基于FPGA设计地铁自动售票系统.doc

1、草鱼 草鱼 大连海事大学 草鱼 草鱼 草鱼 毕 草鱼业 草鱼论 草鱼文 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 草鱼 二一 年 草鱼 六 草鱼 月 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 基于 FPGA 设计 地铁自动售票系统 草鱼 草鱼 装订线草鱼 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 业班级 ： pork 草鱼 草鱼电科 1 班 草鱼 姓 草鱼 草鱼 草鱼 草 鱼名 ： pork 草鱼 草鱼魏 草鱼思 草鱼奥 草鱼 指导

2、教师 ： p o rk 草鱼 草鱼毕 草鱼春 草鱼娜 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 信息科学技术学院 草鱼 内容摘要 草鱼 本毕业设计是基于 FPGA设计一个地铁自动售票系统 。 草鱼 近年来 ， 鲤鱼 集成电路技术的迅猛发展 ， 鲤鱼 特别是可编程逻辑器件的高速发展 ， 鲤鱼 电子设计自动化 EDA技术成为电子设计工程师的新宠 。 草鱼 然而 随着城市人口的迅速增加 、 por k车辆的增多 ， 鲤鱼 世界各地的城市交通变得愈发拥挤 ， 鲤鱼 地铁成为城市交通的重要组成部分 。 草鱼 随着国民经济的 发展 ， 鲤鱼 我国的 地铁 建设也日益成为人们日常生活中不可或缺的

3、一部分 。 草鱼 作为 地铁 运营服务的第一道关 ， 鲤鱼 改善 地铁 已逐渐落后于时代步伐的售票系统势在必行 。 草鱼 本系统是结合行业管理中实际的地铁售 票系统运行过程中的需求过程 ， 鲤鱼 经过实际的需求分析 ， 鲤鱼 开发出来的地铁自动售 票 系统 。 草鱼 整个系统的设 计从符合操作简便快捷 、 por k灵活实用 、 pork保证稳定安全的要求出发 ， 鲤鱼 完成售 票管理的基本过程 。 草鱼草鱼 本设计采用自顶向下的模块化设计方法 ， 鲤鱼 基于 FPGA使用 Verilog语言 设计制作一个地铁自动售票控制系统， 鲤鱼 该 系统能出售 2条线路 3种不同价位的 票 ， 鲤鱼 完

4、成 售票 、 pork找零 、 pork显示 等功能 。 草鱼 通 过本设计 ， 鲤鱼 正确掌握数字系统的模块划分 、 por k并能自如应用硬件描述语言描 述各模块功能 ， 鲤鱼 以实现系统设计 。 草鱼 以 VHDL语言 和MAX+PLUSII为 工 具 ， 鲤鱼 在 ZY11EDA13BE实验系统主板上 ， 鲤鱼 实现了 地铁 自动售 票 系统 。 草鱼 系统划分为几个功能模块 ， 鲤鱼 分模块进行分析和设计 ， 鲤鱼 系统给出相应的设计原理图和 VHDL源程序 ， 鲤鱼 通过仿真实现预定的功能。 草鱼草鱼 草鱼 关键词 ： p orkFPGA； pork地铁自动售票系 统 ； pork

5、EDA； porkVHDL;pork 草鱼 MAX+PLUSII;pork模块 ； pork仿真 草鱼 ABSTRACT草鱼 The 草鱼 graduation 草鱼 project 草鱼 is 草鱼 based 草鱼 on 草鱼 the 草鱼 FPGA 草鱼 design 草鱼 of 草鱼 a 草鱼 subway 草鱼 ticket 草鱼 system. 草鱼 In 草鱼 recent 草鱼 years, 草鱼 the 草鱼 rapid 草鱼 development 草鱼 of 草鱼 integrated 草鱼 circuit 草鱼 technology, 草鱼 in 草鱼 particul

6、ar 草鱼 the 草鱼 rapid 草鱼development 草鱼 of 草鱼 programmable 草鱼 logic 草鱼 devices, 草鱼 electronic 草鱼 design 草鱼 automation 草鱼 EDA 草鱼 technology 草鱼to 草鱼 become 草鱼 the 草鱼 new 草鱼 darling 草鱼 of 草鱼 electronic 草鱼 design 草鱼 engineers. 草鱼 However, 草鱼 with 草鱼 the 草鱼 rapid 草鱼 urban 草鱼population 草鱼 increase 草鱼 in 草鱼 th

7、e 草鱼 number 草鱼 of 草鱼 vehicles 草鱼 around 草鱼 the 草鱼 world 草鱼 have 草鱼 become 草鱼 increasingly 草鱼congested 草鱼 urban 草鱼 traffic, 草鱼 Metro 草鱼 became 草鱼 an 草鱼 important 草鱼 part 草鱼 of 草鱼 urban 草鱼 transportation. 草鱼 With 草鱼 the 草鱼development 草鱼 of 草鱼 national 草鱼 economy, 草鱼 Chinas 草鱼 subway 草鱼 construction 草鱼

