FPGA设计与调试

FPGA硬件实战设计经验

TR_Con_ZD板卡设计经验总结针对TR板卡的PCB布线一根线未动想到的TR板卡bank分配方法介绍与原来在华为工作的师兄（他做的TR板卡的PCB）聊了一下，他说TR板卡的FPGA线序一根都没改。Bank分配是我来做的，原则是方便PCB走线。分配时候是参考下面的资料来分配的。 TR板卡结构图 XC6VSX315T-FF1759的bank管脚分布图

的上方，因此将FPGA逆时针转90°，如下图所示，这样PCB布线就比较方便了。

分配bank的时候没有考虑Bank在FPGA内部的分布图，如下图所示：

想到的硬件设计流程的东西师兄说：“动一根线的话，都需要FPGA程序重新跑一遍，这需要浪费很多时间。”FPGA 程序？TR板卡的程序还没有呢！的确值得思考了，到底这个设计应该是按照怎样的一个流程。在华为，是按照这样的流程进行的。 1.硬件设计人员将IO需求，板卡供电等情况反馈给逻辑设计人员 2.逻辑人员对所需的FPGA资源做评估，最终确定FPGA型号（硬件设计人员也可以参与一起选型） 3.逻辑设计人员对FPGA进行bank分配，需要以下资源： a)硬件设计人员提供硬件设计框图 b)最好对所用的IO先画一个自己根据原理图框图分配的bank的原理图草图，导入 PCB后进行一下预布局，这样信号流程就清晰了。逻辑人员根据上述资源进行bank的分配，因为他们对FPGA内部的资源最清楚。逻辑人员要兼顾PCB布局布线的方便，有时候不可能照顾都到布局布线的方便。这时候，就需要在硬件设计人员和FPGA设计人员之间来回折腾，最终兼顾双方，得到一个bank 分配方案。 4.FPGA人员根据bank分配，写一个测试评估的程序，如果能够跑通，时序满足设计需求，说明现在的bank分配可以使用，如果出现严重的时序错误，那么就需要考虑重新分配bank，通过不断地调整，最终确定板卡的bank分配。 5.根据最终的bank分配方案设计原理图。

FPGACPLD数字电路设计经验

FPGA/CPLD数字电路设计经验分享摘要：在数字电路的设计中，时序设计是一个系统性能的主要标志，在高层次设计方法中，对时序控制的抽象度也相应提高，因此在设计中较难把握，但在理解RTL电路时序模型的基础上，采用合理的设计方法在设计复杂数字系统是行之有效的，通过许多设计实例证明采用这种方式可以使电路的后仿真通过率大大提高，并且系统的工作频率可以达到一个较高水平。关键词：FPGA数字电路时序时延路径建立时间保持时间 1 数字电路设计中的几个基本概念： 1.1 建立时间和保持时间：建立时间（setup time）是指在触发器的时钟信号上升沿到来以前，数据稳定不变的时间，如果建立时间不够，数据将不能在这个时钟上升沿被打入触发器；保持时间（hold time）是指在触发器的时钟信号上升沿到来以后，数据稳定不变的时间，如果保持时间不够，数据同样不能被打入触发器。数据稳定传输必须满足建立和保持时间的要求，当然在一些情况下，建立时间和保持时间的值可以为零。PLD/FPGA开发软件可以自动计算两个相关输入的建立和保持时间注：在考虑建立保持时间时，应该考虑时钟树向后偏斜的情况，在考虑建立时间时应该考虑时钟树向前偏斜的情况。在进行后仿真时，最大延迟用来检查建立时间，最小延时用来检查保持时间。建立时间的约束和时钟周期有关，当系统在高频时钟下无法工作时，降低时钟频率就可以使系统完成工作。保持时间是一个和时钟周期无关的参数，如果设计不合理，使得布局布线工具无法布出高质量的时钟树，那么无论如何调整时钟频率也无法达到要求，只有对所设计系统作较大改动才有可能正常工作，导致设计效率大大降低。因此合理的设计系统的时序是提高设计质量的关键。在可编程器件中，时钟树的偏斜几乎可以不考虑，因此保持时间通常都是满足的。

典型的FPGA设计开发流程

典型的FPGA 设计开发流程 (2011-10-02 16:08:17) 标签：杂谈分类：专业总结 FPGA 的设计流程就是利用EDA 开发软件和编程工具对FPGA 芯片进行开发的过程。FPGA 的开发流程一般如图1所示，包括电路设计、设计输入、功能仿真、综合优化、综合后仿真、实现、布线后仿真、板级仿真以及芯片编程与调试等主要步骤。图1 FPGA 开发的一般流程 1．电路功能设计在系统设计之前，首先要进行的是方案论证、系统设计和FPGA 芯片选择等准备工作。系统工程师根

