。 中 ０所 研
且实 时性 好 。其结构 原理 如 图 １ 所示 。
免程序 跑 飞和计算 机误 动作 对整 个控制 系统 的破 坏
性 影 响 。现场 可编 程 门阵列 Ｆ Ｇ 的出现 为 Ｐ Ｄ控 ＰＡ Ｉ 制 器 的设 计提 供 了新 的实现手 段 。 Ｐ Ａ集成度 高 、 ＦＧ 体 积小 、 功耗低 、 靠性 高 、 可 设计 方 法灵 活 ， 仅具有 不 反 复编 程 、 复探 险 、 复使 用 等特 点 ， 能 得 到实 反 反 更
基于FPGA的图像数据缓存控制器设计
行 时为 １ ５ ． ６ ２ ５ ｕ ｓ ， ８ １ ９ ２行 时就 为 ７ ． ８ １ ２ ５ ｕ ｓ ．
３ Ｓ Ｄ Ｒ ＡＭ 初始化
系统 上 电复 位 后，必须要 有 Ｓ ＤＲ Ａ Ｍ 初始 化 的过程 ，其 中 Ｓ Ｄ Ｒ ＡＭ 初始 化模块 如 图 １ 示 ：首 先要 有 ２ ０ ０ ｕ ｓ
缓存控制器也就成为了系统设计的主要 内容¨ Ｊ ． Ｓ Ｄ Ｒ Ａ Ｍ 其全称叫同步动态随机访问存储器， 它是嵌入式系统
的重要 部件 ，因其 成本低 、 容 量 大、存取 速度 快和 功耗 低 等优 点被 广泛 应 用于缓 存模 块 ． 但是 Ｓ ＤＲ Ａ Ｍ 比普通 的
Ｒ Ａ Ｍ 存储器操作要复杂很多，随着 Ｅ Ｄ Ａ技术 的发展， 采用硬件描述语言在 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 上实现高效简单的 Ｓ Ｄ Ｒ Ａ Ｍ 控制器 已经成为现实 Ｊ ． 这种控制器移植方便、代码简单容易理解， 更重要的是能够高效的完成任务． 为提高其 与外 界通 信 的速 度，该控 制器 采用 异步读 写 Ｆ Ｉ Ｆ Ｏ 作 为跨 度，通 过控 制 Ｓ Ｄ Ｒ ＡＭ 存 储器 的读 写，实现 对高 速 图像 数据 的实 时缓 存 ．
指令， 只需要按照所定的 Ｓ Ｄ Ｒ Ａ Ｍ 系统时钟把相应的参数配置好， 比如说突发长度、 行列延时等等． 待初始化模 块 完成 后， Ｓ ＤＲ ＡＭ 就可 以进 入正常 的工 作状 态 了．
’ ’ ￣ ， Ｉ － １ Ｉ 休 ｌ 卜 ｌ － Ｉ － ． － ｖ ． ， ． ｊ 司 Ｉ ｛ ｊ ‘
Ｍ … ａ 一 ２ … Ｏ ｌ ３
基于 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 的图像数据缓 存控 制器设计
向强 ， 蔡威， 姬 高 飞，庞 啸龙
（ 西 南 民族 大 学 电 气信 息 工程 学 院，四川 成 都 ６ １ ０ ０ ４ １ ）
３ Ｓ Ｄ Ｒ ＡＭ 初始化
系统 上 电复 位 后，必须要 有 Ｓ ＤＲ Ａ Ｍ 初始 化 的过程 ，其 中 Ｓ Ｄ Ｒ ＡＭ 初始 化模块 如 图 １ 示 ：首 先要 有 ２ ０ ０ ｕ ｓ
缓存控制器也就成为了系统设计的主要 内容¨ Ｊ ． Ｓ Ｄ Ｒ Ａ Ｍ 其全称叫同步动态随机访问存储器， 它是嵌入式系统
的重要 部件 ，因其 成本低 、 容 量 大、存取 速度 快和 功耗 低 等优 点被 广泛 应 用于缓 存模 块 ． 但是 Ｓ ＤＲ Ａ Ｍ 比普通 的
Ｒ Ａ Ｍ 存储器操作要复杂很多，随着 Ｅ Ｄ Ａ技术 的发展， 采用硬件描述语言在 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 上实现高效简单的 Ｓ Ｄ Ｒ Ａ Ｍ 控制器 已经成为现实 Ｊ ． 这种控制器移植方便、代码简单容易理解， 更重要的是能够高效的完成任务． 为提高其 与外 界通 信 的速 度，该控 制器 采用 异步读 写 Ｆ Ｉ Ｆ Ｏ 作 为跨 度，通 过控 制 Ｓ Ｄ Ｒ ＡＭ 存 储器 的读 写，实现 对高 速 图像 数据 的实 时缓 存 ．
指令， 只需要按照所定的 Ｓ Ｄ Ｒ Ａ Ｍ 系统时钟把相应的参数配置好， 比如说突发长度、 行列延时等等． 待初始化模 块 完成 后， Ｓ ＤＲ ＡＭ 就可 以进 入正常 的工 作状 态 了．
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基于 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 的图像数据缓 存控 制器设计
向强 ， 蔡威， 姬 高 飞，庞 啸龙
（ 西 南 民族 大 学 电 气信 息 工程 学 院，四川 成 都 ６ １ ０ ０ ４ １ ）