8、 has 草鱼 increasingly 草鱼 become 草鱼 an 草鱼 indispensable 草鱼 part 草鱼 of 草鱼 daily 草鱼 life. 草鱼 As 草鱼 a 草鱼 subway 草鱼 service 草鱼 in 草鱼 the 草鱼 first 草鱼 pass, 草鱼 to 草鱼 improve 草鱼 the 草鱼subway 草鱼 has 草鱼 gradually 草鱼 lagged 草鱼 behind 草鱼 the 草鱼 times 草鱼 ticketing 草鱼 system 草鱼 is 草鱼 necessary. 草鱼 This 草鱼 system 草

9、鱼is 草鱼 a 草鱼 combination 草鱼 of 草鱼 industry 草鱼 management 草鱼 in 草鱼 the 草鱼 actual 草鱼 subway 草鱼 ticketing 草鱼 system 草鱼 operating 草鱼in 草鱼 the 草鱼 demand 草鱼 process, 草鱼 after 草鱼 the 草鱼 actual 草鱼 needs 草鱼 analysis, 草 鱼 developed 草鱼 the 草鱼 Subway 草鱼 Automatic 草鱼ticketing 草鱼 system. 草鱼 The 草鱼 overall 草鱼 desig

10、n 草鱼 is 草鱼 easy 草鱼 to 草鱼 manipulate 草鱼 fast, 草鱼 flexible 草鱼 and 草鱼 practical, 草鱼 to 草鱼ensure 草鱼 the 草鱼 safety 草鱼 and 草鱼 stability 草鱼 requirements, 草鱼 the 草鱼 completion 草鱼 of 草鱼 the 草鱼 basic 草鱼 process 草鱼 of 草鱼 ticket 草鱼management.草鱼 This 草鱼 design 草鱼 uses 草鱼 a 草鱼 top-down 草鱼 modular 草鱼 design 草鱼 met

11、hod, 草鱼 based 草鱼 on 草鱼 FPGA 草鱼 design 草鱼 using 草鱼 VHDL, 草鱼 a 草鱼 subway 草鱼 ticket 草鱼 control 草鱼 system, 草鱼 which 草鱼 can 草鱼 sell 草鱼 two 草鱼 lines 草鱼 3 草鱼 different 草鱼 ticket 草鱼 prices, 草鱼 the 草鱼completion 草鱼 of 草鱼 ticket 草鱼 sales, 草鱼 give 草鱼 change, 草鱼 and 草鱼 display 草鱼 functions 草鱼 . 草鱼 Through 草鱼 thi

12、s 草鱼 design, 草鱼 the 草鱼correct 草鱼 number 草鱼 of 草鱼 system 草鱼 control 草鱼 module 草鱼 division, 草鱼 and 草鱼 to 草鱼 ease 草鱼 application 草鱼 of 草鱼 hardware 草鱼description 草鱼 language 草鱼 to 草鱼 describe 草鱼 the 草鱼 function 草鱼 of 草鱼 each 草鱼 module 草鱼 to 草鱼 achieve 草鱼 the 草鱼 system 草鱼 design. 草鱼 In 草鱼 VHDL 草鱼 and 草鱼

13、MAX 草鱼 + 草鱼 PLUSII 草鱼 language 草鱼 as 草鱼 a 草鱼 tool, 草鱼 ZY11EDA13BE 草鱼 experimental 草鱼 system 草鱼motherboard 草鱼 to 草鱼 achieve 草鱼 automated 草鱼 subway 草鱼 ticketing 草鱼 system. 草鱼 System 草鱼 is 草鱼 divided 草鱼 into 草鱼 several 草鱼 functional 草鱼 modules, 草鱼 sub-module 草鱼 analysis 草鱼 and 草鱼 design, 草鱼 system 草鱼 d

14、esign 草鱼 gives 草鱼 the 草鱼 corresponding 草鱼 schematic 草鱼 and 草鱼 VHDL 草鱼 source 草鱼 code, 草鱼 through 草鱼 the 草鱼 simulation 草鱼 to 草鱼 achieve 草鱼 the 草鱼 intended 草鱼 function.草鱼 草鱼 keywords: 草鱼 FPGA;porkMetro 草鱼 automatic 草鱼 ticketing 草鱼 system;por k 草鱼 EDA;por kVHDL 草鱼 MAX+PLUSII;por k 草鱼 Module;por k 草鱼Sim

