迈入FPGA的开发入门

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燥虞
5 years ago
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2 自我介绍网名 : 特权同学 08 年本科毕业, 从大四开始自学 8051 MSP430 ARM7 和 FPGA, 目前从事硬件设计工作喜欢写博客, 专注于 FPGA 相关的技术内容 10 年和 11 年分别出版了图书深入浅出玩转 FPGA 和爱上 FPGA 开发特权和你一起学 NIOS II

3 自我介绍 EDN 博客 9.HTM ChinaAET 博客电子发烧友博客新浪微博 ( 网名 : 特权同学 ) &wvr=5&mod=personinfo

4 议程 FPGA 基础知识 FPGA 学习方法 FPGA 开发套件介绍互动环节

5 FPGA 基础知识 FPGA 是什么? FPGA 能干什么? FPGA 怎么干活? 一个简单的 FPGA 开发设计实例

6 FPGA 基础知识从认识奇妙的 0 和 1 开始

7 FPGA 基础知识现实世界是模拟的, 而采集保存传输处理或还原这些模拟信号的中间过程却往往是数字化的数字给人类带来了翻天覆地的变化! 各种模拟设备 AD 转换前端采集, 编码传输各种模拟设备 DA 转换解码, 数据处理

8 FPGA 基础知识数字电路基础中所提及的与门或门非门就是最基本的数字处理 z = x & y x 0 0 y 0 1 z z = x y x 0 0 y 0 1 z z = ~x x z

9 FPGA 基础知识数字电路基础中带异步置位和复位的 D 触发器便是寄存器的原型 set D set clk q f3 clr f4 f1 q clk f5 f2 ~q D f6 clr

10 FPGA 基础知识时序逻辑和组合逻辑 x y z1 x y set D clk q z2 clr 组合逻辑时序逻辑 x y clk z1 z2

11 FPGA 基础知识设计一个基本的逻辑电路编写基本的 HDL 代码 EDA 工具将其综合为逻辑电路 EDA 工具进一步将所需要的电路功能转换到具体的器件结构中 RTL 级代码综合逻辑电路布局布线器件

12 FPGA 基础知识一颗 FPGA 器件的内部结构 I/O 块 I/O 块逻辑阵列块逻辑阵列块 2 GCLK 输入 2 GCLK 输入 I/O 块 CFM 块 UFM 块

13 FPGA 基础知识 FPGA 器件内部一个逻辑单元的结构

14 FPGA 基础知识该逻辑单元的有两种工作模式, 即正常模式和运算模式, 以下是正常模式的结构

15 FPGA 基础知识一段简单的代码 module p22vlg( ); clk,rst_n, ain,bin,cin,dout input clk; input rst_n; input ain,bin,cin; output reg dout; clk or negedge rst_n) if(!rst_n) dout <= 1'b0; else dout <= (ain & bin) cin; endmodule

16 FPGA 基础知识代码被综合后的逻辑电路

17 FPGA 基础知识最终实现到具体器件中的逻辑电路

18 FPGA 基础知识 FPGA 的三大特点和优势 1. 灵活性可重编程, 可定制易于维护, 方便移植升级或扩展降低 NRE 成本, 加速产品上市时间 2. 并行性更快的速度更高的带宽实时处理 3. 集成性更多的接口和协议支持单片解决方案, 可以替代很多数字芯片

19 FPGA 基础知识灵活性与众多功能固定管脚有限应用范围也相对较窄的 ASIC( 包括各种 MCU CPU) 相比, FPGA 器件则有着更大的可选择性和灵活性, 用于各种不同数字逻辑电路功能的实现如果把各种 ASIC 比作是风格迥异功能不同, 可拎包即住的房屋楼宇 ; 那么 FPGA 就是堆满各种原始建筑材料的荒地一块, 没有免费的午餐, 必须自己动手, 方可丰衣足食, 但也正是这种灵活自由性, 使得用户可以根据具体的需求设计出定制化的产品

