FPGA開(kāi)發(fā)指南:邏輯設(shè)計(jì)篇目錄

第1章 FPGA開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)知識(shí)

1.1 可編程邏輯器件基礎(chǔ)

1.1.1 可編程邏輯器件概述

1.1.2 可編程邏輯器件的發(fā)展歷史

1.1.3 可編程邏輯器件開(kāi)發(fā)工具

1.2 FPGA器件的基礎(chǔ)知識(shí)

1.2.1 FPGA芯片的基本工作原理

1.2.2 Xilinx FPGA的基本架構(gòu)

1.2.3 典型的FPGA開(kāi)發(fā)流程

1.2.4 基于FPGA的SoC設(shè)計(jì)方法

1.2.5 FPGA芯片與設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)

1.3 本章小結(jié)

第2章 Xilinx FPGA資源簡(jiǎn)介

2.1 Xilinx最新FPGA

2.1.1 高端平臺(tái)Virtex 5系列

2.1.2 中低端平臺(tái)Spartan 3E系列

2.2 Xilinx主流芯片介紹

2.2.1 Xilinx FPGA芯片介紹

2.2.2 Xilinx PROM芯片介紹

2.2.3 Xilinx芯片的選型

2.3 Xilinx FPGA的開(kāi)發(fā)資源

2.3.1 Xilinx FPGA在通信領(lǐng)域中的解決方案

2.3.2 Xilinx FPGA在汽車(chē)電子領(lǐng)域中的解決方案

2.3.3 Xilinx FPGA在工業(yè)/科學(xué)/醫(yī)療領(lǐng)域中的解決方案

2.3.4 Xilinx FPGA在宇航和國(guó)防領(lǐng)域中的解決方案

2.3.5 Xilinx FPGA在其他領(lǐng)域中的解決方案

2.4 Xilinx FPGA的電子文檔資源

2.4.1 Xilinx官方文檔分類(lèi)

2.4.2 ISE軟件自帶文檔

2.4.3 Xilinx 電子文檔資源的搜索技巧

2.4.4 FPGA設(shè)計(jì)人員的進(jìn)階路線

2.5 Xilinx FPGA芯片管腳解讀

2.5.1 FPGA芯片的封裝形式

2.5.2 FPGA芯片的管腳介紹

2.5.3 FPGA芯片管腳的分配策略

2.6 本章小結(jié)

第3章 新一代開(kāi)發(fā)工具 ISE Design Suite 10.1

3.1 ISE Design Suite 10.1簡(jiǎn)介

3.1.1 ISE Design Suite 10.1綜述

3.1.2 ISE Design Suite 10.1的創(chuàng)新特性

3.2 ISE Design Suite 10.1主要組件

3.2.1 ISE Foundation

3.2.2 EDK開(kāi)發(fā)工具

3.2.3 DSP工具

3.2.4 ChipScope Pro

3.2.5 PlanAhead

3.3 本章小結(jié)

第4章 ISE Foundation基本組件

4.1 ISE Foundation的介紹與安裝

4.1.1 ISE Foundation簡(jiǎn)要介紹

4.1.2 ISE軟件的安裝

4.1.3 ISE軟件的基本操作

4.1.4 ISE軟件的開(kāi)發(fā)操作流程

4.2 基于ISE的工程建立與設(shè)計(jì)輸入

4.2.1 新建工程

4.2.2 HDL代碼輸入

4.2.3 狀態(tài)機(jī)的輸入與驗(yàn)證

4.2.4 原理圖輸入法

4.2.5 代碼模板的使用

4.2.6 Xilinx IP Core的使用

4.3 基于ISE的仿真

4.3.1 基于波形測(cè)試法的仿真

4.3.2 基于HDL測(cè)試代碼的仿真

4.4 基于ISE的綜合與實(shí)現(xiàn)

4.4.1 基于Xilinx XST的綜合

4.4.2 基于ISE的實(shí)現(xiàn)

4.4.3 基于目標(biāo)和用戶策略的設(shè)計(jì)方法

4.4.4 基于SmartXplorer/Xplorer 的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

4.4.5 基于SmartCompile的設(shè)計(jì)保存技術(shù)

4.5 用戶約束文件

4.5.1 約束文件的基本知識(shí)

