FPGA与硬件描述语言-第一章-绪论.ppt

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1、,FPGA与硬件描述语言,2016.4,引言,为何将这门课从第一周调整到从第九周开始？本门课和数电的关系？开设这门课的重要性？这是一门注重实践的课程，目的是要掌握一门技能,引言,介绍本门课的教学大纲：教学内容安排,引言,介绍本门课的教学大纲：考核及成绩评定采用百分制，总评成绩由平时成绩、实践教学成绩和期末成绩三部分组成平时成绩占30%（其中出勤成绩占10%，作业成绩占20%）实践设计成绩占50%期末考核成绩占20%,引言,介绍本门课的教学大纲：参考书教材：王振红等，图说VHDL数字电路设计，化学工业出版社，2009年1月参考书：褚振勇等，FPGA设计及应用，西安电子科技大学出版社，2002年6

2、月答疑安排周四56节，第三实验楼901电子邮箱：,第一章 绪论,1.1 现代数字系统1.1.1 数字系统的概念1.1.2 数字系统的实现1.1.3 数字系统的设计工具1.2 EDA技术的发展1.3 现代数字系统的实现方法,绪论数字系统的概念,FPGAField Programmable Gate Array现场可编程门阵列,绪论数字系统的概念,数字系统优点：稳定性好。数字电路不像模拟电路那样容易受到噪声的干扰可靠性高。数字电路中只需分辨出信号的有与无，故电路的组件参数，可以允许有较大的变化（漂移）范围能长期存储。数字信息可以利用某种媒介，如磁带、磁盘、光盘等进行长时期的存储,绪论数字系统的概念

3、,数字系统优点：便于计算机处理。数字信号的输出除了具有直观、准确的优点外，最主要的还是便于利用电子计算机来进行信息的处理便于高度集成化,绪论数字系统的概念,数字电路是由具有各种逻辑功能的数字逻辑器件组成的常用数字逻辑器件都包括哪些？,绪论数字系统的概念,门电路,绪论数字系统的概念,门电路,绪论数字系统的概念,门电路,绪论数字系统的概念,编码器 74LS148，8线-3线优先编码器译码器 74LS138，3线-8线译码器加法器 74LS183，双全加器选择器乘法器触发器 RS触发器、JK触发器、D触发器计数器,绪论数字系统的概念,数字系统中都是由数字逻辑器件组成的吗？,绪论数字系统的概念,绪论数

4、字系统的概念,数字系统的概念：用数字电路实现处理和传输信息的系统都称为数字系统,绪论数字系统的实现,数字系统的发展史,绪论数字系统的实现,分立元件，由电阻、电容、晶体管等电子元件组成SSI（Small-Scale Integration）小规模集成电路，1-10个逻辑门 典型电路：逻辑门器件，触发器MSI（Medium-Scale Integration）中规模集成电路，10-100个逻辑门 典型电路：编码器，译码器，计数器,绪论数字系统的实现,LSI（Large-Scale Integration）大规模集成电路，100-10000个逻辑门 典型电路：微处理器，存储器，可编程逻辑器件VLSI

5、（Very-Large-Scale Integration）超大规模集成电路，10000个逻辑门以上,绪论数字系统的实现,传统的数字系统像其他电子系统一样，通常采用搭积木式的方法实现，先由器件搭成电路板，再用电路板搭成电子系统早期数字系统设计特点：“积木块，搭积木”,绪论数字系统的实现,半加器的真值表,半加器的逻辑表达式,半加器的逻辑图和符号,绪论数字系统的实现,全加器的逻辑表达式,全加器的逻辑图和符号,绪论数字系统的实现,4位串行进位加法器,绪论数字系统的实现,早期的数字系统体积大、重量大、功耗大、生产周期长、成本高、可靠性差可靠性差的主要原因：出现故障的机会大大增加平均失效时间将大大下降,

6、绪论数字系统的实现,微控制器是在单一芯片上实现的CPU，它是一种通用型器件，只需配以一定的程序（通常固化于外部的ROM中）和一些外围电路，即可任意实现复杂的组合逻辑功能,绪论数字系统的实现,基于通用微控制器进行数字系统设计的方法具有灵活高效、成本低、系统开发风险小以及可移植性好等诸多优点微控制器的出现从根本上改变了传统的数字系统设计方法，是对传统数字系统的一次革命,绪论数字系统的实现,基于微控制器的设计方法的缺点也逐步显现：系统速度低易受到干扰，使系统瘫痪尚无可靠地方法对程序进行加密,绪论数字系统的实现,ASIC（专用集成电路）Application Specific Integrated C

7、ircuits一个复杂的数字系统只要一片或数片ASIC即可实现,绪论数字系统的实现,绪论数字系统的实现,PLD（可编程逻辑器件）Programmable Logic DevicePLD的优点在于产品研制时间段，设计费用低，风险接近于零使本来是微电子工程师才能完成的ASIC设计，完全转移给了电路设计工程师，大大缩短了数字系统设计的时间,绪论数字系统的实现,绪论数字系统的实现,为了高效地实现数字系统，人们越来越多地采用软硬件协同的设计方法进行系统设计集成电路制造工艺的迅速发展使微控制器嵌入ASIC或PLD成为现实，因此，一颗芯片即可完成整个系统功能，这就是近几年得到迅速发展的片上系统（SoC，Sy

8、stem on Chip）设计技术,绪论数字系统的设计工具,传统数字系统设计的流程,绪论数字系统的设计工具,现代数字系统的设计工作不仅需要完成功能设计，而且还需要对时序、功能等性能指标进行优化，仅仅依靠手工是无法完成设计工作的，所有的设计工作都需要在计算机上通过专用的EDA工具完成,绪论数字系统的设计工具,EDA（电子设计自动化）Electronic Design Automation,绪论数字系统的设计工具,设计输入工具：用于输入设计源文件，主要包括代码输入和原理图输入工具综合和布局布线工具：是设计实现工具，用于完成设计的物理实现仿真工具：用于验证设计是否正确，是进行设计验证的最重要手段,绪论数字系统的设计工具,EDA工具只能完成设计工作，而实现则需要可编程逻辑器件的支持，可编程逻辑器件和EDA工具的结合给现代硬件系统设计者提供了强有力的工具,绪论数字系统的设计工具,AlteraXilinxLattice,绪论EDA技术的发展,绪论EDA技术的发展,绪论现代数字系统的实现方法,现代数字系统的实现一般采用自顶向下的模块化设计流程。这里“顶”指的是整个数字系统的功能和定义，“下”指的是组成系统的功能部件“一般称为子模块”,绪论现代数字系统的实现方法,基于可编程逻辑器件的数字系统设计流程,现代数字系统的实现方法,