基于FPGA的16位寄存器设计.doc

1、 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 计算机科学系 2013 草鱼届本科毕业 设计（ 论文 ） 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 基于 FPGA 的 16 位寄存器的设计 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 专 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 业 草鱼 草鱼 草鱼 计算机科学与技术 草鱼 草鱼 草鱼 姓 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 名 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 XXX 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 学 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草

2、鱼 草鱼 草鱼 草鱼 号 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 xxxxxxxx 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 指 草鱼 导 草鱼 草鱼 教 草鱼 师 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 XXX 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 完 草鱼 成 草鱼 草鱼 时 草鱼 间 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 2013 年 6 月 6 日 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 陕西 草鱼 草鱼 商洛 草鱼 独创性声明 草鱼 本人声明所呈交的 论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果 。 草鱼 尽我所知 ， 鲤鱼 除了文中特别加以

3、标注和致谢的地方外 ，鲤鱼 论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果 ， 鲤鱼 也不包含为获得商洛学院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料 。 草鱼 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意 。 草鱼 草鱼 学位论文作者签名： _ 日期： _草鱼 草鱼 关于论文使用授权的说明 草鱼 本人完全了解商洛学院有关保留、使用学位论文的规定 ， 鲤鱼 即：学校有权保留送交论文的复印件 ， 鲤鱼 允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容 ， 鲤鱼 可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文 。草鱼 草鱼 公开 草鱼 草鱼 保密（ _年 _月） 草鱼

4、 草鱼 (保密的学位论文在解密后应遵守此协议 )草鱼 签名： 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 导师签名： 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 日期： 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 商洛学院学位论文 I 基于 FPGA 的 16 位寄存器的设计 草鱼 摘要 ： 随着 社会的 发展 ， 鲤鱼 科学技术也在不断的进步 。 草鱼 特别是计算机产业 ， 鲤鱼 可以说是日新月异 ， 鲤鱼 寄存器作为计算机的一个重要部件 ， 鲤鱼 移位寄存器更是如此 ， 鲤

5、鱼 从先前的只能做简单的左移或右移功能的寄存器到现在广泛应用的具有寄存代码、实现数据的串行 -并行转换、数据运算和数据处理功能的移位寄存器 。 草鱼 移位寄存器正在向着功能强 ， 鲤鱼 体积小 ， 鲤鱼重量轻等方向不断发展 。 草鱼 草鱼 系统使用 EDA 技术 设计了具有移位功能的寄存器 ， 鲤鱼 采用硬件描述语言 VHDL 进行设计 ，鲤鱼 然后 进行编程 和调试 ， 鲤鱼 再进行 时序仿真等 ， 鲤鱼 在 Quartus 工具软件环境下 ， 鲤鱼 采用自顶向下的设计方法 。 草鱼 本设计根据移位寄存器的功能设计了三种不同的寄存器：双向移位寄存器、串入串出 (SISO)移位寄存器、串入并出

6、 (SIPO)移位寄存器 。 草鱼 整 个设计过程 简单 ， 鲤鱼 使用方便 。 草鱼 功能齐全 ， 鲤鱼 精度高 ， 鲤鱼 具有一定的开发价值 。 草鱼 草鱼 关键词 ： EDA； VHDL；移位寄存器 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草 鱼 草鱼 草鱼 草鱼 Design 草鱼of 草鱼16 草鱼bit 草鱼 register 草鱼 based 草鱼 on 草鱼FPGA 草鱼 Abstrsct: 草鱼 With 草鱼 the 草鱼 social 草鱼 development, 草鱼 scie

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12、se. 草鱼 Full-featured, 草鱼 high 草鱼 precision, 草鱼 has 草鱼 a 草鱼 certain 草鱼 value 草鱼 for 草鱼 development.草鱼 Key 草鱼 words:EDA; 草鱼 VHDL; 草鱼 shift 草鱼 register 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 目 草鱼 草鱼录 草鱼 第一章 草鱼 草鱼 绪论 1 草鱼 1.1 草鱼 课题 目 的 1 草鱼 1.2 草鱼 课题 的内容 1 草鱼 1.3 草鱼 课题 的 意义