4.5.2 UCF文件的語(yǔ)法說(shuō)明

4.5.3 管腳和區(qū)域約束語(yǔ)法

4.5.4 時(shí)序約束語(yǔ)法

4.6 管腳和區(qū)域約束工具Floorplan Editor

4.6.1 Floorplan Editor功能簡(jiǎn)介

4.6.2 利用PACE完成管腳分配

4.6.3 使用Floorplan Editor完成管腳分配和區(qū)域約束

4.6.4 Floorplan Editor的其他功能

4.7 時(shí)序約束工具Constraints Editor

4.7.1 Constraints Editor功能簡(jiǎn)介

4.7.2 利用Constraints Editor添加時(shí)序約束

4.7.3 利用Constraints Editor添加分組約束

4.7.4 利用Constraints Editor添加專(zhuān)用約束

4.8 基于ISE的器件配置

4.8.1 FPGA配置電路

4.8.2 iMPACT參數(shù)設(shè)置

4.8.3 配置FPGA器件

4.8.4 配置PROM器件

4.9 本章小結(jié)

第5章 ISE Foundation高級(jí)組件

5.1 在線邏輯分析儀ChipScope Pro

5.1.1 ChipScope Pro工具簡(jiǎn)介

5.1.2 ChipScope Core Generator使用說(shuō)明

5.1.3 ChipScope Core Inserter使用說(shuō)明

5.1.4 ChipScope Core Analyzer使用說(shuō)明

5.1.5 ChipScope Pro Serial I/O Toolkit使用說(shuō)明

5.1.6 ChipScope Pro應(yīng)用實(shí)例

5.2 平面布局規(guī)劃器PlanAhead

5.2.1 PlanAhead 10.1的安裝及新特性

5.2.2 PlanAhead設(shè)計(jì)流程

5.2.3 利用PinAhead進(jìn)行I/O引腳規(guī)劃

5.2.4 使用ExploreAhead優(yōu)化實(shí)現(xiàn)結(jié)果

5.3 時(shí)序分析器Timing Analyzer

5.3.1 時(shí)序分析基礎(chǔ)

5.3.2 Xilinx FPGA中的時(shí)鐘資源

5.3.3 ISE時(shí)序分析器的軟件操作

5.3.4 Timing Analyzer應(yīng)用實(shí)例

5.4 布局規(guī)劃器Floorplanner

5.4.1 Floorplanner簡(jiǎn)介

5.4.2 Floorplanner軟件操作

5.4.3 Floorplanner應(yīng)用實(shí)例

5.5 底層編輯器FPGA Editor

5.5.1 FPGA Editor簡(jiǎn)介

5.5.2 FPGA Editor軟件操作

5.5.3 FPGA Editor應(yīng)用實(shí)例

5.6 功耗分析工具XPower

5.6.1 功耗分析簡(jiǎn)介

5.6.2 XPower估計(jì)器

5.6.3 XPower分析器

5.6.4 低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)

5.6.5 XPower分析器應(yīng)用實(shí)例

5.7 本章小結(jié)

第6章 ISE與第三方軟件

6.1 ModelSim仿真軟件的使用

6.1.1 ModelSim仿真軟件的安裝

6.1.2 在ModelSim中指定Xilinx的仿真庫(kù)

6.1.3 ModelSim的基本操作

6.1.4 ModelSim的高級(jí)操作

6.2 綜合工具Synplify Pro

6.2.1 Synplify Pro綜合軟件的安裝

6.2.2 Synplify Pro的使用

6.3 ISE與MATLAB的聯(lián)合使用

6.3.1 利用MATLAB輔助FPGA的邏輯設(shè)計(jì)

6.3.2 利用MATLAB完成DSP系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

6.3.3 利用MATLAB自動(dòng)生成濾波器代碼

6.4 本章小結(jié)

第7章 FPGA底層單元與邏輯開(kāi)發(fā)實(shí)例

7.1 FPGA底層單元開(kāi)發(fā)

7.1.1 Xilinx全局時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的使用

7.1.2 DCM模塊的使用

7.1.3 Xilinx內(nèi)嵌塊存儲(chǔ)器的使用

7.1.4 硬核乘加器DSP48的使用

7.2 FPGA常用IP Core使用實(shí)例

7.2.1 Cordic算法IP Core的使用

7.2.2 FFT算法IP Core的使用

7.2.3 FIR濾波器IP Core的使用

7.3 開(kāi)發(fā)實(shí)例-LMS算法的Verilog實(shí)現(xiàn)

7.3.1 LMS算法的原理

7.3.2 LMS算法的MATLAB實(shí)現(xiàn)

7.3.3 LMS算法的FPGA實(shí)現(xiàn)

7.3.4 LMS算法的軟件調(diào)試

7.4 本章小結(jié)

附錄 Verilog HDL語(yǔ)言基礎(chǔ)

參考文獻(xiàn)