据任务要求，如系统的指标和复杂度，对工作速度和芯片本身的各种资源、成本等方面进行权衡，选择合理的设计方案和合适的器件类型。一般都采用自顶向下的设计方法，把系统分成若干个基本单元，然后再把每个基本单元划分为下一层次的基本单元，一直这样做下去，直到可以直接使用EDA元件库为止。 2．设计输入设计输入是将所设计的系统或电路以开发软件要求的某种形式表示出来，并输入给EDA工具的过程。常用的方法有硬件描述语言（HDL）和原理图输入方法等。原理图输入方式是一种最直接的描述方式，在可编程芯片发展的早期应用比较广泛，它将所需的器件从元件库中调出来，画出原理图。这种方法虽然直观并易于仿真，但效率很低，且不易维护，不利于模块构造和重用。更主要的缺点是可移植性差，当芯片升级后，所有的原理图都需要作一定的改动。目前，在实际开发中应用最广的就是HDL语言输入法，利用文本描述设计，可以分为普通HDL和行为HDL。普通HDL有ABEL、CUR 等，支持逻辑方程、真值表和状态机等表达方式，主要用于简单的小型设计。而在中大型工程中，主要使用行为HDL，其主流语言是Verilog HDL和VHDL。这两种语言都是美国电气与电子工程师协会（IEEE）的标准，其共同的突出特点有：语言与芯片工艺无关，利于自顶向下设计，便于模块的划分与移植，可移植性好，具有很强的逻辑描述和仿真功能，而且输入效率很高。 3．功能仿真功能仿真，也称为前仿真，是在编译之前对用户所设计的电路进行逻辑功能验证，此时的仿真没有延迟信息，仅对初步的功能进行检测。仿真前，要先利用波形编辑器和HDL等建立波形文件和测试向量（即将所关心的输入信号组合成序列），仿真结果将会生成报告文件和输出信号波形，从中便可以观察各个节点信号的变化。如果发现错误，则返回设计修改逻辑设计。常用的工具有Model Tech公司的ModelSim、Sysnopsys公司的VCS和Cadence公司的NC-Verilog以及NC-VHDL等软件。虽然功能仿真不是FPGA开发过程中的必需步骤，但却是系统设计中最关键的一步。

华为_FPGA设计流程指南

FPGA设计流程指南前言本部门所承担的FPGA设计任务主要是两方面的作用：系统的原型实现和ASIC的原型验证。编写本流程的目的是： ●在于规范整个设计流程，实现开发的合理性、一致性、高效性。 ●形成风格良好和完整的文档。 ●实现在FPGA不同厂家之间以及从FPGA到ASIC的顺利移植。 ●便于新员工快速掌握本部门FPGA的设计流程。由于目前所用到的FPGA器件以Altera的为主，所以下面的例子也以Altera为例，工具组合为modelsim + LeonardoSpectrum/FPGACompilerII + Quartus，但原则和方法对于其他厂家和工具也是基本适用的。

目录 1. 基于HDL的FPGA设计流程概述 (1) 1.1 设计流程图 (1) 1.2 关键步骤的实现 (2) 1.2.1 功能仿真 (2) 1.2.2 逻辑综合 (2) 1.2.3 前仿真 (3) 1.2.4 布局布线 (3) 1.2.5 后仿真（时序仿真） (4) 2. Verilog HDL设计 (4) 2.1 编程风格（Coding Style）要求 (4) 2.1.1 文件 (4) 2.1.2 大小写 (5) 2.1.3 标识符 (5) 2.1.4 参数化设计 (5) 2.1.5 空行和空格 (5) 2.1.6 对齐和缩进 (5) 2.1.7 注释 (5) 2.1.8 参考C语言的资料 (5) 2.1.9 可视化设计方法 (6) 2.2 可综合设计 (6) 2.3 设计目录 (6) 3. 逻辑仿真 (6) 3.1 测试程序（test bench） (7) 3.2 使用预编译库 (7) 4. 逻辑综合 (8) 4.1 逻辑综合的一些原则 (8) 4.1.1 关于LeonardoSpectrum (8) 4.1.1 大规模设计的综合 (8) 4.1.3 必须重视工具产生的警告信息 (8) 4.2 调用模块的黑盒子（Black box）方法 (8) 参考 (10) 修订纪录 (10)

