FPGA设计开发指南.docVIP

序言： 此文档整理于10-11年学习FPGA时，学了这么久只为了公司做一个项目，同时幻想着找个FPGA开发方面的工作。在这一时期，学习使用cadence绘制原理图，使用allegro布板，自己手工焊接调试，写FPGA程序。所有工作是在自己摸索中完成的，没有人指导，曾经为了画PCB布线时长干到了凌晨4点，而公司没有加班费，工资也很可怜，支撑自己的是一腔热忱。以为自己在公司好好干会有前途也有钱途，理想很丰满，现实很骨感。 今天整理资料发现这个文档，分享出来只为了纪念曾经的那份岁月。现在也已经过了35岁，处于很尴尬的境地，各方面。这么多年，我很不孝，离家远，一年一家就几天，母亲身体不好，我却不能多陪陪她，很内疚，我对不起他。回首往昔，曾经的我一腔热忱，朝气蓬勃，可如今暮霭沉沉，除了父母，我最对不起曾经的自己。 前两天与同事讨论从军队学什么，我的看法是目标，执行力，勇气。我这些年就毁在了目标不清晰上，时间过了就过了，想要改变，难，身体，家庭。 任何时候不要将自己的人生价值实现寄托给其它人，这个世界只有功劳，没有苦劳，不要幻想。 人生当如来，就像婴孩一样，追逐快乐，不忘初心，一如从前， 第一章 FPGA技术概述 数字系统的本质 处理单元：构成各种数字系统的核心 处理单元通常可分为三类 ISA处理单元：指令系统 硬连线结构处理单元: ASIC 可重构处理单元: 可编程逻辑器件 ISA处理单元 指各种MCU、DSP处理器或专用指令集处理器，需要通过指令系统（或微代码）来描述各种算法，并在指令部件的控制下完成对各种计算问题的求解。 DSP从根本上讲是适合串行算法的，DSP处理器的灵活性主要体现在软件更改容易和各种复杂算法的实现上，而对硬件本身的更改则没有任何灵活性而言。 硬连线结构处理单元 主要指ASIC，其基本特征是功能固定，通常用于完成特定的算法，这种系统适合于实现功能固定 和数据结构明确的计算问题。 不足之处主要是设计周期长、成本高，且没有可编程性，可扩展性差。 硬件工程师希望有一种更灵活的设计方法，根据需要，在实验室就能设计、更改大规模数字逻辑，研制自己的ASIC并马上投入使用。这就是可编程逻辑器件提出的思想脉络。 FPGA初衷就是灵活设计更改大规模的复杂逻辑 周期成本灵活性 可重构处理单元 主要指可编程逻辑器件，如FPGA和CPLD。 FPGA在实时系统中的应用越来越普及，它有很强的灵活性，其内部的具体逻辑功能可以根据需要配置，对电路的修改和维护非常方便。体现灵活性 FPGA的容量己经达到了千万门级，运算速度大大高于目前最快的DSP处理器，并且已经出现了许多支持FPGA应用的IP核，包括各种滤波器、变换器、存储器、编解码器以及数学处理功能单元等。大规模数字逻辑 高速 基于ip的设计 FPGA可以容易地在片内实现细粒度高度并行运算结构。使用FPGA，可以实现功能强大的数字信号处理系统。 FPGA系统的追求 - 高性能 - 高集成 - 低成本 - 灵活性 性能集成成本灵活 FPGA和DSP处理器配合使用 DSP作主处理器，FPGA作协处理器 对于性能要求极高的应用，可将复杂的算法划分成底层部分和高层部分，结合DSP和FPGA各自的结构和功能特点，将算法的各个部分映射到不同的硬件模块上，在系统功能上实现互补。 底层部分用于处理数据量大，速度要求高，但是运算结构相对比较简单的算法，适于用FPGA硬件的高度并行性实现，可同时兼顾速度及灵活性。例如，一定长度的FFT/IFFT、脉冲压缩、脉冲积累、FIR滤波以及矩阵转置等算法，都可以用FPGA实现。 利用高速并行性实现数据量大、高速但运算结构简单的算法。 高层部分处理的特点是所处理的数据量较低层部分少，但算法的控制结构复杂，适于用运算速度高、寻址方式灵活、通信机制强大的DSP芯片来实现。 利用其算法容易实现的优势处理运算结构复杂的算法 “FPGA+DSP” 结构是目前高性能处理系统的主流方式。这种结构非常灵活，有较强的通用性，适于模块化设计，有利于提高算法效率，缩短开发周期，并易于维护和扩展。 结合DSP与FPGA各自的特点进行功能划分，DSP实现复杂运算结构，FPGA实现底层海量数据处理，从而达到极高性能。 可编程逻辑器件的发展历程 - PROM－可编程只读存储器，只能存储少量数据，完成简单逻辑功能。 - EPROM和EEPROM －紫外线可擦除只读存储器和电可擦除只读存储器。 - PAL和GAL －可编程阵列逻辑和通用阵列逻辑，能完成中大规模的数字逻辑功能。 - FPGA和CPLD－现场可编程逻辑器件和复杂可编程逻辑器件，可以完成超大规模的复杂组合逻辑与时序逻辑。 器件的发展源于结构的不断创新。创新是灵魂。 FPGA与CPLD的比较 - FPGA