《基于FPGA的现代数字系统设计》课件第1章
基于EDA技术的所谓“自顶向下”的设计方法正好相 反，它主要采用并行工程和“自顶向下”的设计方法，使开 发者从一开始就要考虑到产品生成周期的诸多方面，包括质 量、成本、开发时间及用户的需求等。该设计方法首先从系 统设计入手，在顶层进行功能划分和结构设计，由于采用高 级语言描述，因此能在系统级采用仿真手段验证设计的正确 性，然后再逐级设计底层的结构，用VHDL、Verilog HDL 等硬件描述语言对高层次的系统行为进行电路描述，最后再 用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路的网表，其对 应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路。“自顶 向下”设计方法的特点表现在以下几个方面：
EDA技术融合电子技术、集成电路制造技术、计算机 技术和智能化技术等，以计算机为工作平台，以相关的 EDA软件为开发工具，以大规模可编程逻辑器件为设计载 体，以硬件描述语言(Hardware Description Language)为系统 逻辑描述的主要方式，自动完成系统算法和电路设计。 EDA技术已有30多年的发展历程，大致可分为20世纪70年 代的计算机辅助设计(CAD)阶段、80年代的计算机辅助工程 (CAE)阶段和90年代后的电子系统设计自动化(EDA)阶段。
3) 集设计、仿真和测试于一体 现代的EDA软件平台集设计、仿真、测试于一体，配 备了系统设计自动化的全部工具，这些工具包括：多种能兼 容和混合使用的逻辑描述输入工具以及高性能的逻辑综合、 优化和仿真测试工具。电子设计师可以从概念、算法、协议 等开始设计电子系统，将电子产品从电路设计、性能分析到 设计出IC版图或PCB版图的整个过程在计算机上自动处理完 成。
PLD从20世纪70年代发展到现在，已形成了许多类型的产品，其结 构、工艺、集成度、速度和性能都在不断地改进和提高。最早期的可编 程逻辑器件有可编程只读存储器(PROM)、紫外线可擦除只读存储器 (EPROM)和电可擦除只读存储器(E2PROM)，其后出现了结构上稍复杂 的可编程芯片，它能够完成各种数字逻辑功能，这一阶段的产品主要有 可编程阵列逻辑(PAL)和通用阵列逻辑(GAL)。由于受到结构规模的限制， 以上这些PLD只能完成简单的数字逻辑功能，称为简单低密度PLD器件。 进入90年代后伴随着铜微处理器硅芯片技术的发展，可编程逻辑器件在 体积与性能上得到了更良好的体现，出现了复杂高密度PLD器件，如 1984年Xilinx公司发明的现场可编程门阵列FPGA (Filed Programmable Gate Array)以及随后出现的复杂可编程逻辑器件CPLD(Complex Programmable Logic Device)，它们直接面向用户，具有极大的灵活性和 通用性、使用方便、开发效率高、成本低以及工作可靠性好等特点，因 而很快得到普及和应用，发展非常迅速。
基于FPGA的CAN控制器软核的设计与实现
能强 大 ，本 文 以此 为蓝 本 设 计 Ｃ ＡＮ控 制 器 的结 构 。参 照 Ｓ Ａ１ ０ 设计 Ｊ ００ 接 口管 理 逻 辑 、位 时 序 逻 辑 、位 流 处 理器 、错 误 管理 逻 辑 、发 送 缓
验 收 Ｂ 波器
Ａ Ｆ Ｃ
冲 器 、接 收 缓 冲 器 和验 收滤 波 器 ７ 功 能模 块 ，并 设 计 寄 存器 组 【 。 个 ３ ］
总线 控制 系 统 的方法 ，为 基 于 Ｃ ＡＮ 总 线 的控 制 应用 提 供 了一个 较 好 的 思路 。 由于 软 核是 具有 特 定 电路 功 能 的硬 件 描 述语 言程 序 ，
介质 访 问控 制子 层 （ Ｃ） ＭＡ
数 据封 装 ／ 装 拆
支 持 可重 用 、可 裁剪 、可 移植 ， 因此 可 增强 系 统 设 计 的效 率 和 灵
１
引言
Ｓ Ｃ 利用 可 编 程 逻辑 技 术 把 整 个 电子 系 统 包 括 处理 器 、存 储 器 、 总线 和 总 线 控 制器 、Ｉ 口、 ＯＰ ／ Ｏ