FPGA学习心得

回想起自己学FPGA，已经有一段时间了，从开始的茫然，到后来的疯狂看书，设计开发板，调电路，练习各种FPGA实例，到最后能独立完成项目，一路走来，感受颇多，拿出来和大家分享，顺便介绍下自己的一点经验所得，希望对初学者有所帮助。废话不说了，下面进入正题，学习FPGA我主要经历了这么几个阶段： ①、Verilog语言的学习，熟悉Verilog语言的各种语法。 ②、FPGA的学习，熟悉QuartusII软件的各种功能，各种逻辑算法设计，接口模块(RS232,LCD,VGA,SPI,I2c等)的设计，时序分析，硬件优化等，自己开始设计简单的FPGA 板子。 ③、NiosII的学习，熟悉NiosII的开发流程，熟悉开发软件(SOPC,NiosII IDE),了解NiosII 的基本结构，设计NiosII开发板，编写NiosII C语言程序，调试板子各模块功能。先来说说第一个阶段，现在主要的硬件描述语言有VHDL，Verilog两种，在本科时老师一般教VHDL，不过现在 Verilog用的人越来越多，其更容易上手(与C语言语法比较类似),也更灵活，现在的IC设计基本都用Verilog。像systemC，systemVerilog之类的应该还在萌芽阶段，以后可能会有较大发展。鉴于以上原因我选择了Verilog作为我学习的硬件描述语言。其实有C语言的基础，学起Verilog的语言很简单，关键要有并行的概念，所有的module，assign，always都是并行的，这一点与软件语言有明显不同。这里推荐几本评价比较好的学习Verilog的书籍： ①、《verilog 数字系统设计教程》，这本书对于入门是一本很好的书，通俗易懂，让人很快上手，它里面的例子也不错。但本书对于资源优化方面的编程没有多少涉及到。 ②、《设计与验证Verilog HDL》，这本书虽然比较薄，但是相当精辟，讲解的也很深入，很多概念看了这本书有种豁然开朗的感觉，呵呵。学习Verilog其实不用看很多书，基本的语法部分大家都一样，关键是要自己会灵活应用，多做练习。 Verilog语言学了一段时间，感觉自己可以编点东西，希望自己编的程序在板子上运行看看结果，下面就介绍我学习的第二个阶段。刚开始我拿了实验室一块CPLD的开发板做练习，熟悉QuartusII的各种功能，比如IP的调用，各种约束设置，时序分析，Logiclock设计方法等，不过做到后面发现CPLD 的资源不太够(没有内嵌的RAM、不能用SignalTapII，LE太少等)，而实验室没有FPGA开发板，所以就萌生了自己做FPGA开发板的意图，刚好Cadence我也学的差不多了，就花了几天时间主要研究了FPGA配置电路的设计，在板子上做了Jtag和AS下载口，在做了几个用户按键和LED，其他的口全部引出作为IO口，电路比较简单，板子焊好后一调就通了(心里那个爽啊...)。我选的FPGA是cycloneII系列的EP2C5，资源比以前的FPGA多了好几倍，还有PLL，内嵌的RAM，可以试试SignalTapII，用内嵌的逻辑分析仪测试引脚波形，对于FPGA的调试，逻辑分析仪是至关重要的。利用这块板子我完成了项目中的几个主要功能：RS232通信，指令译码，配置DDS，AD数据高速缓存，电子开关状态设置等，在实践中学习起来真的比平时快很多，用到什么学什么动力更大。这个时候我主要看的数据有这几本感觉比较好： ①、《Altera FPGA/CPLD 设计（基础篇）》：讲解一些基本的FPGA设计技术，以及QuartusII中各个工具的用法（IP，RTL，SignalProbe，SignalTapII，Timing Closure Floorplan，chip Editor等），对于入门非常好。 ②、《Altera FPGA/CPLD 设计（高级篇）》：讲解了一些高级工具的应用，LogicLock，时序约束很分析，设计优化，也讲述了一些硬件编程的思想，作为提高用。

FPGA原理图方式设计流程图

2 Quartus II软件的使用、开发板的使用本章将通过3个完整的例子，一步一步的手把手的方式完成设计。完成这3个设计，并得到正确的结果，将会快速、有效的掌握在Altera QuartusII软件环境下进行FPGA设计与开发的方法、流程，并熟悉开发板的使用。 2.1 原理图方式设计3-8译码器一、设计目的 1、通过设计一个3-8译码器，掌握祝组合逻辑电路设计的方法。 2、初步了解QuartusII采用原理图方式进行设计的流程。 3、初步掌握FPGA开发的流程以及基本的设计方法、基本的仿真分析方法。二、设计原理三、设计内容四、设计步骤 1、建立工程文件 1）双击桌面上的Quartus II的图标运行此软件。

开始界面 2）选择File下拉菜单中的New Project Wizard，新建一个工程。如图所示。新建工程向导

3）点击图中的next进入工作目录。新建工程对话框 4）第一个输入框为工程目录输入框，用来指定工程存放路径，建议可根据自己需要更改路径，若直接使用默认路径，可能造成默认目录下存放多个工程文件影响自己的设计，本步骤结束后系统会有提示（当然你可不必理会，不会出现错误的）。第二个输入框为工程名称输入框。第三个输入框为顶层实体名称输入框，一般情况下保证工程名称与顶层实体名称相同。设定完成后点击next。

指定工程路径、名称 5）设计中需要包含的其它设计文件，在此对话框中不做任何修改，直接点击next。工程所需其它文件对话框

6）在弹出的对话框中进行器件的选择。在Device Family框中选用Cyclone II，然后在Available device框中选择EP2C35F484C8,点击next进入下一步。器件选择界面 7）下面的对话框提示可以勾选其它的第三方EDA设计、仿真的工具，暂时不作任何选择，在对话框中按默认选项，点击next。

一个合格的FPGA工程师需要掌握哪些知识

一个合格的FPGA工程师需要掌握哪些知识？这里根据自己的一些心得总结一下，其他朋友可以补充啊。 1.Verilog语言及其于硬件电路之间的关系。 2.器件结构（最好熟练掌握Spartan3，Vertix4系列的器件结构，及其资源于Verilog行为描述方法的关系。）。 3.开发工具（熟练掌握Synplify,Quartus，ISE,Modelsim)。 4.数字电路（组合电路，触发器，特别是D触发器构成分频器，奇数倍分频占空比为50%，时序电路，并且能用Verilog语言描叙。）。 5.熟悉FPGA设计流程（仿真，综合，布局布线，时序分析）。 6.熟练掌握资源估算（特别是slice,lut,ram等资源的估算）。 7.同步设计原理。 8.熟练掌握基本概念（如建立时间，保持时间，流量（即所做FPGA设计的波特率）计算，延迟时间计算（所做FPGA设计），竞争冒险，消除毛刺的方法等等）。 9.具备具体设计经验（对应届生而言如毕业设计）。 10.良好的设计思路（流水线设计即熟称打拍子，在速率资源功耗之间的折中考虑）。一个合格的FPGA工程师至少在以下三个方面的一个非常熟悉： 1.嵌入式应用 2.DSP应用 3.高速收发器应用将自己的走过的弯路和总结的经验与大家分享一下，希望对您有一点点