20 FPGA 基础知识并行性 From Freescale 2010FTF 硬件加速引擎 killer For a display application 示波器多通道并行显示

21 FPGA 基础知识集成性

22 FPGA 基础知识主要应用领域逻辑粘合与实时控制流片验证与测试系统算法实现与片上系统

23 FPGA 基础知识一个测试系统的应用案例 8 路 AD 采样电源模块等效器 8 路开关量回采 FPGA 2 路液晶显示 8 路指令输出 8 个 LED 插座 8 个按键插座 RS422 插座地面热备份电源机箱前面板 PC 机

24 FPGA 基础知识一个实时控制的应用案例

25 FPGA 基础知识一个算法实现的应用案例

26 FPGA 基础知识开发流程需求分析行为仿真综合约束时序约束模块划分代码设计综合优化实现板级调试功能仿真时序仿真

27 FPGA 基础知识设计验证行为仿真设计输入功能仿真综合优化时序仿真实现板级调试下载配置

28 FPGA 学习方法 FPGA 学习的三个阶段入门阶段进阶阶段从业阶段

29 FPGA 学习方法入门阶段目标 : 能够熟练编写代码掌握使用 EDA 工具的使用三步走 : 啃书本, 初步了解 HDL 语言买套件, 进行各种基本实验跑流程, 熟练 EDA 工具使用

30 FPGA 学习方法进阶阶段目标 : 掌握各种设计调试验证的方法和技巧体会代码风格深入了解器件级底层架构体会 FPGA 的并行设计思想掌握基于 FPGA 的工程设计思想掌握时序分析原理掌握设计验证方法, 如仿真在线调试多参考规范的设计代码, 多翻阅官方文档, 多动手实践摸索

31 FPGA 学习方法从业阶段目标 : 根据具体的项目, 灵活运用 FPGA 进行开发设计分析项目需求, 评估并制定 FPGA 可行性方案按照流程进行原型开发在项目中不断的总结积累, 不断的提升

32 FPGA 学习方法 FPGA 的学习虽然可以大致分为入门进阶从业三个阶段, 但对于这门博大精深且更新脚步极快的技术领域, 要想不断的提升能力, 工程师们必须学习, 学习, 再学习! 器件在变, 工具在变, 项目也在变, 工程师处理问题的方法或方式也需要不断的改进优化摆正位置, 有一颗谦虚的心, 经常把自己放在一个初学者的位置, 用辩证的眼光去看待正在或将要面对的新项目新难题

33 开发套件介绍早期推出的三种套件 BJ-EPM CPLD 套件 MAX II SF-EP1C FPGA 套件 Cyclone SF-NIOS2 FPGA 套件 Cyclone II

34 开发套件介绍 BJ-EPM CPLD 套件适合初学者入门配套视频深入浅出玩转 FPGA 1-20 课时即将出版的配套新书 HDL 边练边学

35 开发套件介绍 SF-EP1C FPGA 套件适合 FPGA 进阶学习配套视频深入浅出玩转 FPGA 课时

36 开发套件介绍 SF-NIOS2 FPGA 套件适合片上系统和 NIOS II 的入门学习配套视频特权和你一起学 NIOS II 配套图书爱上 FPGA 开发特权和你一起学 NIOS II 目前已经停产! 由 SF-CY3 相关套件替代

37 开发套件介绍最新推出的团购套件 SF-CY3 核心板 Cyclone III SF-BASE 模块 SF-LCD 模块 SF-SENSOR 模块 SF-VGA 模块 SF-USB 模块 SF-TSE 模块

38 开发套件介绍 SF-CY3 核心板 Cyclone III

39 开发套件介绍 SF-CY3 核心板 Cyclone III

40 开发套件介绍 SF-BASE 模块

41 开发套件介绍 SF-LCD 模块

42 开发套件介绍 SF-SENSOR 模块

43 开发套件介绍多模块互联实例

44 开发套件介绍多模块互联实例

45 开发套件学什么? 硬件电路设计外设芯片的工作和驱动原理 FPGA 设计的系统思路 FPGA 设计的工程思想 FPGA 设计的详细代码实现方式 FPGA 的仿真和时序设计 FPGA 的板级在线调试手段和方法

46 开发套件学什么? 实例 : 超声波测距数据采集 FPGA Quartus II JTAG 26 位计数器 In-System Sources and Probes 超声模块触发信号产生 (TRIG) 高脉冲保持时间计算逻 (ECHO) 超声波模块

47 开发套件学什么? SF-CY3 套件详细的设计文档

48 如何选择开发套件? 选择一款合适的开发套件, 开始你的 FPGA 学习之旅! 配件齐全 ( 电源下载线各种配套连接线 ) 资料齐全 ( 设计文档详细例程丰富代码规范有配套视频更好 ) 可扩展性好 ( 可以满足将来的扩展应用 ) 满足自身学习需求