15、ulation目 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 录 草鱼 1 草鱼绪论 1 草鱼 1.1 草鱼 研究背景 1 草鱼 1.2 草鱼 研究内容及功能介绍 1 草鱼 1.3 草鱼 论文结构 2 草鱼 2 草鱼理论基础 2 草鱼 2.1 草鱼 EDA 技术 2 草鱼 2.2 草鱼 FPGA 2 草鱼 2.2.1 草鱼 FPGA 简介 2 草鱼 2.2.2 草鱼 FPGA 的基本特点 3 草鱼 2.2.3 草鱼 FPGA 的优点 3 草鱼 2.3 草鱼 VHDL 语言 3 草鱼 2.3.1 草鱼 VHDL 简介 3 草鱼 2.3.2 草鱼 VHDL 系统设计的特点 4 草鱼 2.3.3 草鱼

16、 VHDL 系统优势 5 草鱼 2.3.4 草鱼 VHDL 基本结构 5 草鱼 2.4 草鱼 MAX+plus软件 5 草鱼 2.4.1 草鱼 MAX+plus软件简介 5 草鱼 2.4.2 草鱼 MAX+plus软件特点 6 草鱼 2.4.3 草鱼 MAX+plus 可编程设计流程 6 草鱼 3 草鱼系统分析与设计方案 7 草鱼 3.1 草鱼 系统的总体框架结构 7 草鱼 3.2 草鱼 功能模块分析 8 草鱼 3.2.1 草鱼 车票选择模块 8 草鱼 3.2.2 草鱼 钱 币处理模块 11 草鱼 3.2.3 草鱼 余额计算模块 13 草鱼 3.2.4 草鱼 显示功能模块 16 草鱼 4. 草

17、鱼硬件实现 19 草鱼 4.1 草鱼 连线布局与下载 19 草鱼 4.2 草鱼 系统不足 20 草鱼 5 草鱼系统改进方向及设计总结 20 草鱼 5.1 草鱼 系统改进方向 20 草鱼 5.2 草鱼 设计总结 20 草鱼 【参考文献】 22 草鱼 【致谢】 23 草鱼 1 基于 FPGA设计地铁自动售票系统 草鱼 1 草鱼 绪论 草鱼 1.1 草鱼 研究背景 草鱼 地铁 ， 鲤鱼 源 于 19世纪中叶的英国 。 草鱼 在当时的伦敦 ， 鲤鱼 因为生产力的急速发展 ， 鲤鱼 数以千计的工厂 、 pork房屋被建造起来 。 草鱼 城市在爆炸性的发展中几乎 陷 于崩溃 。 草鱼 为此人们迫切需要有比

18、狭窄的街道更好的交通渠道 。 草鱼 查尔斯皮尔逊提出了解决这一问题的方法 ， 鲤鱼 那就是“在地下建造铁路” 。 草鱼 世界首条地铁“大都市铁道”于1843年在他的提议下开始建设 ， 鲤鱼 至 1863年终于开通 。 草鱼 在其开通的首年 ， 鲤鱼 就创造了运载乘客 950万人次的记录 ， 鲤鱼 显示了地铁在城市交通中勃勃的生命力 。 草鱼1草鱼 在一百多年后的今天 ， 鲤鱼 随着城市人 口的迅速增加 、 pork车辆的增多 ， 鲤鱼 世界各地的城市交通变得愈发拥挤 。 草鱼 同时 ， 鲤鱼 环境污染 、 pork能源危机等一系列问题也促使人们去进一步的思考城市交通的未来 。 草鱼 地铁与城市

19、中其它交通工具相比 ， 鲤鱼 在许多方面有着明显的优势 ： pork除了能够避免城市地面拥挤和充分利用空间外 ， 鲤鱼 它的运量大 ， 鲤鱼 运输能力是地面公共汽车的 7一 10倍 ， 鲤鱼 这是任何城市交通工具所不能比拟的 ； pork速度快 ， 鲤鱼 可以在地下隧道内直线地快速行进 ， 鲤鱼 行驶的时速可超过 100公里 ； pork并且无污染 ， 鲤鱼 以电力作为动力 ， 鲤鱼 不存在空气污染 问题 。草鱼草鱼 地铁配套设备的范围十分广泛 ， 鲤鱼 包括了车辆选型与行车组织 、 pork供电系统 、 pork环控通风系统 、 pork给排水及消防系统 、 p ork通信系统 、 pork

20、信号系统 、 pork自动扶梯 、 pork电梯 、 pork自动售检票系统 、 pork防灾报警系统 、 pork设备监控系统 、 pork综合信息管理系统 、 p ork旅客向导系统 、 pork运营控制中心系统 、 pork车辆段及综合基地系统 、 pork勘察 、 pork检验系统 、 pork施工系统等各个方面 。 草鱼2草鱼 其中 ， 鲤鱼 自动售检票 (AFC)系统利用先进的机电一体化技 术和先进的电子 、 pork通信 、 pork网络等技术 ， 鲤鱼 使售票 、 pork检票 、 p ork计费 、 pork收费 、 pork统计全过程管理自动化 ， 鲤鱼 减少了运营部门工作