《XilinxISEDesignSuite10.xFPGA開(kāi)發(fā)指南:邏輯設(shè)計(jì)篇》針對(duì)性較強(qiáng)，可滿足實(shí)際工程開(kāi)發(fā)的需求?！禭ilinxISEDesignSuite10.xFPGA開(kāi)發(fā)指南:邏輯設(shè)計(jì)篇》可作為電子和通信工程師的實(shí)用工具書(shū)，還可作為高等院校通信工程、電子工程、計(jì)算機(jī)以及微電子與集成電路等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的高年級(jí)本科生以及研究生的教材和學(xué)習(xí)參考書(shū)。

《XilinxISEDesignSuite10.xFPGA開(kāi)發(fā)指南:邏輯設(shè)計(jì)篇》以XilinxFPGA邏輯開(kāi)發(fā)流程為主線，以淺入深出、圖文并茂的方式，全面、詳細(xì)地介紹了Xilinx公司的終極開(kāi)發(fā)套件ISEDesignSuite10.1中邏輯開(kāi)發(fā)的操作方法，并精選了多個(gè)實(shí)際開(kāi)發(fā)案例進(jìn)行深入講解。書(shū)中內(nèi)容結(jié)合了作者多年的實(shí)際開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，具有很高的實(shí)踐指導(dǎo)價(jià)值。

書(shū) 名: FPGA開(kāi)發(fā)指南:邏輯設(shè)計(jì)篇

作 者:田耘 胡彬

出版社: 人民郵電出版社

出版時(shí)間: 2008

ISBN: 9787115187369

開(kāi)本: 16

定價(jià): 59.00 元

在眾多汽車(chē)電子系統(tǒng)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中，賽車(chē)一直是FPGA大顯身手的場(chǎng)所。在汽車(chē)ECU領(lǐng)域，F(xiàn)PGA可協(xié)助提升靈活性、性能和可靠性。各大涉及賽車(chē)業(yè)務(wù)的機(jī)構(gòu)，如先進(jìn)引擎研究有限公司(AER，AdvancedEngineResearchLtd)屬下的電子設(shè)計(jì)部LifeRacing，已開(kāi)始在其ECU設(shè)計(jì)中引入Actel以Flash為基礎(chǔ)ProASICPlus的FPGA器件。有競(jìng)爭(zhēng)力的賽車(chē)ECU需要采用復(fù)雜的調(diào)節(jié)算法，專(zhuān)為每個(gè)獨(dú)立的控制器而優(yōu)化，以管理引擎的定時(shí)功能。使用傳統(tǒng)的解決方案即標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)處理單元(TPU)控制器，這個(gè)關(guān)鍵軟件會(huì)隨著應(yīng)用要求的改變，需要進(jìn)行重大的修改。然而，借助基于Flash的FPGA的系統(tǒng)內(nèi)可重編程功能(ISP)，設(shè)計(jì)人員可以利用單芯片的上電運(yùn)行FPGA器件取代以往的TPU控制器，從而縮短軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間、減少調(diào)試需求和加速產(chǎn)品的整體上市時(shí)間。

在ECU中，一般FPGA的主要功能是從機(jī)軸觸輪信號(hào)中提取引擎的位置信息。FPGA會(huì)根據(jù)抽象的機(jī)軸角度發(fā)出CPU中斷信號(hào)，而非傳統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用的觸輪齒位，因而提高了靈活性和精度。ECU通常會(huì)將燃料添加和點(diǎn)火動(dòng)作編為定時(shí)的調(diào)度事件，并以調(diào)度代碼執(zhí)行時(shí)間的引擎工作狀況為基礎(chǔ)。在事件發(fā)生前改變引擎工作狀態(tài)會(huì)引起角度誤差，而調(diào)度代碼往往與當(dāng)前引擎的機(jī)軸觸輪輪齒式樣密切相關(guān)。FPGA能令調(diào)度代碼不受信號(hào)式樣影響，還能通過(guò)監(jiān)測(cè)引擎工作狀況來(lái)進(jìn)行事件調(diào)度和持續(xù)調(diào)節(jié)，直至事件發(fā)生。此舉能提升代碼效率和靈活性，同時(shí)改善動(dòng)態(tài)狀況下的控制精度。而且，基于Flash的FPGA(如Actel的ProASICPlus)的上電運(yùn)行功能，能助設(shè)計(jì)人員除去傳統(tǒng)需要用來(lái)阻止燃料注射驅(qū)動(dòng)器或點(diǎn)火線圈驅(qū)動(dòng)器在上電期間啟動(dòng)的附加元件。

LifeRacing專(zhuān)有的ECU設(shè)計(jì)F88便成功地應(yīng)用于2003年度SuperfundWorldSeries的第一輪賽事中-這是進(jìn)入一級(jí)方程式大賽(Formula1)的重要踏腳石。