的参考价值。首先从先从如何成为一个合格的设计者说起吧！初学者觉得一切都是挑战，一切都新鲜，不知从何处下手。我总结了学习EDA逻辑设计的4个步骤，请拍砖！ 1。首先，应该好好学习一下FPGA/CPLD的设计设计流程。不要简单的以为就是设计输入－》仿真－》综合－》实现那么一回事，要抠细，要学精，要多问每个步骤的注意事项，区分相关步骤的联系和区别。比如要搞清楚功能仿真、综合后仿真、Translate后仿真、Map 后的仿真、布局布线后仿真的作用都是什么，什么时候应该做，什么时候可以不做这些仿真！学习清楚了设计流程最大的好处就是有利于培养良好的EDA设计习惯，日后会受益非浅！ 2。关于设计输入和Coding Style。设计输入最好学习HDL语言，Verilog、VHDL都可以，可以把状态机输入和原理图输入作为补充内容，但不是重点。我在前面的帖子已经反复强调了Coding Style的重要性。因为它是逻辑设计人员的一个基本业务素质。而且Coding Style不是看几篇文章，学几条原则就能够成为高手的，他需要您在工作中不断的体会和积累，在学习的最初，有Coding Style的意识，设计者就会有意的积累，对日后发展很有好处。反之则后患无穷。 3。培养硬件的意识，培养系统的观念。我也在交流和授课的时候很强调硬件意识，如果从形式上看，逻辑设计随着智能化和优化手段的不断发展最后会越来越灵活，越来越简单。比

FPGA设计流程

基于多种 EDA工具的FPGA设计流程发表时间：2008-6-30 蒋昊李哲英来源：万方数据关键字：FPGA EDA CPU 信息化应用调查在线投稿加入收藏发表评论好文推荐打印文本本文介绍了FPGA的完整设计流程，其中包括电路设计与输入、功能仿真、综合优化、综合后仿真、实现与布局布线、时序仿真、板级仿真与脸证、调试与加载配置等主要步珠。并通过一个8-bit RISC CPU的设计来例系统地介绍了利用多种EDA工具进行 FPGA协同设计的实现原理及方法近年来，随着微电子学的迅速发展以及SoC(System on Chip，片上系统)技术在设计领域引起的深刻变革， EDA(Electornic Design Automatic，电子设计自动化)工具在系统设计中的地位愈发重要。特别是20世纪90年代后，电子系统已经由电路板级发展为ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit，专用集成电路),FPGA(Field Porgrammable Gate Array，现场可编程门阵列)以及嵌人式系统等多种模式，其中FPGA设计正是当前数字系统设计领域中的重要方式之一。本文以Altera公司的FPGA为目标器件，通过一个8-bit RISC CPU的设计实例，系统地介绍了FPGA的完整设计流程以及开发过程中用到的多种EDA工具，包括Modelsim,Synplify,QuatrusII，并重点说明如何使用这些EDA工具进行协同设计。 1FPGA的设计流程一般来说，完整的FPGA设计流程包括电路设计与输人、功能仿真、综合优化、综合后仿真、实现与布局布线、时序仿真、板级仿真与验证、调试与加载配置等主要步骤，如图1所示。电路设计与输人是指通过某些规范的描述方式，将工程师的电路构思输人给EDA工具，常用的设计方法有HDL(Hardwaer Description Language，硬件描述语言)设计输人法与原理图设计输人法。目前进行大型工程设计时，最常用的设计方法是HDL设计输人法，它利于自顶向下设计以及模块的划分与复用，可移植性和通用性好，设计不因芯片的工艺与结构的不同而变化，更利于向ASIC移植。电路设计完成后，要用专用的仿真工具对设计进行功能仿真(FunctionalSimulation),验证电路功能是否符合设计要求。功能仿真又称前仿真(Per-Simulation)。通过仿真能及时发现设计中的错误，加快设计进度，提高设计的可靠性。综合(Synthesis)优化是指将HDL语言、原理图等设计输人翻译成由基本门、RAM、触发器等基本逻辑单元组成的逻辑网表，并根据目标与要求(约束条件)优化所生成的逻辑网表，输出标准格式的网表文件，供FPGA厂商的布局布线器进行实现。综合后仿真(Post Synthesis Simulation)的作用是检查综合出的结果与原设计是否一致。作综合后仿真时，要把综合生成的标准延时格式SDF(Standard Dela Format)文件反标注到综合仿真模型中去，可估计门延时带来的影响。综合后仿真虽然比功能仿真精确一些，但是只能估计门延时，不能估计线延时，仿真结果与布线后的实际情况还有一定