21、人员的劳动强度 ， 鲤鱼 能及时获取客流信息与轨道交通系统运营收益的第一手资料 ， 鲤鱼 保证投资回报 。 草鱼 它的出现 ， 鲤鱼 淘汰了工作强度大 、 pork漏检票率高 、p ork适用范围又小的传统手工售检票方式 ， 鲤鱼 为地铁能够合理计费 、 pork吸引客流 、 pork遏制舞弊和逃票 、 pork减少管理人员 、 p ork削减运营成本等都提供了可能 ， 鲤鱼 显著提高了其社会效益和经济效益 ， 鲤鱼 目 前已成为了现代化地铁的标准配置 。 草鱼3草鱼 在地铁系统的应用越来越广泛 ， 鲤鱼 大大改善城市交通的同时 ， 鲤鱼 人们也对其配套设备的现代化程度提出了更高的要求 。 草

22、鱼 随着国民经济的发展 ， 鲤鱼 我国的 地铁 建设也日益成为人们日常生活中不可或缺的一部分 。 草鱼 绝大多数的城市轨道交通系统都是用来运载市内通勤的乘客 ， 鲤鱼 而在很多场合下城市轨道交通系统都会被当成城市交通 的骨干 。 草鱼 通常 ， 鲤鱼 城市轨道交通系统是许多都市用以解决交通堵塞问题的方法 。 草鱼 然而售票 作为 地铁 运营服务的第一道关 ， 鲤鱼 改善地铁 已逐渐落后于时代步伐的售票系统势在 必行 。 草鱼草鱼 然而近年来 ， 鲤鱼 集成电路技术的迅猛发展 ， 鲤鱼 特别是可编程逻辑器件的高速发展 ， 鲤鱼 电子设计自动化 EDA技术成为电子设计工程师的新宠 。 草鱼 EDA

23、技术以计算机为工具完成数字系统的逻辑综合 、 pork布局布线和设计仿真等工作 。 草鱼 电路设计者只需要完成对系统功能的描述 ， 鲤鱼 就可以由计算机软件进行系统处理 ， 鲤鱼 最后得到设计结果 ，鲤鱼 并且修改设计方案如同修改软件一样方便 。 草鱼 利用 EDA工具可以极大地提高设计效率 。 草鱼 所以最终采用 EDA技术基于 FPGA设计如此地铁自动售票系统 。 草鱼4草鱼 1.2 草鱼 研究 内容及功能介绍 草鱼 作为车站设备的一员 ， 鲤鱼 自动售票机 ATVM(Auto 草鱼 Ticket 草鱼 Vending 草鱼 Machine)， 鲤鱼 往往被安装在车站非付费区内 ，鲤鱼 用

24、于轨道交通车票销售的乘客自助服务 。 草鱼 自动售票机具有引导乘客购票的相关操作说明和提示 ， 鲤鱼 配备触模屏 、 pork乘客显示器及运营状态显示器 ， 鲤鱼 用于显示地铁线路 、 pork票价 、 pork投入钱币金额 、 pork设备运行状态等信息 。草鱼 目前通用的轨道交通单程车票一般为非接触式的方形 IC卡 ， 鲤鱼 自动售票机根据规格型号的不同 ， 鲤鱼 可以分别按照硬币 、 p ork纸币以及交通一卡通储值卡这三种支付方式的一到多种进行售票 。 草鱼 一次交易中的发卡数量也可以在一到多张间不等 。 草鱼 草鱼 本设计采用自顶向下的模块化设计方法 ， 鲤鱼 基于 FPGA， 鲤鱼

25、 以 VHDL语言 和 MAX+ 草鱼 PLUSII为 工 具 ， 鲤鱼 在 ZY11EDA13BE实验系统主板上 ， 鲤鱼 运 用 VHDL有限状态机 设计地铁 自动售 票 系统 。 草鱼5草鱼 本系统是结合行业管理中实际的地铁售 票系统运行过程中的需求过程 ， 鲤鱼 经过实际的需求分析 ， 鲤鱼 开发出来2 的地铁自动售票 系统 。 草鱼草鱼 笔者参与设计的自动售票机 ， 鲤鱼 就其功能特点来说 ， 鲤鱼 可以归纳如下 ： pork草鱼 1） 该自动售票系统可对 1号 、 p ork2号两条地铁线售票 ， 鲤鱼 每条线均有 3、 pork4、 pork5元三种票 。 草鱼草鱼 2） 能选择

