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可编程逻辑系统系统设计如何入门 FPGA是基于硬件可编程的器件，设计方法与CPU和DSP有本质的区别； 设计者需要掌握硬件描述语言，还要具备硬件的概念和调试的经验，才能设计出高质量的FPGA系统 FPGA系统涉及到： FPGA的结构原理、电路硬件设计与调试、硬件描述语言（HDL）、开发工具EDA软件、仿真验证技术以及FPGA与其他处理器的互联接口技术等。 FPGA最好的入门方法---实践。 初期阶段：看书+软件仿真； 实践阶段：结合FPGA开发板，将自己的设计在FPGA硬件系统上运行。 FPGA最小系统：含电源、下载接口，引出全部IO，用户自行设计外部电路。 可编程逻辑系统设计技术背景 目前数字系统设计领域公认的基础性技术 CPU、DSP、FPGA FPGA技术发展迅速，正在逐渐融合CPU和DSP的功能； FPGA已经广泛应用在如无线基站、千兆网络路由器、智能手机、便携式产品等领域。 在我们的全国竞赛中，FPGA的作用主要定位在时序信号产生、前端信号采集、高速控制、数据并行处理等方面，作为辅助控制器与MSP430或DSP协同运行，不做单独的处理器来使用。 FPGA与ASIC ASIC：指固定的或定制的逻辑器件（专用集成电路）---如MP3专用解码芯片 优点：通过固化的逻辑功能和大规模的工业化生产，芯片成本大幅度降低，可靠性高； 缺点：设计周期长，投资大，风险高，设计投产后不可更改。 FPGA的诞生解决了ASIC存在的这些不足，满足了快速产品开发的需要。 第一片FPGA：Xilinx公司1984年推出，20多年的发展，FPGA的可用门从当初的1000余个可用门，发展到现在的1000万个以上的可用门。容量提升了1万倍。 FPGA解决了电子系统小型化、低功耗、高可靠性的问题，开发周期短、投入少，芯片价格不断下降。 FPGA技术发展趋向 1、基于FPGA的嵌入式系统（SoPC）技术正在成熟； 2、FPGA芯片向高性能、高密度、低压和低功耗方向发展； 3、基于IP库的设计方法； FPGA的设计者只需要寻找适合项目需要的IP库资源，然后将这些IP整合起来，完成顶层模块设计。 整个项目的仿真和验证工作主要就是验证IP库的接口逻辑设计正确性。 4、FPGA的动态可重构技术。 指对于特定结构的FPGA芯片，在一定的控制逻辑的驱动下，对芯片的全部或部分逻辑资源实现高速的功能变换，从而实现硬件的时分复用，节省逻辑资源。 1、PLD器件概述(3/3)---主流CPLD与FPGA CPLD：基于乘积项结构，基本结构为“与-或阵列”； FPGA：基于查找表结构，由简单的查找表构成可编程门，再构成阵列形式（ FPGA数据掉电后丢失，CPLD掉电保持） 2、CPLD的结构与可编程原理（1/2） CPLD即复杂可编程逻辑器件，是早期GAL器件的改进。 Altera的MAX7000系列具有典型性，以此为例，进行简介 MAX7000系列包含32-256个宏单元，每16个宏单元组成一个逻辑阵列块（LAB） 3、FPGA的结构与工作原理---简介（1/3） 多数FPGA采用基于SRAM的查找表逻辑形成结构，即利用SRAM（静态随机存储器）来构成逻辑函数发生器； 一个N输入查找表（LUT）可以实现N个输入变量的任何逻辑功能； Altera的Cyclone系列器件成本低、性价比高，结构和工作原理具有典型性； Cyclone器件主要由逻辑阵列块（LAB）、嵌入式存储器块、IO单元和PLL等模块构成； 每个LAB有多个LE（Logic Element，逻辑单元）构成； LE是Cyclone FPGA 器件的最基本可编程单元； LE主要由一个4输入的查找表LUT、进位链逻辑和一个可编程的寄存器构成。 3、FPGA的结构与工作原理---结构（2/3） 3、FPGA的结构与工作原理---结构（3/3） 其它详细结构及工作原理请读者自行阅读教材P26-P32 PLL的作用：完成时钟的高精度、低抖动的倍频、分频、占空比调整、移相等功能(可达ps精度)； 内嵌专用硬核：与“底层嵌入单元”有区分，指的是通用性相对较弱，不是所有FPGA都包含硬核。如Altera的Stratix GX系列 内部专门集成了3.1875 Gbit/s的串并收发单元； 4、硬件测试技术 内部逻辑测试（动态测试、分析内部寄存器的状态） 器件厂商在在PLD中嵌入某种逻辑功能模块； 与EDA工具配合提供一种嵌入式逻辑分析仪，通过测试发现内部逻辑问题； 如Altera的SignalTapII。 JTAG边界扫描测试（BST） 5、FPGA/CPLD厂商 ALt