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基于FPGA平台的数字设计教育 摘要 本文概述了如何将FPGA技术集成到数字设计教育过程在TUT。本文主要是集中于一套实验室实验，它是作为研究生课程“高级数字设计”引进的，包括设备、软件和方法论，以及未来计划的改进。 关键字：FPGA，FPGA开发板，数字设计教育 简介 随着集成水平的不管增长，现在的电路还有超过百万的门。然而，这也是的电路变得更加复杂。数字系统的开发通常需要制作一个测试原型。而原型本身是很昂贵的，它的制造所需的重大延迟也在介绍之列。此外，原型的制作在开发周期中相当迟，但整体的设计需要在之前制定。调试也变得更加复杂还要花更多的时间来执行。 FPGA技术承诺要帮助克服这些问题。基于FPGA的开发板都是低成本和便携式的。FPGA的可重复编程性能使它不仅可以实现和充分验证设计本身，而且还用同样的发展板建立子系统的原型开发板。如果系统可能被修改或者提高性能或添加新的功能时，这种灵活性非常有价值。 快速原型是一个相当新的概念，它允许在相当短的时间内建立复杂的电路。它应经通过各种各样的产业道路来减少成本和缩短产品上市的时间。应用FPGA技术来开发和估测原型设计是快速原型方法的关键。FPGA设备结构与测试版的制造时间相比可以很快完成。这就是“快速”所代表的。有些人可能会质疑FPGA的开发原型也需要耗时而且需要更多的时机和资源，因此会造成项目的推迟。然而和制造传统超大规模集成电路器件相比，这个缺点是微不足道的。 近年来，这项方法作为数字设计教学时间的一部分主要是基于模拟的。建立一个定制的超大规模集成电路测试装置来测试设计似乎不能作为可行的解决方案。高成本和制造延迟阻止了这种方法被今天大多数大学所用。FPGA技术的出现作为有吸引力的选择而被引进。低成本的基于FPGA的开发板由于硬件的可重用性而提供了快速设计周期并且降低了成本。 本文其余的部分分为五个部分。以下部分概述了FPGA是怎样在整个世界范围内被用于教学目的。第三部分重点介绍被用于TUT的“高级数字设计”课程的设备和软件。第四部分为上述课程给出了基本门级任务。第五部分为上述课程给出了先进的门级任务。第六部分介绍结果和获得的经验，以及未来的改进计划。 数字设计教育领域的FPGA技术 在全世界的许多工科大学都开设数字设计的课程。有一个广泛的有哪些信誉好的足球投注网站是组织它们的最好方式。作为一项规则，老师用实验室的实验来指导课程的实践，但他们中的许多人都只是做仿真阶段的研究。一些大学有建立一个超大规模集成电路原型的可能性，然而由于成本原因，只是一种罕见的做法。这正是FPGA的用武之地。 在数字设计教育中应用FPGA可以增加实际的学习经验。除了广泛的仿真和综合，它还有可能在硬件原型上执行最后的验证。它还可以帮助提高学生的学习动机，因为他们可以看到自己的思想可以得到实际的执行。 数字设计需要做出权衡比如地区、循环时间和功率。当做一个项目中做实际的硬件实现时，这些取舍会更加清晰和真实。设计的实行包括报告，它提出了区域和资源的使用，时间和能量估计。这一数据可以用来估计设计的质量。当然，FPGA的设计不是直接与定制硅实现相连接。但评价设计、找到瓶颈、平衡取舍的过程仍然存在。 基于FPGA开发板找到了多多少少的一些类似的应用于数字化设计教育。作为一项规则，一套实验室设备开始了一项简单的教程，和执行一些基本的电路，并用处理器件完成。最常见的是中期的任务被集中在未来处理器的个别部分，而最后分配这些模块放在一起完成整个处理器的验证功能。 FPGA除了仅仅用做一种原型工具，有些课程是专门集中于FPGA本身的。这些包括研究可编程逻辑器件的历史，结构，工具，设计流程，学习有效利用FPGA资源。此外，其他组件的该功能的特征是可以通过扩展头的开发与外部设备连通。这包括连接显示器，液晶显示模块，触摸屏，内存模块，通过键盘和鼠标的通信，或者甚至进行FPGA的无线配置装置。 硬件/软件的协同设计也可以使用基于FPGA的开发板。使用一套包括软处理器、多控制器的内存和标准接口的知识产权的核心，与硬件定制一起，可以实现一个完整功能的计算机。这种方法被称为系统可编程技术。处理器的应用程序可以用C或者C++来编写，用制造商提供的核心处理工具来编译。 随着FPGA设计中的虚拟零件一起，一些大学提供了一部分真正实施。学生可以购买实验室设备，其中包括印刷电路板及其组成部分。在课程的开始，学生学习焊接，组装和调试他们的开发板。特别注意的是支付容错和故障排除的问题。这一定制板接下来要用来完成一系列实验工作。 除了实验室练习，项目任务也经常用到。他们用所获得的知识和技能来完成最后的测试。通常，学生可以自由选择任务并允许在团队中工作。完成时，学生要给出一个终端产品的介绍，甚至可能被要求写一份论文，描述所用的方法、结果和结论。除了技术问题，这项实验也旨在提高