49 问答环节

50 特权制造本教程只适用于特权开发制作的各类学习套件使用淘宝店链接 : SF-CY3 FPGA 套件开发指南欢迎加入 FPGA/CPLD 助学小组一同学习交流 : EDN: ChinaAET: 淘宝店链接 : 技术咨询 :wuhouhang@gmail.com 版本信息时间版本状态 V1.00 创建 V2.00 增加 SF-BASE 子板开发指南一章 V3.00 增加 SF-LCD 子板开发指南一章 V4.00 增加 SF-SENSOR 子板开发指南一章 V4.01 修改 V4.02 修改的公式圣经箴言九 11 敬畏耶和华是智慧的开端, 认识至胜者便是聪明 1

51 特权制造本教程只适用于特权开发制作的各类学习套件使用淘宝店链接 : 目录 SF-CY3 FPGA 套件开发指南概述... 错误! 未定义书签 1.1 功能框图... 错误! 未定义书签 1.2 Cyclone III 系列 FPGA 器件简介... 错误! 未定义书签 1.3 EP3C5E144C8 器件资源一览... 错误! 未定义书签 2 SF-CY3 硬件电路解析... 错误! 未定义书签 2.1 实物示意图... 错误! 未定义书签 2.2 原理图解析... 错误! 未定义书签系统电源电路... 错误! 未定义书签 FPGA 电源电路... 错误! 未定义书签时钟和复位电路... 错误! 未定义书签 FPGA 配置电路... 错误! 未定义书签 SDRAM 电路... 错误! 未定义书签 LED 指示灯... 错误! 未定义书签连接器电路... 错误! 未定义书签 3 SF-CY3 基本使用安装说明... 错误! 未定义书签 3.1 电路板安装... 错误! 未定义书签 3.2 Quartus II 与 ModelSim 软件下载与安装... 错误! 未定义书签 EDA 工具概述... 错误! 未定义书签软件下载和 license 申请... 错误! 未定义书签 Quartus II 的安装... 错误! 未定义书签 ModelSim 的安装... 错误! 未定义书签 3.3 USB Blaster 驱动安装... 错误! 未定义书签 4 FPGA 的下载配置... 错误! 未定义书签 4.1 FPGA 的上电启动原理... 错误! 未定义书签 4.2 JTAG 在线烧录 FPGA... 错误! 未定义书签 4.3 JTAG 烧录配置芯片... 错误! 未定义书签 5 SF-CY3 工程实例... 错误! 未定义书签 5.1 逻辑 (Verilog) 实例 1 LED 闪烁... 错误! 未定义书签新建工程... 错误! 未定义书签输入源码... 错误! 未定义书签 ModelSim 仿真... 错误! 未定义书签管脚分配与编译... 错误! 未定义书签下载配置与板级调试... 错误! 未定义书签 5.2 逻辑 (Verilog) 实例 2 PLL 配置... 错误! 未定义书签新建工程... 错误! 未定义书签 PLL 配置和例化... 错误! 未定义书签 ModelSim 仿真... 错误! 未定义书签管脚分配与编译... 错误! 未定义书签下载配置与板级调试... 错误! 未定义书签 5.3 基于 Qsys 的 NIOS II 实例 1 LED 闪烁... 错误! 未定义书签新建工程... 错误! 未定义书签圣经箴言九 11 敬畏耶和华是智慧的开端, 认识至胜者便是聪明 2