从汇编、C语言到十年的FPGA开发设计,告诉你成长的经验

从汇编、C语言到十年的FPGA开发设计，告诉你成长的经验大学时代第一次接触FPGA至今已有10多年的时间，至今记得当初第一次在EDA实验平台上完成数字秒表、抢答器、密码锁等实验时那个兴奋劲。当时由于没有接触到HDL硬件描述语言，设计都是在MAX+plus II原理图环境下用74系列逻辑器件搭建起来的。后来读研究生，工作陆陆续续也用过Quartus II、FoundaTIon、ISE、Libero，并且学习了verilogHDL语言，学习的过程中也慢慢体会到verilog的妙用，原来一小段语言就能完成复杂的原理图设计，而且语言的移植性可操作性比原理图设计强很多。在学习一门技术之前我们往往从它的编程语言入手，比如学习单片机时，我们往往从汇编或者C语言入门。所以不少开始接触FPGA的开发人员，往往是从VHDL或者Verilog开始入手学习的。但我个人认为，若能先结合《数字电路基础》系统学习各种74系列逻辑电路，深刻理解逻辑功能，对于学习HDL语言大有裨益，往往会起到事半功倍的效果。当然，任何编程语言的学习都不是一朝一夕的事，经验技巧的积累都是在点滴中完成，FPGA设计也无例外。下面就以我的切身体会，谈谈FPGA设计的经验技巧。我们先谈一下FPGA基本知识： 1.硬件设计基本原则 FPGA(Field-Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD 等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。速度与面积平衡和互换原则：一个设计如果时序余量较大，所能跑的频率远高于设计要求，能可以通过模块复用来减少整个设计消耗的芯片面积，这就是用速度优势换面积的节约; 反之，如果一个设计的时序要求很高，普通方法达不到设计频率，那么可以通过数据流串并转换，并行复制多个操作模块，对整个设计采用“乒乓操作”和“串并转换”的思想进

(完整版)FPGA资深FAE的经验独白

骏龙科技Andrew —— FPGA资深FAE的经验独白时间：2014-08-25 来源：elecfans 作者：关键字：FPGA FAE骏龙科技看似简单的几个问题，Andrew却回答的井井有条，小编已经没有办法有什么其他词语去形容了。本文Andrew不仅仅对FPGA入门学习流程做了详细的分享，更是对FPGA开发工作的要求分成大公司和小公司两个层面来分析。你能想象曾经从一个疏忽学业的人成为一名资深FAE的嘛? 1. 您认为想学FPGA的话，先学好什么才最重要? Andrew：我们玩FPGA的通常就是跟数字电路打交道，要想玩得转，必须先学习并掌握最最基础的数字电路和HDL硬件描述语言，当然这只是入门必备，实际上远远不够。个人拙见，要入行除了至少掌握一种FPGA的仿真及开发调试流程之外;起码还要了解一些模拟电路知识，掌握诸如电源纹波、时钟抖动、信号质量等经常需要测量的硬件参数的测试方法;起码还要掌握一种原理图和Layout设计软件，能够查看分析调试电路板上的电路模块，如电源、时钟、存储器、配置、I/O和高速收发器等模块;起码还要掌握一种单片机的开发流程，项目中难免有一些需要配置控制的需求，使用外置单片机或者内置ARM硬核或者其他软CPU来实现，简单又方便;由于本人水平有限，其他方面这里就不再赘述。那么，针对FPGA入门学习的一般流程，简单总结一下，供朋友们参考，有经验的大牛可以绕道： 1.首先要有开发平台，把该准备的都准备好，磨刀不误砍柴工：比如ALTERA的Quartus II软件、开发板和配置调试工具USB Blaster，以及仿真软件Modelsim SE。软件可以从网上下载，入门功能的许可的和谐方法一大堆;开发板和USB Blaster可以借，可以买，动手能力强的朋友，自己画一块也行。对于初学者，建议找一块有详细配套教程的开发板。 2. 对于新手来讲，按部就班地学习往往就是最快的学习方法：照猫画虎尽管囫囵吞枣一知半解，但起码能把开发流程摸熟，能跑起来。刚拿到开发板，肯定是丈二和尚摸不着头脑。这个时候，建议先根据开发板的配套教程，把原理图上的各项模块功能厘清，把FPGA周围的电源、时钟、复位、配置、GPIO和连接器等的电路原理理一理分析分析。再按照配套教程中介绍的流程，把配套的测试工程跑通，在这个阶段，

FPGA基本设计流程资料

FPGA基本设计流程首先建立工作库目录，以便设计工程项目的存储。注意不要将文件夹 1 建立工作库文件夹和编辑设计文件 1.1 新建一个文件夹（注意文件夹不能用中文，也不要用数字）任何一项设计都是一项工程（Project），都必须首先为此工程建立一个放置与此工程相关的所有设计文件的文件夹。此文件夹将被EDA软件默认为工作库（Work Library）。一般，不同的设计项目最好放在不同的文件夹中，而同一工程的所有文件都必须放在同一文件夹中。在建立了文件夹后就可以将设计文件通过Quartus II的文本编辑器编辑并存盘，这里新建文件夹在E盘中，取名为 jsq，则其路径是e:\jsq。步骤如下： 1.2 源程序输入打开计算机桌面上图表，选择菜单File→New，出现如图1所示见面，在New窗口Device Design Files中选择编译文件的语言类型，这里选择VHDL File,选好后用鼠标左键点击OK，出现源程序输入窗口如图2所示（以十进制为例）。图1 选择编译文件的语言类型

