電子科學與技術專業實驗室畢業實習報告-文庫吧

【正文】 固定內連電路的邏輯功能來編程,FPGA主要通過改變內部連線的布線來編程。FP GA可在邏輯門下編程,而CPLD是在邏輯塊下編程。 ④FPGA的集成度比CPLD高,具有更復雜的布線結構和邏輯實現。 ⑤CPLD比FPGA使用起來更方便。CPLD的編程采用E2PROM或FASTFLASH技術,無需外部存儲器芯片,使用簡單。而FPGA的編程信息需存放在外部存儲器上,使用方法復雜。 ⑥CPLD的速度比FPGA快,并且具有較大的時間可預測性。這是由于FPGA是門級編程,并且CLB之間采用分布式互聯,而CPLD是邏輯塊級編程,并且其邏輯塊之間的互聯是集總式的。 ⑦在編程方式上,CPLD主要是基于E2PROM或FLASH存儲器編程,編程次數可達1萬次,優點是系統斷電時編程信息也不丟失。CPLD又可分為在編程器上編程和在系統編程兩類。FPGA大部分是基于SRAM編程,編程信息在系統斷電時丟失,每次上電時,需從器件外部將編程數據重新寫入SRAM中。其優點是可以編程任意次,可在工作中快速編程,從而實現板級和系統級的動態配置。 ⑧CPLD保密性好,FPGA保密性差。 ⑨一般情況下,CPLD的功耗要比FPGA大,且集成度越高越明顯。 FPGA的應用　　FPGA的應用可分為三個層面：電路設計，產品設計，系統設計　　1．電路設計中FPGA的應用　　連接邏輯，控制邏輯是FPGA早期發揮作用比較大的領域也是FPGA應用的基石．事實上在電路設計中應用FPGA的難度還是比較大的這要求開發者要具備相應的硬件知識（電路知識）和軟件應用能力（開發工具）這方面的人才總是緊缺的，往往都從事新技術，新產品的開發成功的產品將變成市場主流基礎產品供產品設計者應用在不遠的將來，通用和專用IP的設計將成為一個熱門行業！搞電路設計的前提是必須要具備一定的硬件知識．在這個層面，干重于學，當然，快速入門是很重要的，越好的位子越不等人電路開發是黃金飯碗． 　　2．產品設計　　把相對成熟的技術應用到某些特定領域如通訊，視頻，信息處理等等開發出滿足行業需要并能被行業客戶接受的產品這方面主要是FPGA技術和專業技術的結合問題，另外還有就是與專業客戶的界面問題產品設計還包括專業工具類產品及民用產品，前者重點在性能，后者對價格敏感產品設計以實現產品功能為主要目的，FPGA技術是一個實現手段在這個領域，FPGA因為具備接口，控制，功能IP，內嵌CPU等特點有條件實現一個構造簡單，固化程度高，功能全面的系統產品設計將是FPGA技術應用最廣大的市場，具有極大的爆發性的需求空間產品設計對技術人員的要求比較高，路途也比較漫長不過現在整個行業正處在組建＂首發團隊＂的狀態，只要加入，前途光明產品設計是一種職業發展方向定位，不是簡單的愛好就能做到的！產品設計領域會造就大量的企業和企業家，是一個近期的發展熱點和機遇　　3．系統級應用　　系統級的應用是FPGA與傳統的計算機技術結合，實現一種FPGA版的計算機系統如用Xilinx　V4, V5系列的FPGA，實現內嵌POWER　PC　CPU, 然后再配合各種外圍功能，實現一個基本環境，在這個平臺上跑LINIX等系統這個系統也就支持各種標準外設和功能接口（如圖象接口）了這對于快速構成FPGA大型系統來講是很有幫助的。這種＂山寨＂味很濃的系統早期優勢不一定很明顯，類似ARM系統的境況但若能慢慢發揮出FPGA的優勢，逐漸實現一些特色系統也是一種發展方向。若在系統級應用中，開發人員不具備系統的擴充開發能力，只是搞搞編程是沒什么意義的，當然設備驅動程序的開發是另一種情況，搞系統級應用看似起點高，但不具備深層開發能力，很可能會變成愛好者，就如很多人會做網頁但不能稱做會編程類似以上是幾點個人開發，希望能幫助想學FPGA但很茫然無措的人理一理思路。這是一個不錯的行業，有很好的個人成功機會。但也肯定是一個競爭很激烈的行業，關鍵看的就是速度和深度當然還有市場適應能力。. QuartusII以及NiosIIEDS軟件介紹 QuartusII簡介Quartus II 是Altera公司的綜合性PLD開發軟件，支持原理圖、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（Altera Hardware Description Language）等多種設計輸入形式，內嵌自有的綜合器以及仿真器，可以完成從設計輸入到硬件配置的完整PLD設計流程。　　Quartus II可以在XP、Linux以及Unix上使用，除了可以使用Tcl腳本完成設計流程外，提供了完善的用戶圖形界面設計方式。具有運行速度快，界面統一，功能集中，易學易用等特點。　　