26、买 1张或 2张票 ； p ork草鱼 3） 有 5元 、 pork10元两个投币口 。 草鱼 当投入的钱币与选择的票款相等时 ， 鲤鱼 送出车票 ； pork若投入的钱币不够 ， 鲤鱼 1分钟后 ， 鲤鱼 退出钱币 ， 鲤鱼 无票送出 ； pork若投入的钱币超过票款 ， 鲤鱼 能自动找赎 。 草鱼草鱼 4） 系统 显示选择的是几号线 、 p ork所选票面额 、 pork购买的票数 、 pork投入的钱币额及找赎的钱额 。 草鱼 草鱼 1.3 草鱼 论文结构 草鱼 本文分 五 章 ， 鲤鱼 第一章是绪论部分 ， 鲤鱼 简单介绍了 地铁自动售票机 的背景 、 pork系统 设计的内容以及功能

27、描述 、 pork论文整体结构 。 草鱼 第二章是理论基础 ， 鲤鱼 主要介绍了 EDA技术 、 porkFPGA、 porkVHDL语言结构和 MAX+plus软件的设计流程 。 草鱼 第三 章介绍了 系统 设计的总体思路和 各个模块的功能设计与编译仿真 。 草鱼 第 四 章是 系统顶层图连线布局 ， 鲤鱼 下载硬件实现 ， 鲤鱼 结果分析 ， 鲤鱼 以及系统存在的不足 。 草鱼 第五章主要介绍系统的改进方向 ， 鲤鱼 并 总结本 系统 设计的意义 。 草鱼 草鱼 2 草鱼 理论基础 草鱼 2.1 草鱼 EDA技术 草鱼 EDA是电子设计自动化（ Electronic 草鱼 Design 草

28、鱼 Automation）的缩写 ， 鲤鱼 在 20世纪 60年代中期从计算机辅助设计（ CAD） 、 p ork计算机辅助制造（ CAM） 、 pork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 草鱼 20世纪 90年代 ， 鲤鱼 国际上电子和计算机技术较先进的国家 ， 鲤鱼 一直在积极探索新的电子电路设计方法 ， 鲤鱼 并在设计方法 、 pork工具等方面进行了彻底的变革 ， 鲤鱼 取得了巨大成功 。 草鱼 在电子技术设计领域 ， 鲤鱼 可编程逻辑器件（如CPLD、 p orkFPGA）的应用 ， 鲤鱼 已得到广泛的普及 ， 鲤鱼 这些器件为数字系统的

29、设计带来了极大的灵活性 。 草鱼 这些器件可以通过软件编程而对其硬件结构和工作方式进行重构 ， 鲤鱼 从而使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷 。 草鱼 这一切极大地改变了传统的数字系统设计方法 、 pork设计过程和设计观念 ， 鲤鱼 促进了 EDA技术的迅速发展 。 草鱼6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 、 p ork化简 、 pork分割 、 pork综合 、 pork优化 、 pork布局 、 pork布线和仿真 ， 鲤鱼 直至对于特定目标芯片的适配编

30、译 、 pork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操作性 ， 鲤鱼 减轻了设计者的劳动强度 。 草鱼 草鱼 利用 EDA工具 ， 鲤鱼 电子设计师可以从概念 、 pork算法 、 pork协议等开始设计电子系统 ， 鲤鱼 大量工作可以通过计算机完成 ，鲤鱼 并可以将电子产品从电路设计 、 pork性能分析到设计出 IC版图或 PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成 。 草鱼 草鱼 现在对 EDA的概念或范 畴用得很宽 。 草鱼 包括在机械 、 pork电子 、 pork通信 、 pork航空航天 、 pork化工 、 pork矿产

31、 、 pork生物 、 pork医学 、 pork军事等各个领域 ， 鲤鱼 都有 EDA的应用 。 草鱼 目前 EDA技术已在各大公司 、 pork企事业单位和科研教学部门广泛使用 。 草鱼例如在飞机制造过程中 ， 鲤鱼 从设计 、 pork性能测试及特性分析直到飞行模拟 ， 鲤鱼 都可能涉及到 EDA技术 。 草鱼7草鱼 2.2 草鱼 FPGA草鱼 2.2.1 草鱼 FPGA简介 草鱼 FPGA（ Field Programmable 草鱼 Gate 草鱼 Array） ， 鲤鱼 即现场可编程门阵列 ， 鲤鱼 它是在 PAL、 porkGAL、 porkCPLD等可编程器件的基础上进一步发展

32、的产物 。 草鱼 它是作为 专用集成电路 （ ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的 ， 鲤鱼 既解决了定制电路的不足 ， 鲤鱼 又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点 。 草鱼8草鱼 目前以硬件描述语言（ Verilog-HDL或 VHDL）所完成的电路设计 ， 鲤鱼 可以经过简单的综合与布局 ， 鲤鱼 快速的烧录至 FPGA上进行测试 ， 鲤鱼 是现代 IC设计验证的技术主流 。 草鱼 这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路（比如 AND、 porkOR、 porkXOR、 porkNOT）或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式 。 草鱼 在大多数的 FPGA里面 ，