13、 1 草鱼 1.4 草鱼 论文结构 2 草鱼 第二章 草鱼 草鱼 草鱼 技术背景 3 草鱼 2.1 草鱼 草鱼 EDA 简介 3 草鱼 商洛学院学位论文 III 2.2 草鱼 草鱼 FPGA 概述 4 草鱼 2.2.1 草鱼 FPGA 开发编程原理 4 草鱼 2.2.2 草鱼 FPGA 基本结构 5 草鱼 2.2.3 草鱼 FPGA 系统设计流程 5 草鱼 2.3 草鱼 草鱼 VHDL 语言与 Quartus 6 草鱼 2.3.1 草鱼 VHDL 语言简介 6 草鱼 2.3.2 草鱼 Quartus 简介 7 草鱼 2.3.3 草鱼 VHDL 的设计流程 10 草鱼 2.4 草鱼 草鱼 系统方

14、案分析 11 草鱼 第三章 草鱼 草鱼 移位寄存器设计 13草鱼 3.1 设计规划 13 草鱼 3.2 草鱼 各模块工作原理及设计 13 草鱼 3.2.1 草鱼 移位寄存器的工作原理 13 草鱼 3.2.2 草鱼 双向移位寄存器的设计 13 草鱼 3.2.3 草鱼 串入串出（ SISO）移位寄存器的设计 13 草鱼 3.2.4 草鱼 串入并出（ SIPO）移位寄存器的设计 14 草鱼 3.2.5 草鱼 移位寄存器的设计总结 14 草鱼 第四章 草鱼 系统仿真 15草鱼 4.1 双向移位寄存器仿真图分析 15 草鱼 4.2 串入串出（ SISO）移位寄存器仿真图分析 15 草鱼 4.3 串入并出

15、（ SIPO）移位寄存器仿真图分析 16 草鱼 4.4 分析仿真结果 16 草鱼 参考文献 18草鱼 附 草鱼 草鱼 录 20草鱼 谢 草鱼 草鱼 辞 22草鱼 草鱼 商洛学院学位论文 1 第 一 章 草鱼 草鱼 绪论 草鱼 随着 社会的 发展 ， 鲤鱼 科学技术也在不断的进步 。 草鱼 特别是计算机产业 ， 鲤鱼 可以说是日新月异 ， 鲤鱼 寄存器作为计算机的一个重要部件 ， 鲤鱼 移位寄存器更是如此 ， 鲤鱼 从先前的只能做简单的左移或右移功能的寄存器到现在广泛应用的具有寄存代码、实现数据的串行 -并行转换、数据运算和数据处理功能的移位寄存器 。 草鱼 移位寄存器正在向着功能强 ， 鲤鱼

16、体积小 ， 鲤鱼 重 量轻等方向不断发展 ， 鲤鱼 本设计主要介绍的是一个基于超高速硬件描述语言 VHDL对移位寄存器进行编程实现 6。 草鱼草鱼 近年来 ， 鲤鱼 集成电路和计算机应用得 到了高速发展 ， 鲤鱼 现代电子设计技术已迈入一个崭新的阶段 ， 鲤鱼 具体表现在 :（ 1）电子器件及其技术的发展将更多地趋向于为 EDA服务；（ 2）硬件电路与软件设计过程已高度渗透；（ 3）电子设计技术将归结为更加标准、规范的 EDA工具和硬件描述语言 HDL的运用；（ 4）数字系统的芯片化实现手段已成主流 。 草鱼 因此利用计算机和大规模复杂可编程逻辑器件进行现代电子系统设计已成为电 子工程类技术人