Quartus II支持Altera的IP核，包含了LPM/MegaFunction宏功能模塊庫，使用戶可以充分利用成熟的模塊，簡化了設計的復雜性、加快了設計速度。對第三方EDA工具的良好支持也使用戶可以在設計流程的各個階段使用熟悉的第三方EDA工具。　　此外，Quartus II 通過和DSP Builder工具與Matlab/Simulink相結合，可以方便地實現各種DSP應用系統；支持Altera的片上可編程系統（SOPC）開發，集系統級設計、嵌入式軟件開發、可編程邏輯設計于一體，是一種綜合性的開發平臺。　　Maxplus II 作為Altera的上一代PLD設計軟件，由于其出色的易用性而得到了廣泛的應用。目前Altera已經停止了對Maxplus II 的更新支持，Quartus II 與之相比不僅僅是支持器件類型的豐富和圖形界面的改變。Altera在Quartus II 中包含了許多諸如SignalTap II、Chip Editor和RTL Viewer的設計輔助工具，集成了SOPC和HardCopy設計流程，并且繼承了Maxplus II 友好的圖形界面及簡便的使用方法。　　Altera Quartus II 作為一種可編程邏輯的設計環境, 由于其強大的設計能力和直觀易用的接口，越來越受到數字系統設計者的歡迎。 　　Altera的Quartus II可編程邏輯軟件屬于第四代PLD開發平臺。該平臺支持一個工作組環境下的設計要求，其中包括支持基于Internet的協作設計。Quartus平臺與Cadence、ExemplarLogic、 MentorGraphics、Synopsys和Synplicity等EDA供應商的開發工具相兼容。改進了軟件的LogicLock模塊設計功能，增添 了FastFit編譯選項，推進了網絡編輯性能，而且提升了調試能力。支持MAX7000/MAX3000等乘積項器件 Nios II 介紹Altera 正式推出了Nios II系列32位RSIC嵌入式處理器。Nios II系列軟核處理器是Altera的第二代FPGA嵌入式處理器，其性能超過200DMIPS，在Altera FPGA中實現僅需35美分。Altera的Stratix 、Stratix GX、 Stratix II和 Cyclone系列FPGA全面支持Nios II處理器，以后推出的FPGA器件也將支持Nios II。 　　自Altera于2000年推出第一代16位Nios處理器以來，已經交付了13000多套Nios開發套件，Nios成為最流行的軟核處理器。剛推出的Nios II系列采用全新的架構，比第一代Nios具有更高水平的效率和性能。和第一代相比，Nios II核平均占用不到50%的FPGA資源，而計算性能增長了1倍。 　　Nios II系列包括3種產品，分別是：Nios II/f（快速）——最高的系統性能，中等FPGA使用量；Nios II/s（標準）——高性能，低FPGA使用量；Nios II/e(經濟)——低性能，最低的FPGA使用量。這3種產品具有32位處理器的基本結構單元——32位指令大小，32位數據和地址路徑，32位通用寄存器和32個外部中斷源；使用同樣的指令集架構（ISA），100%二進制代碼兼容，設計者可以根據系統需求的變化更改CPU，選擇滿足性能和成本的最佳方案，而不會影響已有的軟件投入。 　　特別是，Nios II系列支持使用專用指令。專用指令是用戶增加的硬件模塊，它增加了算術邏輯單元（ALU）。用戶能為系統中使用的每個Nios II處理器創建多達256個專用指令，這使得設計者能夠細致地調整系統硬件以滿足性能目標。專用指令邏輯和本身Nios II指令相同，能夠從多達兩個源寄存器取值，可選擇將結果寫回目標寄存器。同時，Nios II系列支持60多個外設選項，開發者能夠選擇合適的外設，獲得最合適的處理器、外設和接口組合，而不必支付根本不使用的硅片功能。 　　Nios II系列能夠滿足任何應用32位嵌入式微處理器的需要，客戶可以將第一代Nios處理器設計移植到某種Nios II處理器上，Altera將長期支持現有FPGA系列上的第一代Nios處理器。另外，Altera提供了一鍵式移植選項，可以升級至Nios II系列。Nios II處理器也能夠在HardCopy器件中實現，Altera還為基于Nios II處理器的系統提供ASIC的移植方式。 　　Nios II處理器具有完善的軟件開發套件，包括編譯器、集成開發環境（IDE）、JTAG調試器、實時操作系統（RTOS）和TCP/IP協議棧。設計者能夠用Altera Quartus II開發軟件中的SOPC Builder系統開發工具很容易地創建專用的處理器系統，并能夠根據系統的需求添加Nios II處理器核的數量。 　　