图2 源程序输入窗口源程序 LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY CNT10 IS PORT (CLK,RST,EN : IN STD_LOGIC; CQ : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); COUT : OUT STD_LOGIC ); END CNT10; ARCHITECTURE behav OF CNT10 IS BEGIN PROCESS(CLK, RST, EN) VARIABLE CQI : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); BEGIN IF RST = '1' THEN CQI := (OTHERS =>'0') ; --计数器异步复位 ELSIF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN --检测时钟上升沿 IF EN = '1' THEN --检测是否允许计数（同步使能） IF CQI < 9 THEN CQI := CQI + 1; --允许计数, 检测是否小于9 ELSE CQI := (OTHERS =>'0'); --大于9，计数值清零 END IF; END IF; END IF; IF CQI = 9 THEN COUT <= '1'; --计数大于9，输出进位信号 ELSE COUT <= '0'; END IF;

个人总结FPGA设计中Verilog编程的27条经验

个人总结Verilog编程27条经验 1.强烈建议用同步设计； 2.在设计时总是记住时序问题； 3.在一个设计开始就要考虑到地电平或高电平复位、同步或异步复位、上升沿或下降沿触发等问题，在所有模块中都要遵守它； 4.在不同的情况下用if和case，最好少用if的多层嵌套（1层或2层比较合适，当在3层以上时，最好修改写法，因为这样不仅可以reduce area，而且可以获得好的timing）； 5.在锁存一个信号或总线时要小心，对于整个design，尽量避免使用latch，因为在DFT时很难test； 6.确信所有的信号被复位，在DFT时，所有的FlipFlop都是controllable； 7.永远不要再写入之前读取任何内部存储器（如SRAM）； 8.从一个时钟到另一个不同的时钟传输数据时用数据缓冲，他工作像一个双时钟FIFO（是异步的），可以用Async SRAM搭建Async FIFO； 9.在VHDL中二维数组可以使用，它是非常有用的。在VERILOG中他仅仅可以使用在测试模块中，不能被综合； 10.遵守register-in register-out规则； 11.像synopsys的DC的综合工具是非常稳定的，任何bugs都不会从综合工具中产生 12.确保FPGA版本与ASIC的版本尽可能的相似，特别是SRAM类型，若版本一致是最理想的，但是在工作中FPGA版本一般用FPGA自带的SRAM，ASIC版本一般用厂商提供的SRAM； 13.在嵌入式存储器中使用BIST； 14.虚单元和一些修正电路是必需的； 15.一些简单的测试电路也是需要的，经常在一个芯片中有许多测试模块； 16.除非低功耗不要用门控时钟，强烈建议不要在design中使用gate clock； 17.不要依靠脚本来保证设计。但是在脚本中的一些好的约束能够起到更好的性能（例如前向加法器）； 18.如果时间充裕，通过时钟做一个多锁存器来取代用MUX； 19.不要用内部tri-state, ASIC需要总线保持器来处理内部tri-state，如IO cell； 20.在top level中作pad insertion； 21.选择pad时要小心（如上拉能力，施密特触发器，5伏耐压等），选择合适的 IO cell； 22.小心由时钟偏差引起的问题； 23.不要试着产生半周期信号； 24.如果有很多函数要修正，请一个一个地作，修正一个函数检查一个函数； 25.在一个计算等式中排列每个信号的位数是一个好习惯，即使综合工具能做； 26.不要使用HDL提供的除法器； 27.削减不必要的时钟。它会在设计和布局中引起很多麻烦，大多数FPGA有1－ 4个专门的时钟通道；

FPGA开发设计流程和功能实现

FPGA设计流程与功能实现前言本部门所承担的FPGA设计任务主要是两方面的作用：系统的原型实现和ASIC的原型验证。编写本流程的目的是： ●在于规范整个设计流程，实现开发的合理性、一致性、高效性。 ●形成风格良好和完整的文档。 ●实现在FPGA不同厂家之间以及从FPGA到ASIC的顺利移植。 ●便于新员工快速掌握本部门FPGA的设计流程。由于目前所用到的FPGA器件以Altera的为主，所以下面的例子也以Altera为例，工具组合为modelsim + LeonardoSpectrum/FPGACompilerII + Quartus，但原则和方法对于其他厂家和工具也是基本适用的。