17、员必不可少的基本技能之一 。 草鱼 草鱼 1.1课题 目的 草鱼 在计算机中常要求寄存器有移位功能 。 草鱼 如在进行乘法时 ， 鲤鱼 要求将部分积右移；在将并行传送的数转换成串行数时也需要移位 。 草鱼 因此 ， 鲤鱼 移位寄存器的设计是必要的 。草鱼草鱼 本次设计的目的就是 利用计算机组成原理中移位寄存器的相关知识 ， 鲤鱼 通过课程设计更加深入的了解移位寄存器的功能 。 草鱼 了解 EDA技术 ， 鲤鱼 并掌握 VHDL硬件描述语言的设计方法和思想 ， 鲤鱼 通过学习的 VHDL语言结合 计算机组成原理中的相关 知识理论联系实际 ， 鲤鱼 掌握所学的课程知识 。 草鱼 通过对移位寄存器的

18、设计 ， 鲤鱼 巩固和综合运用所学知识 ， 鲤鱼 提高对计算机组成原理的理解 。 草鱼草鱼 1.2 草鱼 课题 的 内容 草鱼 本毕业设计主要是关于移位寄存器的设计 ， 鲤鱼 它不仅描述了设计所需要多种技术的介绍 ， 鲤鱼 例如 EDA、 FPGA、 VHDL语言、 Quartus 草鱼 II软件环境等 ， 鲤鱼 并且对移位寄存器的三种设计进行了时序仿真 ， 鲤鱼 包括左移、右移、串行输入及仿真等功能 。 草鱼 本设计根据 移位寄存器 功能的不同 ， 鲤鱼 设计了三种移位寄存器 。 草鱼草鱼 (1) 草鱼 双向移位寄存器 ； 草鱼 (2) 草鱼 串入串出 (SISO)移位寄存 器 ； 草鱼 (

19、3) 草鱼 串入并出 (SIPO)移位寄存器 。 草鱼草鱼 1.3 草鱼 课题 的意义 草鱼 移位寄存器一个最普遍的应用 ， 鲤鱼 是数据传输过程中 ， 鲤鱼 串行接口和并行接口的转换 。草鱼 这在许多并行传输一组比特数据的电路中很有用 ， 鲤鱼 因为它们常常也使用了在结构上更为简单的串行接口 。 草鱼 移位寄存器可以被用作一个简单的延迟电路 。 草鱼 许多双向错误 !文档中没有指定样式的文字。 2 移位寄存器可以在并行传输中作为堆栈的硬件实现方式 5。 草鱼 草鱼 串入并出形式的移位寄存器经常与 微处理器 连接 ， 鲤鱼 这样做的原因主要是需要的引脚数多于微处理器能够提供的数量 。 草鱼 通

20、过使用移位寄存器 ， 鲤鱼 可以只依靠两三个引脚 ， 鲤鱼 而被控制设备的控制位分别连接在移位寄存器的并行输出端 。 草鱼 由此 ， 鲤鱼 微处理器可以以串行的方式一次写入这些设备的各个控制位 。 草鱼 类似的 ， 鲤鱼 并入串出接法的移位寄存器在多个外部设备向微处理器传输数据时较为常用 ， 鲤鱼 外部设备以并行的方式将数据输入到移位寄存器里 ， 鲤鱼 然后移位寄存器以串行的方式 将数据一位一位地输出给微处理器 ， 鲤鱼 这样 ， 鲤鱼 外部设备的大量信息可以通过少数几条线到达微处理器 。 草鱼草鱼 在早期的计算机中 ， 鲤鱼 移位寄存器被用来进行数据处理：两个相加的数被存储在两个移位寄存器里

21、 ， 鲤鱼 然后它们按照时间脉冲被输出到 算术逻辑单元 ， 鲤鱼 结果中多出的一位以反馈的形式重新被输入到其 中一个移位寄存器（累加器） 。 草鱼 注意两个一位二进制数相加的结果只可能是一位（如 0+0=0,0+1=1）或者两位（ 1+1=10） 。 草鱼草鱼 一些计算机语言内置了移位指令 ， 鲤鱼 这类指令可以让二进制数据在寄存器中进行左移或右移操作 。 草鱼 左移或右移一位 ， 鲤鱼 相当于乘以 2或除以 2。 草鱼草鱼 一些 1970年代早期的设备曾以类似 延迟线存储器 的方式用过非常大规模的串入串出移位寄存器 ， 鲤鱼 其规模达到上千位 。 草鱼 这类存储器有时被称为循环存储器（ ci