使用Nios II軟件開發工具能夠為Nios II系統構建軟件，即一鍵式自動生成適用于系統硬件的專用C/C++運行環境。Nios II集成開發環境（IDE）提供了許多軟件模板，簡化了項目設置。此外，Nios II開發套件包括兩個第三方實時操作系統（RTOS）——MicroC/OSII(Micrium)，Nucleus Plus(ATI/Mentor)以及供網絡應用使用的TCP/IP協議棧。 　　長期以來，Altera一直推行嵌入式處理器戰略的原因是，隨著應用的ASIC開發日益受到成本的困擾，OEM日漸轉向FPGA來構建自己的系統。這些系統中絕大多數需要一個處理器，而Altera正是為設計者提供了為FPGA優化的靈活的嵌入式處理器方案，可以滿足16位和32位嵌入式處理器市場的需求。估計到2007年，該市場價值將到達110億美元。 　　在FPGA中使用軟核處理器比硬核的優勢在于，硬核實現沒有靈活性，通常無法使用最新的技術。隨著系統日益先進，基于標準處理器的方案會被淘汰，而基于Nios II處理器的方案是基于HDL源碼構建的，能夠修改以滿足新的系統需求，避免了被淘汰的命運。將處理器實現為HDL的IP核，開發者能夠完全定制CPU和外設，獲得恰好滿足需求的處理器。 　　采用多處理器的系統雖然可以提高系統的性能，但傳統的多處理器系統一般只出現在工作站及高端PC上，在嵌入式系統中由于其設計代價太高很少采用。本文設計了一種在多處理器系統中的Nios II軟核處理器的啟動方案，這個方案在外部處理器向Nios II的程序存儲器和數據存儲器加載數據時，可以控制Nios II處理器的啟動。 　　在HardCopy II結構化ASIC中實現Nios II處理器 　　Nios II系列嵌入式處理器具有三個處理器內核，可實現較大范圍的嵌入式處理應用。這些軟IP處理器內核可以工作在任何最新一代Altera FPGA以及HardCopyamp。reg。系列結構化ASIC上。設計人員可以選擇使用高性能內核、低成本內核或者性價比合適的內核。Nios II系列處理器可實現如下任務： 　　做為系統處理器運行實時操作系統 　　實現復雜的狀態機 　　分擔現有處理器載荷 　　執行I/O和數據處理任務 　　加速數字信號處理(DSP)算法 在HardCopy II結構化ASIC中運行時，Nios II嵌入式處理器出眾的處理能力滿足了高性能片上系統(SOC)的要求。Nios II嵌入式處理器能夠提供系統級處理器性能，實現處理器和系統功能以及邏輯在單個器件中的集成。HardCopy II結構化ASIC和Nios II嵌入式處理器結合使用能夠滿足計算、大容量存儲、電信和網絡應用的要求。HardCopy器件設計流程使設計人員可以在一個FPGA中測試、驗證其設計。然后將經過驗證的設計遞交給HardCopy設計中心，以沒有風險的無縫移植方式在結構化ASIC中實現。HardCopy結構化ASIC是唯一能夠實現在正式投產前，硬件功能在FPGA中驗證以及系統軟件在真實系統配置環境中進行設計、測試的器件。 由于設計在移交給Altera之前在FPGA中進行了測試，因此Altera從第一個原型開始就可以保證實現芯片的全部功能。 Nios II處理器在全世界已經發售了15,000多個開發套件，世界前20名OEM均采用了該處理器。Nios II處理器是目前最流行的可配置軟核處理器。Nios II處理器具有很大的靈活性，得到了廣泛應用，在特性、成本和性能上達到了最佳，是一款避免昂貴的產品過時、幫助您將產品盡快推向市場的處理器。 51系列單片機IP核原理及應用 MC8051 IP核基本結構及原理 MC8051是與MCS一5l系列微處理器指令集完全兼容的8位嵌入式微處理器，通過芯核重用技術，可廣泛應用在一些面積要求比較苛刻，而對速度要求不是很高的片上系統中。 MC8051功能特點采用完全同步設計：指令集和標準8051微控制器完全兼容；指令執行時間為l～4個時鐘周期，執行性能優于標準805l微控制器8倍左右；用戶可選擇定時／計數器、串行接口單元的數量，最多可增加到256組；新增特殊功能寄存器用于選擇不同的定時／計數器、串行接口單元；可選擇是否使用乘法器(乘法指令MUL)；可選擇是否使用除法器(除法指令DIV)；可選擇是否使用十進制調整功能(十進制調整指令DA)；I/0口不復用，無雙向數據I／O端口，輸入、輸出端口獨立；內部帶256Byte RAM；⑾最多可擴展至64 KB的ROM和64 KB的RAM；與工藝無關，可通過修改VHDL源代碼擴展及參數化設置 MC8051結構及設計層次圖1