52 特权制造本教程只适用于特权开发制作的各类学习套件使用淘宝店链接 : Qsys 硬件系统架构... 错误! 未定义书签例化 Qsys 系统... 错误! 未定义书签管脚分配与编译... 错误! 未定义书签 EDS 中新建软件工程... 错误! 未定义书签 ModelSim 仿真... 错误! 未定义书签下载配置与板级调试... 错误! 未定义书签 5.4 基于 Qsys 的 NIOS II 实例 2 Hello NIOS II... 错误! 未定义书签 JTAG UART 外设概述... 错误! 未定义书签编写软件代码... 错误! 未定义书签下载配置与板级调试... 错误! 未定义书签 5.5 基于 Qsys 的 NIOS II 实例 3 集成 SDRAM 外设... 错误! 未定义书签系统概述... 错误! 未定义书签 Qsys 组件添加... 错误! 未定义书签系统例化和管脚分配... 错误! 未定义书签时序约束与工程编译... 错误! 未定义书签软件工程... 错误! 未定义书签 6 SF-BASE 子板开发指南... 错误! 未定义书签 6.1 功能与原理图介绍... 错误! 未定义书签主要外设芯片及装配... 错误! 未定义书签插座管脚定义... 错误! 未定义书签蜂鸣器电路... 错误! 未定义书签 LED 指示灯电路... 错误! 未定义书签拨码开关电路... 错误! 未定义书签数码管电路... 错误! 未定义书签 AD 转换电路... 错误! 未定义书签 DA 转换电路... 错误! 未定义书签 6.2 逻辑 (Verilog) 实例 3 PWM 驱动蜂鸣器... 错误! 未定义书签实验原理... 错误! 未定义书签 Verilog 参考代码... 错误! 未定义书签仿真验证... 错误! 未定义书签工程实践... 错误! 未定义书签 6.3 逻辑 (Verilog) 实例 4 流水灯... 错误! 未定义书签实验原理... 错误! 未定义书签 Verilog 参考代码... 错误! 未定义书签仿真验证... 错误! 未定义书签工程实践... 错误! 未定义书签 6.4 逻辑 (Verilog) 实例 5 模式流水灯... 错误! 未定义书签实验原理... 错误! 未定义书签 Verilog 参考代码... 错误! 未定义书签仿真验证... 错误! 未定义书签工程实践... 错误! 未定义书签 6.5 逻辑 (Verilog) 实例 6 数码管显示... 错误! 未定义书签实验原理... 错误! 未定义书签 Verilog 参考代码... 错误! 未定义书签圣经箴言九 11 敬畏耶和华是智慧的开端, 认识至胜者便是聪明 3

53 特权制造本教程只适用于特权开发制作的各类学习套件使用淘宝店链接 : 仿真验证... 错误! 未定义书签工程实践... 错误! 未定义书签 6.6 逻辑 (Verilog) 实例 7 基于 In-System Sources and Probes Editor 的 AD 采集错误! 未定义书签概述... 错误! 未定义书签 AD 采样控制原理... 错误! 未定义书签 In-System Sources and Probes Editor 例化... 错误! 未定义书签 Verilog 参考代码... 错误! 未定义书签仿真验证... 错误! 未定义书签工程实践... 错误! 未定义书签 6.7 逻辑 (Verilog) 实例 8 基于 In-System Sources and Probes Editor 的 DA 输出错误! 未定义书签概述... 错误! 未定义书签 DA 采样控制原理... 错误! 未定义书签 In-System Sources and Probes Editor 例化... 错误! 未定义书签 Verilog 参考代码... 错误! 未定义书签仿真验证... 错误! 未定义书签工程实践... 错误! 未定义书签 6.8 基于 Qsys 的 NIOS II 实例 4 PIO 中断控制... 错误! 未定义书签工程移植... 错误! 未定义书签添加组件... 错误! 未定义书签例化系统... 错误! 未定义书签时序约束... 错误! 未定义书签软件编程... 错误! 未定义书签 6.9 基于 Qsys 的 NIOS II 实例 5 数码管定时器中断... 错误! 未定义书签功能概述... 错误! 未定义书签组件编辑... 错误! 未定义书签组件添加... 错误! 未定义书签例化系统... 错误! 未定义书签软件编程... 错误! 未定义书签 6.10 基于 Qsys 的 NIOS II 实例 6 AD/DA 组件... 错误! 未定义书签功能概述... 错误! 未定义书签组件编辑... 错误! 未定义书签组件添加... 错误! 未定义书签例化系统... 错误! 未定义书签软件编程... 错误! 未定义书签 7 SF-LCD 子板开发指南... 错误! 未定义书签 7.1 功能与原理图介绍... 错误! 未定义书签主要外设芯片及电路图解析... 错误! 未定义书签装配示意图... 错误! 未定义书签 7.2 逻辑 (Verilog) 实例 9 LCD 的基本驱动... 错误! 未定义书签 LCD 驱动原理... 错误! 未定义书签 Verilog 代码... 错误! 未定义书签工程实践... 错误! 未定义书签圣经箴言九 11 敬畏耶和华是智慧的开端, 认识至胜者便是聪明 4