22、rculating 草鱼 memory） 。 草鱼 例如 ， 鲤鱼 DataPoint 草鱼 3300将其 25列、 72行的字符显示数据存储在 54个 200位的移位寄存器里 ， 鲤鱼 以 6个堆栈、每个堆栈 9个包的形式排列 ， 鲤鱼 提供了 1800个 6位字符的存储能力 。 草鱼草鱼 1.4 草鱼 论文结构 草鱼 本书第一章：绪论 草鱼 第一章主要介绍了 目前寄存器的发展及概况 ， 鲤鱼 指明了本设计的目的、内容以及研究思路 ， 鲤鱼 根据本设计详细地阐述了移位寄存器的应用 。 草鱼草鱼 本书第二章：技术背景 草鱼 第 二 章主要介绍了进行移位寄存器时序仿真所需要用到的多种技术背景 。

23、 草鱼 包括EDA、 FPGA原理和基本结构 、 VHDL基础语言和 Quartus 草鱼 II 草鱼 6.0开发软件环境 。 草鱼草鱼 本 书第三章：移位寄存器的设计 草鱼 第三章主要介绍了基于 VHDL语言设计的移位寄存器 ， 鲤鱼 并展示了三个模块的工作原理框图 。 草鱼草鱼 本书第四章：系统仿真 草鱼 第四章主要说明了根据 前面的设计进行时序仿真 ， 鲤鱼 对比时序仿真图进行详解 。 草鱼并进行了仿真结果的分析 。 草鱼草鱼 草鱼 商洛学院学位论文 3 第二章 草鱼 草鱼 草鱼 技术背景 草鱼 2.1 草鱼 草鱼 EDA简介 草鱼 EDA是电子设计自动化（ Electronic 草鱼

24、Design 草鱼 Automation）的缩写 ， 鲤鱼 在 20世纪 90年代初从计算机辅助设计（ CAD）、计算机辅助制造（ CAM）、计算机辅助测试（ CAT）和计算机辅助工程（ CAE）的概念发展而来的 。 草鱼 EDA技术就是以计算机为工具 ， 鲤鱼 设计者在 EDA软件平台上 ， 鲤鱼 用硬件描述语言 HDL完成设计文件 ， 鲤鱼 然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真 ， 鲤鱼直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作 。 草鱼 EDA技术的出现 ， 鲤鱼 极大地提高了电路设计的效率和可 行 性 ， 鲤鱼 减轻了设计者的劳动强度

25、。 草鱼 根据电子设计技术的发展特征 ， 鲤鱼 EDA技术发展大致分为三个阶段 3。 草鱼草鱼 1.CAD阶段 草鱼 CAD阶段是从 20世纪 60年代中期到 20世纪 80年代初期 ， 鲤鱼 该阶段的特点是一些单独、的工具软件 ， 鲤鱼 主要有 pcb布线设计、电路模拟、逻辑模拟及版图的绘制等 ， 鲤鱼通过计算机的使用 ， 鲤鱼 从而将设计人员从大量繁琐重复的计算和绘图工作中解脱出来 。 草鱼 这个时期的 EDA一般称为 CAD（计算机辅助设计） 。 草鱼草鱼 2.CAE阶段 草鱼 这个阶段在击集成电路与电子设计方法学及设计工具集成化方面取得了许多成果 。 草鱼 各种设计工具 ， 鲤鱼 如原