FPGA研发牛人心得总结

FPGA研发之道 FPGA是个什么玩意？ FPGA是个什么玩意？首先来说： FPGA是一种器件。其英文名feild programable gate arry 。很长，但不通俗。通俗来说，是一种功能强大似乎无所不能的器件。通常用于通信、网络、图像处理、工业控制等不同领域的器件。就像ARM、DSP等嵌入式器件一样，成为无数码农码工们情感倾泻而出的代码真正获得生命的地方。只不过，一样的编程，却是不一样的思想。嵌入式软件人员看到的是C。而FPGA工程师看到是硬件描述语言，verilog或VHDL。软件看到是函数、对象、重构。FPGA工程师则是模块、流水、复用。从现象上看，都是代码到下载程序再到硬件上运行。不能只看现象而忽略本质。FPGA 开发本质上是设计一颗IC，“**的身子，丫鬟的命”不是所有verilog/VHDL代码，都能获得青睐去流片成为真正的芯片，而更多的则成为运行在FPGA器件上，成为完成相同功能的替代品。其实现的功能却一点也不逊色于百万身价流片的近亲。从而成为独树一帜的行业。 FPGA开发的流程，是通过verilog/VHDL等硬件描述语言通过EDA工具编译、综合、布局布线成为下载文件，最终加载到FPGA器件中去，完成所实现的功能。那硬件描述语言描述的是什么？这里描述的就是组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路就是大家所熟知的与门、或门、非门。时序逻辑电路则是触发器。数字芯片上绝大部分逻辑都是这两种逻辑实现的。也就是基本上每个电子行业的人所学过的数字电路。顺便说一下，感谢香农大师，在其硕士毕业论文<继电器与开关电路的符号分析>就奠定了数字电路的的根基。只

第8章FPGA设计技巧与设计经验介绍

第1节基本设计技巧乒乓操作 1 操作过程 2 从外部看，数据流没有停顿的进出 3 用低速模块处理高速数据流 4 实际上，用两个缓冲模块实现了串并转换，两个预处理模块并行，面积换速度；串并转换串并转换 1 FPGA设计的一个重要技巧 2 数据流处理的常用手段 3 面积与速度互换思想的直接体现串并转换的实现方法多种多样，根据数据的排序和数量的要求，可以选用： 1 寄存器：小设计 2 RAM：数据量比较大的情况 3 状态机：复杂的串并转换流水线操作 1 流水线处理是高速设计中的一个常用设计手段 2 如果某个设计的处理流程分为若干步骤，而且整个数据处理是“单流向”的，即没有反馈或

者迭代运算，前一个步骤的输出是下一个步骤的输入，则可以考虑采用流水线设计方法提高系统的工作频率。 3 将适当划分的n个操作步骤单向串连起来 4 数据流在流水线各个部分的处理，从时间上看是连续的 5 数据流依次流经n个模块，完成每个步骤的操作 6 流水线设计时，时序要进行合理安排，每个操作步骤的划分要合理，仔细考虑各个步骤间的数据流量 7 如果前级操作时间恰好等于后级的操作时间，设计最为简单，前级直接输出到后级的输入即可 8 如果前级操作时间大于后级的操作时间，则后级会经常空闲。可以对前级的输出数据适当缓存，再输出到后级的输入端如果前级操作时间小于后级的操作时间，则必须通过复制逻辑，将数据流分流和并行预处理，或者在前级对数据采用存储、后处理方式，否则会造成后级数据溢出数据接口的同步 1 两种易出问题的设计习惯 --手工加入非门调整数据延迟，从而保证本级时钟对上级数据的建立、保持时间的要求 --为了有稳定的采样，时而用正沿打一下数据，时而用负沿打一下数据，以调整数据的采样位置 2 问题 --一旦芯片更新换代，或者移植到其它器件系列的芯片上，采样实现必须重新设计 --这两种做法造成电路实现的时序余量不够，一旦外界条件变换（比如温度升高），采样时序就有可能紊乱，造成电路不能完成预定的功能 3 如果输入数据的节拍和本系统处理时钟同频，可以直接用本系统的主时钟对输入数据寄存器采样，完成输入数据的同步化如果输入数据的节拍和本系统处理时钟同频，可以直接用本系统的主时钟对输入数据寄存器采样，完成输入数据的同步化 4 为了避免异步时钟域产生错误的采样数据，一般使用RAM、FIFO缓存的方法完成异步时钟域的数据转换。在输入端口使用上级时钟写数据，在输出端口使用本级时钟读数据，就非第2节FPGA设计思考硬件描述语言的层次含义

10年FPGA开发经验的工程师肺腑之言

10年FPGA开发经验的工程师肺腑之言从大学时代第一次接触FPGA至今已有10多年的时间。至今记得当初第一次在EDA实验平台上完成数字秒表，抢答器，密码锁等实验时，那个兴奋劲。当时由于没有接触到HDL硬件描述语言，设计都是在MAX+plus II原理图环境下用74系列逻辑器件搭建起来的。后来读研究生，工作陆陆续续也用过Quartus II，Foundation，ISE，Libero，并且学习了verilogHDL语言，学习的过程中也慢慢体会到verilog的妙用，原来一小段语言就能完成复杂的原理图设计，而且语言的移植性可操作性比原理图设计强很多。在学习一门技术之前我们往往从它的编程语言入手，比如学习单片机时，我们往往从汇编或者C语言入门。所以不少开始接触FPGA的开发人员，往往是从VHDL或者Verilog开始入手学习的。但我个人认为，若能先结合《数字电路基础》系统学习各种74系列逻辑电路，深刻理解逻辑功能，对于学习HDL 语言大有裨益，往往会起到事半功倍的效果。当然，任何编程语言的学习都不是一朝一夕的事，经验技巧的积累都是在点滴中完成，FPGA设计也无例外。下面就以我的切身体会，谈谈FPGA设计的经验技巧。 1)看代码，建模型只有在脑海中建立了一个个逻辑模型，理解FPGA内部逻辑结构实现的基础，才能明白为什么写Verilog和写C整体思路是不一样的，才能理解顺序执行语言和并行执行语言的设计方法上的差异。在看到一段简单程序的时候应该想到是什么样的功能电路。例如：上面这段代码实现的功能就是一个带使能端的2选1数据选择器，如下图所示。