54 特权制造本教程只适用于特权开发制作的各类学习套件使用淘宝店链接 : 7.3 逻辑 (Verilog) 实例 10 LCD 的 32 级红色显示... 错误! 未定义书签色彩显示原理... 错误! 未定义书签 Verilog 代码... 错误! 未定义书签工程实践... 错误! 未定义书签 7.4 逻辑 (Verilog) 实例 11 基于 FPGA 内嵌 RAM 的 LCD 字符显示错误! 未定义书签字符取模... 错误! 未定义书签字符显示原理... 错误! 未定义书签内嵌 RAM 的配置和例化... 错误! 未定义书签 Verilog 代码... 错误! 未定义书签工程实践... 错误! 未定义书签 7.5 逻辑 (Verilog) 实例 12 基于 In-System Memory Content Editor 的 LCD 实时显示字符更改... 错误! 未定义书签 7.6 基于 Qsys 的 NIOS II 实例 7 Qsys 的 LCD 组件设计... 错误! 未定义书签系统原理概述... 错误! 未定义书签 LCD 驱动移植... 错误! 未定义书签 SDRAM 控制器设计... 错误! 未定义书签 Avalon-MM 从机接口设计... 错误! 未定义书签数据缓存模块和 FIFO 配置... 错误! 未定义书签 PLL 配置与复位设计... 错误! 未定义书签 Qsys 系统构建... 错误! 未定义书签管脚分配与时序约束... 错误! 未定义书签软件工程实例... 错误! 未定义书签 8 SF-SENSOR 子板开发指南... 错误! 未定义书签 8.1 功能与原理图介绍... 错误! 未定义书签主要外设芯片及电路图解析... 错误! 未定义书签装配示意图... 错误! 未定义书签 8.2 基于 Qsys 的 NIOS II 实例 8 SPI 接口字库芯片控制... 错误! 未定义书签新 Qsys 系统添加 SPI 组件... 错误! 未定义书签 SPI 外设驱动编程原理... 错误! 未定义书签字库芯片驱动编程原理... 错误! 未定义书签软件工程实例... 错误! 未定义书签 8.3 基于 Qsys 的 NIOS II 实例 9 IIC 接口实时时钟 (RTC) 芯片控制错误! 未定义书签 RTC 实时时钟芯片驱动原理... 错误! 未定义书签 IIC 控制器组件设计... 错误! 未定义书签 Qsys 系统构建... 错误! 未定义书签软件工程实例... 错误! 未定义书签 8.4 逻辑 (Verilog) 实例 13 超声波测距数据采集... 错误! 未定义书签超声波模块驱动原理... 错误! 未定义书签数据采集平台构建... 错误! 未定义书签数据采集在线调试... 错误! 未定义书签 8.5 基于 Qsys 的 NIOS II 实例 10 超声波测距换算... 错误! 未定义书签超声波模块组件创建... 错误! 未定义书签硬件系统搭建... 错误! 未定义书签圣经箴言九 11 敬畏耶和华是智慧的开端, 认识至胜者便是聪明 5

55 特权制造本教程只适用于特权开发制作的各类学习套件使用淘宝店链接 : 软件工程调试... 错误! 未定义书签 8.6 逻辑 (Verilog) 实例 14 基于 CMOS Sensor 的视频采集显示错误! 未定义书签 CMOS 摄像头应用背景与驱动原理... 错误! 未定义书签采集系统设计概述... 错误! 未定义书签 IIC 接口配置模块设计... 错误! 未定义书签视频流采集模块设计... 错误! 未定义书签工程移植... 错误! 未定义书签 CMOS Sensor 接口时序约束... 错误! 未定义书签板级调试... 错误! 未定义书签附录 A 实例与工程映射... 错误! 未定义书签附录 B 套件淘宝购买链接... 错误! 未定义书签圣经箴言九 11 敬畏耶和华是智慧的开端, 认识至胜者便是聪明 6

56 特权制造本教程只适用于特权开发制作的各类学习套件使用淘宝店链接 : 圣经箴言九 11 敬畏耶和华是智慧的开端, 认识至胜者便是聪明 7

图片展示 : 资源简介 : FPGA Altera CycloneII EP2C5T144C8 (4608 个 LE) 2 路有源晶振 (50M,25M) AS & JTAG 标准接口 VGA 接口 UART 接口蜂鸣器 8bit 并行 DAC 8 路按键

图片展示 : 资源简介 : FPGA Altera CycloneII EP2C5T144C8 (4608 个 LE) 2 路有源晶振 (50M,25M) AS & JTAG 标准接口 VGA 接口 UART 接口蜂鸣器 8bit 并行 DAC 8 路按键官方淘宝地址 :http://metech.taobao.com/ MeTech verilog 典型例程讲解 V1.0 笔者 :MeTech 小芯技术支持 QQ : 417765928 1026690567 技术支持 QQ 群 :207186911 China AET 讨论组 http://group.chinaaet.com/293 笔者博客 :http://blog.csdn.net/ywhfdl