26、理图输入、编译与连接、逻辑模拟、测试码生成、版图自动布局以及各种单元库已齐全 。 草鱼 由于采用 了统一数据管理技术 ， 鲤鱼 因而能够将各个工具集成为一个 CAE（计算机辅助工程） 。 草鱼草鱼 3.EDA阶段 草鱼 电子技术发展到 EDA阶段 ， 鲤鱼 期中微电子技术以惊人的速度发展 ， 鲤鱼 其工艺水平达到深亚微米级 ， 鲤鱼 在一个芯片上可集成数百万乃至上千万个晶体管 ， 鲤鱼 工作速度可达到吉兆赫 ， 鲤鱼 这为制造出规模更大、速度更快和信息容量很大的芯片系统提供了条件 ，鲤鱼 但同时也对 EDA系统提出了更高的要求 ， 鲤鱼 并促使了 EDA的发展 。 草鱼 下面简单介绍这个阶段

27、EDA技术的主要特征： 草鱼 （ 1）高层综合的理论与方法取得较大进展 ， 鲤鱼 将 EDA设计层次有 RTL级提高到了系统级 ， 鲤鱼 分为逻辑综合和测试综合 。 草鱼草鱼 （ 2） 采用硬件描述语言来描述 10万门以上的设计 ， 鲤鱼 并形成了 VHDL和 Verilog 草鱼HDL两种标准硬件描述语言 。 草鱼 它们均主持不同层次的描述 ， 鲤鱼 使得复杂 IC的描述规范化 ， 鲤鱼 便于传递、交流、保存于修改 ， 鲤鱼 也便于重复使用 。 草鱼 随着 VHDL和 Verilog 草鱼HDL语言的完善 ， 鲤鱼 设计工程师已经习惯用语言而不是电路来描述电路 。 草鱼 原因其实很简单 ，

28、鲤鱼 随着半导体工艺的快速发展 ， 鲤鱼 设计规模变得非常庞大 ， 鲤鱼 功能非常复杂 ，鲤鱼 传统 的电路图的方法已经不可能适应当前的设计要求 。 草鱼草鱼 （ 3） 采用平面规划技术对逻辑综合和物理版图设计进行联合管理 ， 鲤鱼 做到在逻辑综合早期设计阶段就考虑到物理设计信息的影响 。 草鱼 通过这些信息 ， 鲤鱼 设计者能更进一步进行综合与优化 ， 鲤鱼 并保证所做的修改只会提高性能而不会对版图设计带来负面影响 。 草鱼草鱼 错误 !文档中没有指定样式的文字。 4 (4) 草鱼 可测性综合设计 。 草鱼 随着 ASIC的规模与复杂性的增加 ， 鲤鱼 测试难度与费用急剧上升 。 草鱼 由此

29、产生了将可测试性电路结构制作在 ASIC芯片上的想法 ， 鲤鱼 于是开发了扫描插入、 BLST(内建自测试 )、边界扫描等可 测性设计（ DFT）工具 ， 鲤鱼 并已集成到 EDA系统中 。 草鱼 其典型产品有 Compass公司的 Test 草鱼 Assistant和 Mentor 草鱼 Graphics公司的 LBLST 草鱼 Architect、 BSD 草鱼 Architect、 DFT 草鱼 Advisor等 。 草鱼草鱼 （ 5）为带有嵌入 IP（知识产权）模块的 ASIC设计提供软硬件协同系统设计工具 。草鱼 协同验证弥补了硬件设计和软件设计流程之间的空隙 ， 鲤鱼 保证了软硬件

30、之间的同步协调工作 。 草鱼 协同验证是当今系统集成的核心 ， 鲤鱼 它以高层系统设计为主导 ， 鲤鱼 以性能优化 为目标 ， 鲤鱼 融合逻辑综合、性能仿真、形式验证和可测性设计 ， 鲤鱼 产品如 Mentor 草鱼 Graphics公司的 Seamless 草鱼 CAV。 草鱼 草鱼 （ 6）建立并行设计工程 CE框架结构的集成化设计环境 ， 鲤鱼 以适应当今 ASIC的如下一些特点：数字与模拟店里并存 ， 鲤鱼 硬件与软件设计并存 ， 鲤鱼 产品上市速度要快 。 草鱼这种集成化设计环境中 ， 鲤鱼 使用统一的数据管理系统与完善的通讯管理系统 ， 鲤鱼 由若干相关的设计小组共享数据库和知识库

31、 ， 鲤鱼 并行地进行设计 ， 鲤鱼 而且在各种平台之间可以平滑过渡 。 草鱼草鱼 总之 ， 鲤鱼 EDA开发工具 经历了这么多年的发展和变化 ， 鲤鱼 已经成为硬件设计工程师不可少的设计手段 。 草鱼 随着知识的不断更新和需求的不断牵引 ， 鲤鱼 EDA工具在未来将会有更大的发展 。 草鱼草鱼 2.2 草鱼 草鱼 FPGA概述 草鱼 FPGA是现场可编程门阵列（ Field 草鱼 Programmable 草鱼 Gate 草鱼 Array） 的简称 ， 鲤鱼 与之相应的 CPLD是复杂可编程逻辑器件（ Complex 草鱼 Programmable 草鱼 Logic 草鱼 Device） 的

32、简称 ， 鲤鱼 两者的功能基本相同 ， 鲤鱼 只是实现原理略有不同 ， 鲤鱼 所以有时可以忽略这两者 的区别 ， 鲤鱼 统称为可编程逻辑器件或 CPLD/PGFA。 草鱼 CPLD/PGFA几乎能完成任何数字器件的功能 ， 鲤鱼 上至高性能 CPU， 鲤鱼 下至简单的 74电路 。 草鱼 它如同一张白纸或是一堆积木 ， 鲤鱼 工程师可以通过传统的原理图输入或硬件描述语言自由的设计一个数字系统 。 草鱼 通过软件仿真可以事先验证设计的正确性 ， 鲤鱼 在 PCB完成以后 ， 鲤鱼 利用CPLD/FPGA的在线修改功能 ， 鲤鱼 随时修改设计而不必改动硬件电路 。 草鱼 使用CPLA/FPGA开发

33、数字电路 ， 鲤鱼 可以大大缩短设计时间 ， 鲤鱼 减少 PCB面积 ， 鲤鱼 提高系统的可靠性 。 草鱼 这 些优点使得 CPLA/FPGA技术在 20世纪 90年代以后得到飞速的发展 ，鲤鱼 同时也大大推动了 EDA软件和硬件描述语言 HDL的进步 4。 草鱼草鱼 2.2.1 草鱼 草鱼 草鱼 FPGA开发编程原理 草鱼 硬件设计需要根据各种性能指标、成本、开发周期等因素 ， 鲤鱼 确定最佳的实现方案 ，鲤鱼 画出系统框图 ， 鲤鱼 选择芯片 ， 鲤鱼 设计 PCB并最终形成样机 。 草鱼草鱼 CPLD/FPGA软件设计可分为两大块：编程语言和编程工具 。 草鱼 编程语言主要有VHDL和

34、Verilog两种硬件描述语言；编程工具主要是两大厂家 Altera和 Xilinx的集成综合 EDA软件（如 MAX+plusII、 QuartusII、 Foundation、 ISE）以及第三方工具（如 FPGA 草鱼 Express、 Modelsim、 Synposys 草鱼 SVS等） 。 草鱼 具体的设计输入方式有以下几种： 草鱼 商洛学院学位论文 5 1.VHDL语言方式 。 草鱼 VHDL既可以描述底层设计 ， 鲤鱼 也可以描述顶层的设计 ， 鲤鱼 但它不容易做到较高的工作速度和芯片利用率 。 草鱼 用这种方式描述的项目最后所能达到的性能与设计人员的水平、经验以及综合软件有很