33、 鲤鱼 这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器（ Flip flop）或者其他更加完整的记忆块 。 草鱼 草鱼 系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把 FPGA内部的逻辑块连接起来 ， 鲤鱼 就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里 。 草鱼 一个出厂后的成品 FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变 ， 鲤鱼 所以 FPGA可以完成所3 需要的逻辑功能 。 草鱼9草鱼 FPGA一般来说比 ASIC（专用集成芯片）的速度要慢 ， 鲤鱼 无法完成复杂的设计 ， 鲤鱼 而且消耗更多的电能 。 草鱼 但是他们也有很多的优点比如可以快速成品 ， 鲤鱼 可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价

34、。 草鱼 厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的 FPGA。 草鱼 因为这些芯片有比较差的可编辑能力 ， 鲤鱼 所以这些设计的开发是在普通的 FPGA上完成的 ， 鲤鱼 然后将设计转移到一个类似于 ASIC的芯片上 。 草鱼 另外一种方法是用 CPLD（复杂可编程逻辑器件备） 。 草鱼10草鱼 2.2.2 草鱼 FPGA的基本特点 草鱼 FPGA采用了逻辑单元阵列（ LOA， 鲤鱼 Logic 草鱼 Cell 草鱼 Arry）这样一个新概念 ， 鲤鱼 内部包括可配置逻辑模块（ CLB，鲤鱼 Configurable 草鱼 Logic 草鱼 Block） 、 pork输入输出模块（ IOB， 鲤

35、鱼 Input 草鱼 Output 草鱼 Block）和内部连线（ Interconnect）三个部分 。 草鱼 FPGA的基本特点主要有 ： pork草鱼 1）采用 FPGA设计 ASIC电路 ， 鲤鱼 用户不需要投片生产就能得到合用的芯片 ； pork草鱼 2） FPGA可做其他全定制或半定制 ASIC电路的试样片 ： p ork草鱼 3） FPGA内部有丰富的触发器和 I O引脚 ； p ork草鱼 4） FPGA是 ASIC电路中设计周期最短 、 p ork开发费用最低 、 pork风险最小的器件之一 ； pork草鱼 5） FPGA采用高速 CHMOS工艺 ， 鲤鱼 功耗低 ， 鲤鱼

36、 可以与 CMOS、 porkTTL电平兼容 。 草鱼草鱼 可以说 ， 鲤鱼 FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度和可靠性的最佳选择之一 。 草鱼11草鱼 目前 FPGA的品种很多 ， 鲤鱼 有 XILINX的 xc系列 、 porkTI公司的 TPC系列 、 porkALTERA公司的 FIEX系列等 。 草鱼草鱼 FPGA是由存放在片内 RAM中的程序来设置其工作状态的 。 草鱼 因此 ， 鲤鱼 工作 时需要对片内的 RAM进行编程 。 草鱼 用户可以根据不同的配置模式采用不同的编程方式 。 草鱼草鱼 加电时 ， 鲤鱼 FPGA芯片将 EPROM中的数据读入片内编程 RAM中 ， 鲤鱼

37、配置完成后 ， 鲤鱼 FPGA进入工作状态 。 草鱼 掉电后 ， 鲤鱼 FPGA恢复成白片 ， 鲤鱼 内部逻辑关系消失 。 草鱼 因此 ， 鲤鱼 FPGA能够反复使用 。 草鱼 FPGA的编程不需专用的 FPGA编程器 ， 鲤鱼 只需用通用的 EPROM、 porkPROM编程器即可 。 草鱼 当需要修改 FPGA功能时 ， 鲤鱼 只需换一片 EPROM即可 。 草鱼 这样 ， 鲤鱼 同一片 FPGA、p ork不同的编程数据 ， 鲤鱼 可 以产生不同的电路功能 。 草鱼 因此 ， 鲤鱼 FPGA的使用非常灵活 。 草鱼 草鱼 FPGA有下面 4种配置模式 ： p ork草鱼 1）并行主模式为

38、一片 FPGA加一片 EPROM的方式 ； p ork草鱼 2）主从模式可以支持一片 PROM编程多片 FPGA： p ork草鱼 3）串行模式可以采用串行 PROM编程 FPGA； p ork草鱼 4）外设模式可以将 FPGA作为微处理器的外设 ， 鲤鱼 由微处理器对其编程 。 草鱼12草鱼 2.2.3 草鱼 FPGA的优点 草鱼 FPGA芯片都是特殊的 ASIC芯片 ， 鲤鱼 除了具有 ASIC的特点之外 ， 鲤鱼 还具有以下 3个 优点 。 草鱼草鱼 1） 随着超大规模集成电路（ VLSI， 鲤鱼 Very 草鱼 Large 草鱼 Scale 草鱼 IC）工艺的不断提高 ， 鲤鱼 单一芯