ＤＳ 、锁 相 环 等集 成 在 一 个 单 片上 ，是 一 种特 殊 的嵌 入 式 系 统芯 片 。Ｓ Ｐ 设 计 的实 质 是把 各 个 子 系 Ｐ ＯＣ 统 的 Ｉ 组 装 为 一个 大 的片 上系 统 。随着 高密 度 的 Ｆ Ｇ 的 出现 以及 Ｓ Ｐ 技术 的发 展 ，基 于 Ｆ ＧＡ Ｐ核 ＰＡ ＯＣ Ｐ 的嵌入 Ｉ Ｐ核 的片上 可 编 程 系统 的实 现方 法 也 得 到 了广 泛 的应用 。 Ｃ ＡＮ 总线 因具 有 可靠 性 好 、传 输 速 率 高 、传 输 距 离长 等 优 点而被 广泛 地 应 用 在工 业 现场 监 控 设 备 中 。Ｃ ＡＮ 总 线 设计 的关 键 是 Ｃ Ｎ 控 制 器 的 设计 和 使 用 ，通 常 的 方法 是 采 用 单 片机 加 专 用 Ｃ Ａ ＡＮ 控 制 器 芯 片 ，或 选 择 内嵌 Ｃ Ｎ 控 制 器 并 带有 Ｃ Ａ ＡＮ 接 口的单 片 机 【 ］ 照现 代 电子 系 统 设计 理 念 ，上述 系 ｌ 。按 ， ２ 统 集 成度 不 高 ，可靠 性 较 低 ，通 用 性 也不 好 。可将 Ｃ Ｎ 控 制 器 设计 成 Ｉ Ａ Ｐ软核 ，通 过 Ｓ Ｃ技 术在 单 ＯＰ 片 Ｆ ＧＡ 中构 建 Ｃ Ｐ ＡＮ 总 线 系统 来 解 决 上述 不 足 。同时 ，还 可 在 实现 Ｃ Ｎ 控 制 器 的 Ｆ Ｇ 的剩 余 资源 Ａ ＰＡ 上 集 成其 他 自行 设计 的数 字 电路 ，有 效地 减 少 外 围芯片 的数 量 。
验 收 Ｂ 波器
Ａ Ｆ Ｃ
冲 器 、接 收 缓 冲 器 和验 收滤 波 器 ７ 功 能模 块 ，并 设 计 寄 存器 组 【 。 个 ３ ］
总线 控制 系 统 的方法 ，为 基 于 Ｃ ＡＮ 总 线 的控 制 应用 提 供 了一个 较 好 的 思路 。 由于 软 核是 具有 特 定 电路 功 能 的硬 件 描 述语 言程 序 ，
介质 访 问控 制子 层 （ Ｃ） ＭＡ
数 据封 装 ／ 装 拆
支 持 可重 用 、可 裁剪 、可 移植 ， 因此 可 增强 系 统 设 计 的效 率 和 灵
１
引言
Ｓ Ｃ 利用 可 编 程 逻辑 技 术 把 整 个 电子 系 统 包 括 处理 器 、存 储 器 、 总线 和 总 线 控 制器 、Ｉ 口、 ＯＰ ／ Ｏ
ＤＳ 、锁 相 环 等集 成 在 一 个 单 片上 ，是 一 种特 殊 的嵌 入 式 系 统芯 片 。Ｓ Ｐ 设 计 的实 质 是把 各 个 子 系 Ｐ ＯＣ 统 的 Ｉ 组 装 为 一个 大 的片 上系 统 。随着 高密 度 的 Ｆ Ｇ 的 出现 以及 Ｓ Ｐ 技术 的发 展 ，基 于 Ｆ ＧＡ Ｐ核 ＰＡ ＯＣ Ｐ 的嵌入 Ｉ Ｐ核 的片上 可 编 程 系统 的实 现方 法 也 得 到 了广 泛 的应用 。 Ｃ ＡＮ 总线 因具 有 可靠 性 好 、传 输 速 率 高 、传 输 距 离长 等 优 点而被 广泛 地 应 用 在工 业 现场 监 控 设 备 中 。Ｃ ＡＮ 总 线 设计 的关 键 是 Ｃ Ｎ 控 制 器 的 设计 和 使 用 ，通 常 的 方法 是 采 用 单 片机 加 专 用 Ｃ Ａ ＡＮ 控 制 器 芯 片 ，或 选 择 内嵌 Ｃ Ｎ 控 制 器 并 带有 Ｃ Ａ ＡＮ 接 口的单 片 机 【 ］ 照现 代 电子 系 统 设计 理 念 ，上述 系 ｌ 。按 ， ２ 统 集 成度 不 高 ，可靠 性 较 低 ，通 用 性 也不 好 。可将 Ｃ Ｎ 控 制 器 设计 成 Ｉ Ａ Ｐ软核 ，通 过 Ｓ Ｃ技 术在 单 ＯＰ 片 Ｆ ＧＡ 中构 建 Ｃ Ｐ ＡＮ 总 线 系统 来 解 决 上述 不 足 。同时 ，还 可 在 实现 Ｃ Ｎ 控 制 器 的 Ｆ Ｇ 的剩 余 资源 Ａ ＰＡ 上 集 成其 他 自行 设计 的数 字 电路 ，有 效地 减 少 外 围芯片 的数 量 。
基于FPGA的电梯控制器系统设计
第２期贺敬凯，王瑞春，万学元，潘晓宁，郑芙蓉，李晓堂：基于丌＇ＧＡ的电梯控制器系统设计５９ＳＯ：ｏｎｆｌｏｏｒｌ，表示在楼层１；Ｓ１：ｄｏｏｒｏｐｅｎ＿ｕｐ，上升过程中，电梯开ｆ］Ｓｓ；Ｓ２：ｄｏｏｒｃｌｏｓｅ＿ｕｐ，上升过程中，电梯关门；Ｓ３：ｕｐ＿ｌｉｆｔ，表示电梯上升一层；Ｓ４：ｄｏｏｒｏｐｅｎ＿ｄｏｗｎ，下降过程中，电梯开ｆｑ５ｓ；ｓ５：ｄｏｏｒｃｌｏｓｅｄｏｗｎ，下降过程中，电梯关门；５６：ｄｏｗｎ＿ｌｉｆｔ，表示电梯下降一层。
各状态在满足一定的条件下转换，具体状态转换如图３所示。
图３电梯控制器状态转换图Ｆｉｇ．３Ｓｔａｔｅｃｈａｒｔｏｆｅｌｅｖａｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ图３中的状态转换条件如表１所示。
