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FPGA培训学习心得

海华电子企业（刘子安）

一．简述

随着微电子设计技术与工艺的发展，数字集成电路从电子管、晶体管、中小规模集成电

路、超大规模集成电路（VLSIC）逐步发展到今天的专用集成电路（ＡＳＩＣ）。今天已发

展到能完成超大规模的复杂组合逻辑与时序逻辑的复杂可编程逻辑器件（ＣＰＬＤ）和现场

可编程逻辑器件（ＦＰＧＡ）．新一代的ＦＰＧＡ甚至集成了中央处理器或数字处理器内核，

在一片ＦＰＧＡ上进行软硬件协同设计，为实现片上可编程系统提供了强大的硬件支持。

二．FPGA技术发展的认识和看法

目前常用的可编程逻辑器件主要有简单的逻辑阵列（ＰＡＬ／ＧＡＬ）、复杂可编程逻

辑器件（ＣＰＬＤ）和现场可编程逻辑器件（ＦＰＧＡ）。而对如今的ＦＰＧＡ来说，早已

不是传统意义上的通用可编程逻辑，而是越来越像一个可编程的片上系统（SOPC）,并且内

部硬件功能模块越来越丰富，如片内ＲＡＭ、锁相环（ＰＬＬ）、数字信号处理（ＤＳＰ）

模块、专用高速电路甚至嵌入式ＣＰＵ；同时，ＦＰＧＡ在系统中扮演着越来越重要的角色，

被大量应用于中高端产品中。

¾FPGA的基本结构

FPGA基本由６部分组成，分别为可编程输入／输出单元、基本可编程逻辑单元、嵌

入式块RAM、丰富的布线资源、底层嵌入功能单元和内嵌专用硬核等。

¾FPGA的发展趋势

FPGA未来的发展趋势可总结为四个要点：

⑴先进工艺：最先进的ASIC生产工艺将被更广泛的应用于以FPGA为代表的可编

程逻辑器件；

⑵处理器内核：越来越多的高端FPGA产品将包含DSP或CPU等处理器内核，从

而FPGA将由传统的硬件设计手段逐步过渡为系统设计平台；

⑶硬件与结构化ASIC：FPGA将包含功能越来越丰富的硬核，与传统ASIC进一步

融合，并通过结构化ASIC技术加快占领部分ASIC市场；

⑷低成本器件：低成本FPGA的密度越来越高，价格越来越合理，将成为FPGA发

展的中坚力量。

三．设计课题的总结

¾设计课题的确立

在这次中电网FPGA设计培训过程中，主要设计课题资源为：

1．培训试验板主要采用Altera公司的CycloneII系列的EP2C5T144C8。

2．核心板采用1M×16bit的flash，256K×16bit的Sram，可以支持NiosII系列实验。

3．采用的串行配置器件包括EPCS1，同时支持AS和JTAG的下载方式。支持NiosII软核

嵌入式处理器。

4．提供的实验资源包括：

a、1个7段数码管

b、7个LED

c、4个轻触按键

d、256色标准VGA彩显接口

e、1个PS/2鼠标/键盘接口

f、1个RS232接口。

¾AlteraFPGA系统的组成和结构

Altera公司的可编程逻辑产品可以分为高密度FPGA、低成本FPGA和CPLD。Altera

高密度FPGA主要为StratixⅡ,采用了全新的逻辑结构——自适应逻辑模块（ALM）。Altera

FPGA主要结构特性为：

平面布局和设计原则

互连线资源、逻辑阵列块(LAB)和逻辑单元(LE)

内嵌RAM块

时钟网络和锁相环（PLL）

DSP块

Ｉ／Ｏ结构

高速差分Ｉ／Ｏ接口

对于AlteraFPGA设计开发来说，一个完整的FPGA设计流程包刮电路设计与输入、

功能仿真、综合、综合后仿真、实现、布线后仿真与验证、板级仿真验证与调试等主要步骤。

而常用的工具则可分为综合工具、仿真工具、实现工具、辅助设计和其他工具等５类，Altera

FPGA设计开发平台为AlteraQuartusⅡ。

¾设计方法

在整个的ＦＰＧＡ培训过程中，自己通过多种途径进行FPGA学习设计。主要进行的

设计步骤为：

Ⅰ．熟悉AlteraQuartusⅡ软件及开发流程，AlteraQuartusⅡ软件集成了Altera的

FPGA/CPLD开发流程中所涉及的所有工具和第三方软件接口，通过使用此综合开发工具，

进行创建、组织和管理自己的设计，而AlteraQuartusⅡ开发流程有５个方面的内容：设计

输入、综合、布局布线、仿真、编程和配置。

Ⅱ．通过《THCII-1创新SOPC实验套件实验教材》以及《实验平台使用说明》进行实

验，根据所提供的实例和详细的操作步骤一步一步地走下去，初步了解熟悉AlteraQuartusⅡ

软件的使用方法、开发流程、配置管理以及软件结构编辑。

Ⅲ．通过中电网提供的视频教学进行学习和疑难解答，进一步加深自己对FPGA硬件

结构的了解熟悉，并通过向专家提问解决自己在设计中所遇到的困难和疑点。

Ⅳ．通过网络跟其他对FPGA颇有研究的同仁学习或心得交流。

Ⅴ．自己编写程序通过SOPC实验套件进行试