35、大的关系 。 草鱼草鱼 2.图形方式 。 草鱼 可以分为电路原理图描述 ， 鲤鱼 状 态机描述和波形描述 3种形式 。 草鱼 有的软件 3种输入方法都支持 ， 鲤鱼 如 Active-HDL。 草鱼 MAX+plusII 草鱼 图形输入方式只支持电路原理图描述和波形描述两种 。 草鱼 电路原理图方式描述比较直观和高效 ， 鲤鱼 对综合软件的要求不高 。 草鱼 一般大都使用成熟的 IP核和中小规模集成电路所搭成的现成电路 ， 鲤鱼 整体放到一片可编程逻辑器件的内部去 ， 鲤鱼 所以硬件工作速度和芯片利用率很高 ， 鲤鱼 但是但项目很大的时候 ， 鲤鱼 该方法就显得有些繁琐；状态机描述主要用来设计

36、基于状态机思想的时序电路 。 草鱼 在图形的方式下定义好各个工作状态 ， 鲤 鱼 然后在各个状态上输入转换条件以及相应的输入输出 ， 鲤鱼 最后生成 HDL语言描述 ， 鲤鱼 送去综合软件综合到可编程逻辑器件的内部 。 草鱼 由于状态机到 VHDL语言有一种标准的对应描述方式 ， 鲤鱼 所以这种输入方式最后所能达到的工作速度和芯片利用率主要取决于综合软件；波形描述方式是基于真值表的一种图形输入方式 ， 鲤鱼 直接描述输入与输出的波形关系 。 草鱼 这种输入方式最后所能达到的工作速度和芯片利用率也是主要取决于综合软件 。 草鱼 草鱼草鱼 2.2.2 草鱼 草鱼 FPGA基本结构 草鱼 FPGA具

37、有掩膜可编程门阵列的通用结构 ， 鲤鱼 它由逻 辑功能块排成阵列 ， 鲤鱼 并由可编程的互连资源连接这些逻辑功能块来实现不同的设计 。 草鱼草鱼 FPGA一般由 3种可编程电路和一个用于存放编程数据的静态存储器 SRAM组成 。 草鱼这 3种可编程电路是：可编程逻辑模块（ CLB-Configurable 草鱼 Logic 草鱼 Block） 、输入/输出模块（ IOB-I/O 草鱼 Block）和互连资源（ IR Interconnect 草鱼 Resource） 。 草鱼 可编程逻辑模块 CLB是实现逻辑功能的基本单元 ， 鲤鱼 它们通常规则的排列成一个阵列 ，鲤鱼 散布于整个芯片；可编程

38、输入 /输出 模块（ IOB）主要完成芯片上的逻辑与外部封装脚的接口 ， 鲤鱼 它通常排列在芯片的四周；可编程互连资源包括各种长度的连接线段和一些可编程连接开关 ， 鲤鱼 它们将各个 CLB之间或 CLB、 IOB之间以及 IOB之间连接起来 ， 鲤鱼 构成特定功能的电路 。 草鱼草鱼 2.2.3 草鱼 草鱼 FPGA系统设计流程 草鱼 一般说来 ， 鲤鱼 一个比较大的完整的项目应该采用层次化的描述方法：分为几个较大的模块 ， 鲤鱼 定义好各功能模块之间的接口 ， 鲤鱼 然后各个模块再细分去具体实现 ， 鲤鱼 这就是 TOP 草鱼 DOWN（自顶向下）的设计方法 。 草鱼 目前这种高层次的 设

39、计方法已被广泛采用 。 草鱼 高层次设计只是定义系统的行为特征 ， 鲤鱼 可以不涉及实现工艺 ， 鲤鱼 因此还可以在厂家综合库的支持下 ， 鲤鱼 利用综合优化工具将高层次描述转换成针对某种工艺优化的网络表 ， 鲤鱼 使工艺转化变得轻而易举 。 草鱼 CPLD/FPGA系统设计的工作流程如图2-2所示 。 草鱼草鱼 草鱼 图 2.1 草鱼 CPLD/FPGA系统设计流程 草鱼 流程说明： 草鱼 系统划分 编译器 代码级功能仿真 综合器 适配前时序仿真 适配器 CPLD/FPGA 实现 适配后仿真模型 适配后时序仿真 适配报告 ASIC 实现 VHDL 代码或图形方式输入 仿真综合库 器件编程文件