表１电梯控制器状态转换条件Ｔａｂ．１ＳｔａｔｅｃｈａｎｇｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｅｌｅｖａｔｏｒｃｏｎｔｒｏＨｅｒ现态次态转换条件ＳＯＳＩ下一个时钟Ｓ１ＳＩｕｐ［ｐｏｓ］＝ｌｓｔｏｐ［ｐｏｓ］＝ｌＳＩＳ２Ｓｌ下一个状态不为Ｓｌ时Ｓ２Ｓｌｕｐ［ｐｏｓ］＝ｌｓｔｏｐ［ｐｏｓｌ＝ｌｓ２ｓ３Ｓ２下一状态不为Ｓｌ，－臣ｓｔｏｐ［ｐｏｓ＋ｉ］＝ｌｕｐ［Ｉｒｅｓ＋ｉ］＝１ｄｏｗｎ［ｐｏｓ＋ｉ］＝１（ｉ＞０．１Ｌｐｏｓ＋ｉ＜＝Ｎ）Ｓ２ｓ４Ｓ２Ｔ－－．Ｒ．．态，为Ｓｌ和Ｓ３，Ｊｌｄｏｗｎ［ｐｏｓ］＝１ｓ２ｓ５Ｓ２下一状态不为Ｓ１／￥３／￥４，且ｓｔｏｐ【ｐｏｓ—ｉ】－ｌｕｐ［ｐｏｓ－ｉ］＝１ｄｏｗｎ［ｐｏｓ－ｉ］＝ｌ（ｉ＞０．Ｅｐｏｓ－ｉ＞＝Ｏ）Ｓ２５２Ｓ２下一状态不为Ｓｌ，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５时Ｓ３Ｓ２完成ｐｏｓ＝ｐｏｓ＋ｌ，下一个时钟Ｓ４ｓ４ｄｏｗｎ［ｐｏｓｌ＝！ｏｒｓｔｏｐ［ｐｏｓｌ＝１ｓ４Ｓ５Ｓ４下一个状态不为ｓ４时Ｓ５Ｓ４ｄｏｗｎ［ｐｏｓ］＝ｌｓｔｏｐ［ｐｏｓ］＝ｌＳ５Ｓ６Ｓ５下一状态不为ｓ４，＿ｌ王ｓｔｏｐ［ｐｏｓ—ｉ】：ｌｕｐ［ｐｏｓ－ｉ］＝ｌｄｏｗｎ［ｐｏｓ－ｉ］＝１（ｉ＞０．Ｅｐｏｓ－ｉ＞＝０）Ｓ５Ｓ１Ｓ５下一状态不为ｓ４和ｓ６，．臣ｕｐ［ｐｏｓ］＝１Ｓ５ｓ２Ｓ５下一状态不为￥４／￥６／Ｓ１，且ｓｔｏｐ【ｐｏｓ＋ｉ】＝ｌｕｍ）ｏｓ＋ｉ】＝ｌｄｏｗｎ［ｐｏｓ＋ｉ］＝１（ｉ＞０９ｐｏｓ＋ｉ＜＝Ｎ）Ｓ５Ｓ５Ｓ２下一状态不为Ｓｄ／Ｓ６／Ｓ１／￥２时ｓ６ｓ５完成ｐｏｓ＝ｐｏｓ－Ｉ，下一个时钟上表中，ｐｏｓ表示当前楼层，ｕｐ［ｐｏｓ】、ｄｏｗｎ［ｐｏｓ】、ｓｔｏｐ［ｐｏｓ］分别表示当前楼层的向上、向下、和停止铵钮的状态。
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ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｐｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎｉ ｓ ｍｓ ｅ ｘ ｉ ｓ ｔ ．Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｄｅ ａ ｌ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ａ ｔ ｔ ａ ｃ ｋｓ ｂ ａｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｉ ／Ｏ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ，ａ ｐｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ
ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｆ Ｐ ＧＡ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍｍａ ｂ ｌ ｅ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｐ Ｃ Ｉ Ｅ ｘ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｂ ｕ ｓ ．Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ ｈ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｐ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｙ ｋ ｉ ｎ ｄ ｏ ｆ ｐ ａ ｃ ｋ ｅ ｔ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｏ ｆ Ｐ ＣＩ Ｅ ｘ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ， ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ａ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｅ ｓ ｏ ｖ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｌｉ ｃ ｉ ｏ ｕ ｓ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｉ ／ Ｏ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ． ＫＥＹＷ ＯＲＤＳ： ｈ ｆｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ； Ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍｍａ ｂ ｌ ｅ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ； ｇ Ａ ｔ ｔ ａ ｃ ｋ
中图 分 类 号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ ３ ． ０ ８ 文献标识码 ： Ａ
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎｄ Ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ＦＰＧ Ａ － Ｂａ ｓ ｅ ｄ Ｉ ／Ｏ Ｃｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ
ＨＵＡＩ Ｌ ｉ ａ ｎ ｇ －ｌ ｉ ａ ｎ ｇ ， Ｆｅ ｒ ｎ ａ ｎ ｄ Ｌ ｏ ｎ ｅ Ｓ ａ ｎ ： １ ０ ０ ６ — ９ ３ ４ ８ （ ２ ０ １ ３ ） 叭一 ０ ２ ５ ４ — ０ ５
计
算
机
仿
真
２ ０ １ ３ 年１ 月
基于 Ｆ Ｐ ＧＡ 的 Ｉ ／ Ｏ 控 制 器 的 设 计 和 实 现
怀靓 亮 ， Ｆ ｅ ｒ ｎ ａ ｎ ｄ Ｌ ｏ ｎ ｅ Ｓ ａ ｎ ｇ
ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ ： Ｔ ｈ ｅ ａ ｔ ｔ ａ ｃ ｋ ｓ ｏ ｎ ｔ ｈ ｏ ｓ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｓ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ｃ ａ ｔ ｅ ｇ ｏ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｃ Ｐ Ｕ ａ ｎ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｉ ／ Ｏ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ．Ａｔ ｔ ａ ｃ ｋ ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｃ Ｐ Ｕ ｈ ａ ｖ ｅ ｂ ｅ ｅ ｎ ｗｅ ｌ ｌ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ，ａ ｎ ｄ ｍａ ｎ ｙ ｍａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｃ ｏ ｕ ｎ ｔ ｅ ｒ ｍｅ ａ ｓ — ｕ ｒ ｅ ｓ ｈ ａ ｖ ｅ ｂ ｅ ｅ ｎ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｌ ｙ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ．Ｈｏ ｗ ｅ ｖ ｅ ｒ ，ａ ｔ ｔ ａ ｃ ｋ ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｉ ／ Ｏ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｈ ａ ｖ ｅ ｂ ｅ ｅ ｎ ｌ ｅ ｓ ｓ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ，ａ ｎ ｄ ｆ ｅ ｗ
