tổng quan về fpga

12/04/2023FPGA Class 1

TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ SỐ TRÊN FPGA(FIELD-FROGRAMMABLE GATE ARRAY)

BÀI 1:


Nội dung chính

Luồng thiết kế cơ bản Các phần mềm sử dụng Ngôn ngữ mô tả phần cứng Khái quát về lý thuyết thiết kế số KIT DE1 Cấu trúc FPGA Một ví dụ thiết kế (phân tích, tổng hợp, mô

phỏng và nạp KIT)


Luồng thiết kế cơ bản(Design Flow)

Sơ đồ khối, sơ đồ chân. Thiết kế mức cổng logic Viết RTL (Register Transfer Level)

code

Tổng hợp và kiểm tra lỗi. Mô phỏng thiết kế.

Gán chân tín hiệu và biên dịch file nạp.

Chạy kiểm tra chức năng trên FPGA


Luồng thiết kế cơ bản

module MUX2 (input SEL, A, B, output F);

input SEL, A, B;

output F;

INV G1 (SEL, SELB);

AOI G2 (SELB, A, SEL, B, FB);

INV G3 (.A(FB), .F(F));

endmodule


Miền thiết kế

Circuit GateSilicon

(Physical)


Thiết kế trên FPGA và thiết kế ASIC (Appication_Specific Integrated Circuit)

ASIC FPGA

Ngôn ngữ Verilog, VHDL Verilog, VHDL

Sản phẩm cuối cùng Chip chuyên dụng Code nhúm

Thời gian thực hiện Lâu Nhanh hơn

Chi phí ban đầu Cao Thấp hơn

Các điểm khác Tái sử dụng và nâng cấp dễ dàng. Đơn giản là sửa code và nạp lại.

Code được tổng hợp và tối ưu chuyên biệt cho thiết kế.

Code được tổng hợp và tối ưu dựa trên cấu trúc của FPGA.


Các phần mềm

Microsoft Visio – Vẽ sơ đồ, vẽ mạch EmEditor hoặc Notepad++ để viết code Xemacs 21.4.21 để kết nối các mô-đun

(module) tự động. Quartus (8.1 hoặc 9.0) để kiểm tra và tổng hợp ModelSim (5.7g hoặc 6.4a) để mô phỏng chức

năng.


Ngôn ngữ mô tả phần cứng

Hardware Description Language (HDL) VHDL (VHSIC HDL – Very-High-Speed

Integrated Circuit HDL) Verilog HDL (gọi ngắn gọn là Verilog).

Các phiên bản Verilog 1995 2001 (IEEE std 1364-2001)


Spartan3E Start KIT (Xilinx) Giá: 395$ ~ 7,745 triệu Các ngoại vi:

32-Mbyte DDR SDRAM 2-Mbyte serial Flash 512-Kbyte SRAM 4 switches, 8 leds Ethernet 10/100 PHY VGA PS/2 port Two 9-pin RS-232 serial port 16 character - 2 Line LCD

12/04/2023FPGA Class 10

DE2 Altera Board (TerAsic) Giá: 495$ ~ 9,745 triệu Với trường học: 269$ Các ngoại vi:

• 16-Mbyte StrataFlash • 8-Mbyte SDRAM (enough to run uCLinux) • 4-Mbyte Flash • 18 switches with 18 red leds and 8 green

ones • Ethernet 10/100 • Infrared port• 24-bit Audio CODEC• PS/2 mouse or keyboard port• RS232• TV Decoder (NTSC/PAL)• 16 x 2 LCD Module• SD Card Socket

12/04/2023FPGA Class 11

DE1 Altera Board (TerAsic) Giá: 150$ ~ 3 triệu Với trường học: 125$ Các ngoại vi:

• Line In/Out, Microphone In (24-bit Audio CODEC)

• Video Out (VGA 4-bit DAC) • Serial port (RS232)• PS/2 mouse or keyboard port • Expansion headers (two 40-pin headers)• 8 MB SDRAM, 512 KB SRAM, 4 MB

Flash• SD memory card slot• Four 7-segment displays• 10 toggle switches, 10 red LEDs, 8

green LEDs.

12/04/2023FPGA Class 12

Cấu tạo chip FPGA (1)

12/04/2023FPGA Class 13

Cấu tạo chip FPGA (2)

12/04/2023FPGA Class 14

Ví dụ minh họa luồng thiết kế

Ví dụ: Thiết kế một bộ đếm trong khoảng từ 0-9 với 3 nút điều khiển. Nút 1: Reset đồng bộ hệ thống. Nút 2: Nút điều khiển đếm lên 1 đơn vị sau mỗi lần

nhấn. Nút 3: Nút điều khiển đếm xuống 1 đơn vị sau mỗi

lần nhấn.

12/04/2023FPGA Class 15

Sơ đồ khối và sơ đồ tín hiệu

Phân tích khối

Phân tích tín hiệu

Phân tích khối COUNTER_9

12/04/2023FPGA Class 16

MẠch chi tiết COUNTER_9

Phân tích thiết kế mức thấp

12/04/2023FPGA Class 17

Biên dịch với Quartus 9.0

Kết nối sau khi tổng hợp thành công

Xem trực tiếp trên phần mềm Quartus 9.0

12/04/2023FPGA Class 18

Mô phỏng với ModelSim 6.4

Xem trực tiếp trên ModelSim 6.4

12/04/2023FPGA Class 19

KẾT THÚC BÀI 1

tổng quan về fpga

Technology