39、片内部可以容纳上百万个晶体管 ， 鲤鱼 FPGA CPLD芯片的规模也越来越大 ， 鲤鱼 其单片逻辑门数已达到上百万门 ， 鲤鱼 它所能实现的功能也越来越强 ， 鲤鱼 同时也可以实现系统集成 。 草鱼草鱼 2） FPGA CPLD芯片在出厂之前都做过百分之百的测试 ， 鲤鱼 不需要设计人员承担投片风险和费用 ， 鲤鱼 设计人员只需在自己的实验室里就可以通过相关的软硬件环境来完成芯片的最终功能设计 。 草鱼 所以 ， 鲤鱼 FPGA CPLD的资金投入小 ， 鲤鱼 节省了许多潜在的花费 。 草鱼草鱼 3） 用户可以反复地编程 、 pork擦除 、 pork使用或者在外围电路不动的情况下用不同的软

40、件实现不同的功能 。 草鱼 所以 ，鲤鱼 用 FPGAiCPLD试制样片 ， 鲤鱼 能以最快的速度占领市场 。 草鱼 FPGA CPLD软件包中有各种输入 工具 和仿真工具及版图设计工具和编程器等全线产品 ， 鲤鱼 电路设计人员在很短的时间内就可完成电路的输入 、 pork编译 、 pork优化 、 pork仿真 ， 鲤鱼 直至最后芯片的制作 。 草鱼 当电路有少量改动时 ， 鲤鱼 更能显示出 FPGA CPLD的优势 。 草鱼 电 路设计人员使用 FPGA CPLD进行电路设计时 ， 鲤鱼 不需要具备专门的 IC（集成电路）深层次的知识 ， 鲤鱼 FPGA CPLD软件易学易用 ， 鲤鱼可以

41、使设计人员更能集中精力进行电路设计 ， 鲤鱼 快速将产品推向市场 。 草鱼13草鱼 2.3 草鱼 VHDL语言 草鱼 2.3.1 草鱼 VHDL简介 草鱼 VHDL的英文全名是 Very-High-Speed 草鱼 Integrated 草鱼 Circuit 草鱼 HardwareDescription 草鱼 Language,诞生于 19824 年 。 草鱼 1987年底 ， 鲤鱼 VHDL被 IEEE和美国 国防部确认为标准硬件描述语言 草鱼 。 草鱼 自 IEEE公布了 VHDL的标准版本 ， 鲤鱼IEEE-1076（简称 87版 )之后 ， 鲤鱼 各 EDA公司相继推出了自己的 VHD

42、L设计环境 ， 鲤鱼 或宣布自己的设计工具可以和VHDL接口 。 草鱼 此后 VHDL在电子设计领域得到了广泛的接受 ， 鲤鱼 并逐步取代了原有的非标准的硬件描述语言 。 草鱼1993年 ， 鲤鱼 IEEE对 VHDL进行了修订 ， 鲤鱼 从更高的抽象层次和系统描述能力上扩展 VHDL的内容 ， 鲤鱼 公布了新版本的 VHDL， 鲤鱼 即 IEEE标准的 1076-1993版本 ， 鲤鱼 （简称 93版） 。 草鱼 现在 ， 鲤鱼 VHDL和 Verilog作为 IEEE的工业标准硬件描述语言 ， 鲤鱼 又得到众多 EDA公司的支持 ， 鲤鱼 在电子工程领域 ， 鲤鱼 已成为事实上的通用硬件描

43、述语言 。 草鱼 有专家认为 ， 鲤鱼 在新的世纪中 ， 鲤鱼 VHDL于 Verilog语言将承担起大部分的数字系统设计任务 。 草鱼14草鱼 VHDL语言是一种用于电路设计的高级语言 。 草鱼 它在 80年代的后期出现 。 草鱼 最初是由美国国防部开发出来供美军用来提高设计的可靠性和缩减开发周期的一种使用范围较小的设计语言 草鱼 。 草鱼 草鱼草鱼 VHDL的英文全写是 ： porkVHSIC（ Very 草鱼 High 草鱼 Speed 草鱼 Integrated 草鱼 Circuit） Hardware 草鱼 Description 草鱼 Language.翻译成中文就是超高速集成电路

44、硬件描述语言 。 草鱼 因此它的应用主要是应用在数字电路的设计中 。 草鱼 目前 ， 鲤鱼它在中国的应用多数是用在 FPGA/CPLD/EPLD的设计中 。 草鱼 当然在一些实力较为雄厚的单位 ， 鲤鱼 它也被用来设计 ASIC。 草鱼15草鱼 VHDL主要用于描述数字系统的结构 ， 鲤鱼 行为 ， 鲤鱼 功能和接口 。 草鱼 除了含有许多具有硬件特征的语句外 ， 鲤鱼 VHDL的语言形式 和描述风格与句法是十分类似于一般的计算机高级语言 。 草鱼 VHDL的程序结构特点是将一项工程设计 ， 鲤鱼 或称设计实体（可以是一个元件 ， 鲤鱼 一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可视部分 ,及端口