（ １ ．Ａ Ｖ Ｉ Ｃ Ｒ ａ ｄ ａ ｒ ａ ｎ ｄ Ａ ｖ ｉ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ｗｕ ｘ ｉ Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ ２ １ ４ ０ ６ ３， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ．Ｌ Ａ Ａ Ｓ － Ｃ Ｎ Ｒ Ｓ ， Ｔ ｏ ｕ ｌ ｏ ｕ ｓ ｅ ， ３ １ ０ ２ ８ ，Ｆ ｒ ａ ｎ ｃ ｅ ）
（ １ ．中航工业 雷达与 电子设备研究院 ， 江苏 无锡 ２ １ ４ ０ ６ ３ ； ２ ．Ｌ Ａ Ａ Ｓ — Ｃ Ｎ Ｒ Ｓ， 法国 图卢兹 ３ １ ０ ２ ８ ） 摘要 ： 对 于计算机信息系统受到攻击基本 上可 以分为基于 Ｃ Ｐ Ｕ和 Ｉ ／ Ｏ控制器这两种。对 于 Ｃ Ｐ Ｕ的攻击 已经被深入研究 ， 各 种成熟 的对策也被， 泛的应用。但 是对于 Ｉ ／ Ｏ控制器攻击的研究非 常缺乏有效的保护机制 。为 了研究关 于 Ｉ ／ Ｏ控制器 的 攻击 ， 使用 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 可编程技术设计 和实现 了一款 Ｐ Ｃ Ｉ Ｅ ｘ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ 总线的平台。平 台能产生任意种类的关于 Ｐ Ｃ Ｉ Ｅ ｘ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ 事务层 的 信息包 ， 为研究各类 Ｉ ／ Ｏ控制器的攻击 提供了基础 。 关键词 ： 信 息系统 ； 可编程技术 ； 攻击
ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｆ Ｐ ＧＡ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍｍａ ｂ ｌ ｅ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｐ Ｃ Ｉ Ｅ ｘ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｂ ｕ ｓ ．Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ ｈ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｐ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｙ ｋ ｉ ｎ ｄ ｏ ｆ ｐ ａ ｃ ｋ ｅ ｔ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｏ ｆ Ｐ ＣＩ Ｅ ｘ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ， ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ａ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｅ ｓ ｏ ｖ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｌｉ ｃ ｉ ｏ ｕ ｓ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｉ ／ Ｏ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ． ＫＥＹＷ ＯＲＤＳ： ｈ ｆｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ； Ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍｍａ ｂ ｌ ｅ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ； ｇ Ａ ｔ ｔ ａ ｃ ｋ
中图 分 类 号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ ３ ． ０ ８ 文献标识码 ： Ａ