目前，商用道路車(chē)輛制造商也在考慮采用LifeRacing的ECU。這個(gè)控制單元具有高度靈活性，最適用于原型制造和研發(fā)環(huán)境，能應(yīng)付各式不同的引擎設(shè)置。FPGA正獲得廣泛接納，用于新一代汽車(chē)電子的設(shè)計(jì)方案中。在選擇FPGA的過(guò)程中深入了解各種技術(shù)的獨(dú)特性能，汽車(chē)設(shè)計(jì)人員便能從最有前景的技術(shù)中獲益，而不會(huì)影響業(yè)界在制造高可靠性和成本效益汽車(chē)方面的美譽(yù)。

汽車(chē)電子設(shè)計(jì)人員通過(guò)使用具有擴(kuò)展溫度范圍的FPGA技術(shù)，能夠顯著提高應(yīng)對(duì)多種故障的能力。雖然許多元件供應(yīng)商采用預(yù)防性的設(shè)計(jì)技術(shù)及限定方法來(lái)模擬和仿真環(huán)境影響，但是某些FPGA構(gòu)架在承受擴(kuò)展溫度范圍方面仍然具有先天優(yōu)勢(shì)。舉例說(shuō)，Actel以反熔絲為基礎(chǔ)的汽車(chē)器件能承受業(yè)界最高的結(jié)點(diǎn)溫度(+150℃)，為設(shè)計(jì)人員的高可靠性系統(tǒng)帶來(lái)更大的性能冗余。

在高溫下工作的能力不僅有利于抵御故障。由于汽車(chē)電子應(yīng)用在空間和成本上都沒(méi)有余地來(lái)加設(shè)風(fēng)扇和散熱裝置，因此器件必須在沒(méi)有外部散熱裝置的情況下仍能提供所需的性能。

極端的環(huán)境往往會(huì)導(dǎo)致與FPGA組裝和封裝相關(guān)的故障模式，而與裝置本身無(wú)關(guān)。所以在汽車(chē)電子系統(tǒng)的各個(gè)層面預(yù)留規(guī)格余地非常重要。FPGA供貨商如Xilinx和Actel等提供的產(chǎn)品具有較寬的軍用溫度范圍，能夠更好地定義熱膨脹系數(shù)，避免熱應(yīng)力的影響。

即使在正常的溫度和電壓下工作，在FPGA的柵極氧化膜上反復(fù)施加電壓應(yīng)力最終也會(huì)使器件內(nèi)的電介質(zhì)絕緣層發(fā)生擊穿。這種隨使用時(shí)間累計(jì)而產(chǎn)生的擊穿現(xiàn)象稱為"時(shí)間相關(guān)絕緣擊穿"(TDDB)。加上深亞微米技術(shù)的應(yīng)用，會(huì)增加這類(lèi)故障在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

過(guò)去汽車(chē)電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期是漫長(zhǎng)的，而現(xiàn)在許多汽車(chē)制造商現(xiàn)正致力于在更短的時(shí)間內(nèi)，裝備消費(fèi)者所需的新一代汽車(chē)。諸如GPS導(dǎo)航系統(tǒng)和DVD播放機(jī)等設(shè)備的產(chǎn)品生命周期相對(duì)較短，因此，產(chǎn)品推向市場(chǎng)的速度非常重要。今天，采用ASIC可能會(huì)使開(kāi)發(fā)周期增加30周，加上掩模成本大幅攀升，使得開(kāi)支和風(fēng)險(xiǎn)也進(jìn)一步提高。

與此同時(shí)，因?yàn)楫?dāng)今的汽車(chē)引入了許多標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)，使ASIC的應(yīng)用缺乏靈活性，從而增加其被廢棄和延遲應(yīng)用的風(fēng)險(xiǎn)。消費(fèi)者還要求享有各種功能選項(xiàng)，使得汽車(chē)廠商必需以一套元件組合為基礎(chǔ)，再根據(jù)不同需求進(jìn)行配置。為了快速實(shí)現(xiàn)這些高度集成和不斷變化的系統(tǒng)，能夠使產(chǎn)品快速推向市場(chǎng)的FPGA為汽車(chē)廠商帶來(lái)了所需的靈活性，可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行系統(tǒng)硬件升級(jí)，而毋須執(zhí)行昂貴的返工工程和部件更換。所以，F(xiàn)PGA現(xiàn)已應(yīng)用于汽車(chē)電子中，范疇從設(shè)計(jì)驗(yàn)證到制造和服務(wù)。隨著汽車(chē)內(nèi)的空間日益寶貴，可編程邏輯能在小型單芯片方案上集成許多不同功能的特性也顯得極具吸引。