45、 )和内部（或称不可视部分） ， 鲤鱼 既涉及实体的内部功能和算法完成部分 。 草鱼 在对一个设计实体定义了外部界面后 ， 鲤鱼 一旦其内部开发完成后 ， 鲤鱼 其他的设计就可以直接调用这个实体 。 草鱼 这种将设计实体分成内外部分的概念是 VHDL系统设计的基本点 。 草鱼16草鱼 2.3.2 草鱼 VHDL系统设计的特点 草鱼 与其他硬件描述语言相比 ， 鲤鱼 VHDL具有以下特点 ： pork 草鱼草鱼 1） 功能强大 、 p ork设计灵活 草鱼 VHDL具有功能强大的语言结构 ， 鲤鱼 可以用简洁明确的源代码来描述复杂的逻辑控制 。 草鱼 它具有多层次的设计描述功能 ， 鲤鱼 层层细

46、化 ， 鲤鱼 最后可直接生成电路级描述 。 草鱼 VHDL支持同步电路 、 pork异步电路和随机电路的设计 ， 鲤鱼这是其他硬件描述语言所不能比拟的 。 草鱼 VHDL还支持各种设计方法 ， 鲤鱼 既支持自底向上的设计 ， 鲤鱼 又支持自顶向下的设计 ； p ork既支持模块化设计 ， 鲤鱼 又支持层次化设计 。 草鱼 草鱼 2） 支持广泛 、 p ork易于修改 草鱼 由于 VHDL已经成为 IEEE标准所规范的硬件描述语言 ， 鲤鱼 目前大多数 EDA工具几乎都支持 VHDL， 鲤鱼 这为 VHDL的进一步推广和广泛应用奠定了基础 。 草鱼 在硬件电路设计过程中 ， 鲤鱼 主要的设计文件

47、是用 VHDL编写的源代码 ， 鲤鱼 因为 VHDL易读和结构化 ， 鲤鱼 所以易于修改设计 。 草鱼 草鱼 3） 强大的系统硬件描述能力 草鱼 VHDL具有多层次的设计描述功能 ， 鲤鱼 既可以描述系统级电路 ， 鲤鱼 又可以描述门级电路 。 草鱼 而描述既可以采用行为描述 、 p ork寄存器传输描述或结构描述 ， 鲤鱼 也可以采用三者混合的混合级描述 。 草鱼 另外 ， 鲤鱼 VHDL支持惯性延迟和传输延迟 ， 鲤鱼 还可以准确地建立硬件电路模型 。 草鱼 VHDL支持预定义的和自定义的数据类型 ， 鲤鱼 给硬件描述带来较大的自由度 ， 鲤鱼 使设计人员能够方便地创建高层次的系统模型 。

48、 草鱼 草鱼 4） 独立于器件的设计 、 p ork与工艺无关 草鱼 设计人员用 VHDL进行设计时 ， 鲤鱼 不需要首先考虑选择完成设计的器件 ， 鲤鱼 就可以集中精力进行设计的优化 。 草鱼当设计描述完成后 ， 鲤鱼 可以用多种不同的器件结构来实现其功能 。 草鱼 草鱼 5） 很强的移植能力 草鱼 VHDL是一种标准化的硬件描述语言 ， 鲤鱼 同一个设计描述可以被不同的工具所支 持 ， 鲤鱼 使得设计描述的移植成为可能 。 草鱼 草鱼 6） 易于共享和复用 草鱼 VHDL采用基于库（ Library）的设计方法 ， 鲤鱼 可以建立各种可再次利用的模块 。 草鱼 这些模块可以预先设计或使用以

49、前设计中的存档模块 ， 鲤鱼 将这些模块存放到库中 ， 鲤鱼 就可以在以后的设计中进行复用 ， 鲤鱼 可以使设计成果在设计人员之间进行交流和共享 ， 鲤鱼 减少硬件电路设计 。 草鱼16草鱼 5 2.3.3 草鱼 VHDL系统优势 草鱼 1）与其他的硬件描述语言相比 ， 鲤鱼 VHDL具有更强的行为描述能力 ， 鲤鱼 从而决定了他成为系统设计领域最佳的硬件描述语言 。 草鱼 强大的行为描述能力是避开具体的器件结构 ， 鲤鱼 从逻辑行为上描述和设计大规模电子系统的重要保证 。 草鱼 草鱼草鱼 2） VHDL丰富的仿真语句和库函数 ， 鲤鱼 使得在任何大系统的设计早期就能查验设计系统的功能可行性 ， 鲤鱼 随时可对设计进行