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计
算
机
仿
真
２ ０ １ ３ 年１ 月
基于 Ｆ Ｐ ＧＡ 的 Ｉ ／ Ｏ 控 制 器 的 设 计 和 实 现
怀靓 亮 ， Ｆ ｅ ｒ ｎ ａ ｎ ｄ Ｌ ｏ ｎ ｅ Ｓ ａ ｎ ｇ
ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ ： Ｔ ｈ ｅ ａ ｔ ｔ ａ ｃ ｋ ｓ ｏ ｎ ｔ ｈ ｏ ｓ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｓ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ｃ ａ ｔ ｅ ｇ ｏ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｃ Ｐ Ｕ ａ ｎ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｉ ／ Ｏ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ．Ａｔ ｔ ａ ｃ ｋ ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｃ Ｐ Ｕ ｈ ａ ｖ ｅ ｂ ｅ ｅ ｎ ｗｅ ｌ ｌ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ，ａ ｎ ｄ ｍａ ｎ ｙ ｍａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｃ ｏ ｕ ｎ ｔ ｅ ｒ ｍｅ ａ ｓ — ｕ ｒ ｅ ｓ ｈ ａ ｖ ｅ ｂ ｅ ｅ ｎ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｌ ｙ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ．Ｈｏ ｗ ｅ ｖ ｅ ｒ ，ａ ｔ ｔ ａ ｃ ｋ ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｉ ／ Ｏ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｈ ａ ｖ ｅ ｂ ｅ ｅ ｎ ｌ ｅ ｓ ｓ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ，ａ ｎ ｄ ｆ ｅ ｗ
（ １ ．Ａ Ｖ Ｉ Ｃ Ｒ ａ ｄ ａ ｒ ａ ｎ ｄ Ａ ｖ ｉ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ｗｕ ｘ ｉ Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ ２ １ ４ ０ ６ ３， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ．Ｌ Ａ Ａ Ｓ － Ｃ Ｎ Ｒ Ｓ ， Ｔ ｏ ｕ ｌ ｏ ｕ ｓ ｅ ， ３ １ ０ ２ ８ ，Ｆ ｒ ａ ｎ ｃ ｅ ）
（ １ ．中航工业 雷达与 电子设备研究院 ， 江苏 无锡 ２ １ ４ ０ ６ ３ ； ２ ．Ｌ Ａ Ａ Ｓ — Ｃ Ｎ Ｒ Ｓ， 法国 图卢兹 ３ １ ０ ２ ８ ） 摘要 ： 对 于计算机信息系统受到攻击基本 上可 以分为基于 Ｃ Ｐ Ｕ和 Ｉ ／ Ｏ控制器这两种。对 于 Ｃ Ｐ Ｕ的攻击 已经被深入研究 ， 各 种成熟 的对策也被， 泛的应用。但 是对于 Ｉ ／ Ｏ控制器攻击的研究非 常缺乏有效的保护机制 。为 了研究关 于 Ｉ ／ Ｏ控制器 的 攻击 ， 使用 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 可编程技术设计 和实现 了一款 Ｐ Ｃ Ｉ Ｅ ｘ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ 总线的平台。平 台能产生任意种类的关于 Ｐ Ｃ Ｉ Ｅ ｘ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ 事务层 的 信息包 ， 为研究各类 Ｉ ／ Ｏ控制器的攻击 提供了基础 。 关键词 ： 信 息系统 ； 可编程技术 ； 攻击