再例如：上面这段always实现的是带同步清零端的串并转换移位寄存器，位宽为width，下图为8位电路模型当你具备了一定的识代码能力之后，你会发现原来Verilog不是那么的枯燥，只不过是一个个电路模型的拼搭而已。 2)组合逻辑中的if...else...与case 对于多输入端的组合逻辑来说，如果不需要考虑优先级应该尽量采用case语句来描述，这样综合出来的电路并行度要大一些，如果采用if...else...结构，综合出来的电路都是串行的，增大了信号时延路径。降低寄存器间组合路径的延迟是提高系统工作频率的主要手段，因此在完成相同功能的前提下应该尽量使用并行结构逻辑。

FPGA学习心得体会

篇一：fpga学习心得大报告《fpga技术基础》学习报告 --课程内容学习心得姓名：学号：年级专业：指导教师：瞿麟 201010401128 自动化101薛小军摘要从开始学fpga到现在粗略算来的话，已经有3个多月了，就目前而言，我并不确定自己算不算高手们所说的入门了，fpga学习总结。但是不管现在的水平如何，现在就总结一下自己学习它的感受或一些认识吧。关键词 fpga de2板 quartusii软件 verilog语言引言 fpga是什么？fpga现状？怎样学习fpga？ fpga是现场可编程门阵列的简称，fpga的应用领域最初为通信领域，但目前，随着信息产业和微电子技术的发展，可编程逻辑嵌入式系统设计技术已经成为信息产业最热门的技术之一，应用范围遍及航空航天、医疗、通讯、网络通讯、安防、广播、汽车电子、工业、消费类市场、测量测试等多个热门领域。并随着工艺的进步和技术的发展，向更多、更广泛的应用领域扩展。越来越多的设计也开始以asic转向fpga， fpga正以各种电子产品的形式进入了我们日常生活的各个角落。正文（1）掌握fpga的编程语言在学习一门技术之前我们往往从它的编程语言开始，如同学习单片机一样，我们从c语言开始入门，当掌握了c语言之后，开发单片机应用程序也就不是什么难事了。学习fpga也是如此，fpga的编程语言有两种：vhdl和verilog，这两种语言都适合用于fpga的编程。（2）fpga实验尤为重要除了学习编程语言以外，更重要的是实践，将自己设计的程序能够在真正的fpga里运行起来，这时我们需要选一块板子进行实验，我们选择使用de2板才进行试验。初识de2开发板 de2的资源de2的资源非常丰富，包括 1. 核心的fpga芯片-cyclone ii 2c35 f672c6，从名称可以看出，它包含有35千个le，在altera的芯片系列中，不算最多，但也绝对够用。altera下载控制芯片- epcs16以及usb-blaste对jtag的支持。 2.存储用的芯片有： 512-kb sram，8-mbyte sdram，4-mbyte flash memory 3. 经典io配置：拥有4个按钮，18个拨动开关，18个红色发光二极管，9个绿色发光二极管，8个七段数码管，16*2字符液晶显示屏， 4. 超强多媒体：24位cd音质音频芯片wm8731(mic输入+linein+ 标准音频输出)，视频解码芯片(支持ntsc/pal制式)，带有高速dac视屏输出vga模块。 5.更多标准接口：通用串行总线usb控制模块以及a、b型接口，sd card接口，irda红外模块， 10/100m自适应以太网络适配器，rs-232标准串口， ps/2键盘接口 6.其他：50m，27m晶振各一个，支持外部时钟， 80针带保护电路的外接io 7.此外还有：配套的光盘资料，qutuarsii软件，niosii 6.0ide，例程与说明文档。关于管脚分配当我们创建一个fpga用户系统的时候，到最后要做的工作就是下载，在下载之前必须根据芯片的型号分配管脚，这样才能将程序中特定功能的管脚与实际中的fpga片外硬件电路一一对

华为FPGA设计流程指南

华为FPGA设计流程指南前言本部门所承担的FPGA设计任务要紧是两方面的作用：系统的原型实现和ASIC的原型验证。编写本流程的目的是： ●在于规范整个设计流程，实现开发的合理性、一致性、高效性。 ●形成风格良好和完整的文档。 ●实现在FPGA不同厂家之间以及从FPGA到ASIC的顺利移植。 ●便于新职员快速把握本部门FPGA的设计流程。由于目前所用到的FPGA器件以Altera的为主，因此下面的例子也以Altera为例，工具组合为modelsim +

LeonardoSpectrum/FPGACompilerII + Quartus，但原则和方法关于其他厂家和工具也是差不多适用的。

2.3 设计名目 (6) 3. 逻辑仿真 (6) 3.1 测试程序（test bench） (7) 3.2 使用预编译库 (7) 4. 逻辑综合 (8) 4.1 逻辑综合的一些原则 (8) 4.1.1 关于LeonardoSpectrum (8) 4.1.1 大规模设计的综合 (8) 4.1.3 必须重视工具产生的警告信息 (8) 4.2 调用模块的黑盒子（Black box）方法 (8) 参考 (10) 修订纪录 (10)