FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论课件

1、FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,FPGA与硬件描述语言,2016.4,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,引言,为何将这门课从第一周调整到从第九周开始？ 本门课和数电的关系？ 开设这门课的重要性？ 这是一门注重实践的课程，目的是要掌握一门技能,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,引言,介绍本门课的教学大纲： 教学内容安排,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,引言,介绍本门课的教学大纲： 考核及成绩评定 采用百分制，总评成绩由平时成绩、实践教学成绩和期末成绩三部分组成 平时成绩占30% （其中出勤成绩占10%，作业成绩占20%） 实践设计成绩占50% 期末考核成绩占20%,FPGA与

2、硬件描述语言_第一章_绪论,引言,介绍本门课的教学大纲： 参考书 教材：王振红等，图说VHDL数字电路设计，化学工业出版社，2009年1月 参考书：褚振勇等，FPGA设计及应用，西安电子科技大学出版社，2002年6月 答疑安排 周四56节，第三实验楼901 电子邮箱：,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,第一章 绪论,1.1 现代数字系统 1.1.1 数字系统的概念 1.1.2 数字系统的实现 1.1.3 数字系统的设计工具 1.2 EDA技术的发展 1.3 现代数字系统的实现方法,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的概念,FPGA Field Programmable Ga

3、te Array 现场可编程门阵列,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的概念,数字系统优点： 稳定性好。数字电路不像模拟电路那样容易受到噪声的干扰 可靠性高。数字电路中只需分辨出信号的有与无，故电路的组件参数，可以允许有较大的变化（漂移）范围 能长期存储。数字信息可以利用某种媒介，如磁带、磁盘、光盘等进行长时期的存储,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的概念,数字系统优点： 便于计算机处理。数字信号的输出除了具有直观、准确的优点外，最主要的还是便于利用电子计算机来进行信息的处理 便于高度集成化,FPGA与硬件描述语言_第一章

4、_绪论,绪论数字系统的概念,数字电路是由具有各种逻辑功能的数字逻辑器件组成的 常用数字逻辑器件都包括哪些？,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的概念,门电路,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的概念,门电路,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的概念,门电路,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的概念,编码器 74LS148，8线-3线优先编码器 译码器 74LS138，3线-8线译码器 加法器 74LS183，双全加器 选择器 乘法器 触发器 RS触发器、JK触发器、D触发器 计数器,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系

5、统的概念,数字系统中都是由数字逻辑器件组成的吗？,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的概念,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的概念,数字系统的概念： 用数字电路实现处理和传输信息的系统都称为数字系统,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的实现,数字系统的发展史,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的实现,分立元件，由电阻、电容、晶体管等电子元件组成 SSI（Small-Scale Integration） 小规模集成电路，1-10个逻辑门 典型电路：逻辑门器件，触发器 MSI（Medium-Scale Integration） 中规

6、模集成电路，10-100个逻辑门 典型电路：编码器，译码器，计数器,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的实现,LSI（Large-Scale Integration） 大规模集成电路，100-10000个逻辑门 典型电路：微处理器，存储器， 可编程逻辑器件 VLSI（Very-Large-Scale Integration） 超大规模集成电路，10000个逻辑门以上,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的实现,传统的数字系统像其他电子系统一样，通常采用搭积木式的方法实现，先由器件搭成电路板，再用电路板搭成电子系统 早期数字系统设计特点：“积木块，搭积木”,FPGA

7、与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的实现,半加器的真值表,半加器的逻辑表达式,半加器的逻辑图和符号,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的实现,全加器的逻辑表达式,全加器的逻辑图和符号,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的实现,4位串行进位加法器,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的实现,早期的数字系统体积大、重量大、功耗大、生产周期长、成本高、可靠性差 可靠性差的主要原因： 出现故障的机会大大增加 平均失效时间将大大下降,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的实现,微控制器是在单一芯片上实现的CPU，它是一种通用型器件，只需

8、配以一定的程序（通常固化于外部的ROM中）和一些外围电路，即可任意实现复杂的组合逻辑功能,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的实现,基于通用微控制器进行数字系统设计的方法具有灵活高效、成本低、系统开发风险小以及可移植性好等诸多优点 微控制器的出现从根本上改变了传统的数字系统设计方法，是对传统数字系统的一次革命,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的实现,基于微控制器的设计方法的缺点也逐步显现： 系统速度低 易受到干扰，使系统瘫痪 尚无可靠地方法对程序进行加密,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的实现,ASIC（专用集成电路） Application

9、 Specific Integrated Circuits 一个复杂的数字系统只要一片或数片ASIC即可实现,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的实现,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的实现,PLD（可编程逻辑器件） Programmable Logic Device PLD的优点在于产品研制时间段，设计费用低，风险接近于零 使本来是微电子工程师才能完成的ASIC设计，完全转移给了电路设计工程师，大大缩短了数字系统设计的时间,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的实现,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的实现,为了高效地实现数字系

10、统，人们越来越多地采用软硬件协同的设计方法进行系统设计 集成电路制造工艺的迅速发展使微控制器嵌入ASIC或PLD成为现实，因此，一颗芯片即可完成整个系统功能，这就是近几年得到迅速发展的片上系统（SoC，System on Chip）设计技术,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的设计工具,传统数字系统设计的流程,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的设计工具,现代数字系统的设计工作不仅需要完成功能设计，而且还需要对时序、功能等性能指标进行优化，仅仅依靠手工是无法完成设计工作的，所有的设计工作都需要在计算机上通过专用的EDA工具完成,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪

11、论,绪论数字系统的设计工具,EDA（电子设计自动化） Electronic Design Automation,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的设计工具,设计输入工具：用于输入设计源文件，主要包括代码输入和原理图输入工具 综合和布局布线工具：是设计实现工具，用于完成设计的物理实现 仿真工具：用于验证设计是否正确，是进行设计验证的最重要手段,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的设计工具,EDA工具只能完成设计工作，而实现则需要可编程逻辑器件的支持，可编程逻辑器件和EDA工具的结合给现代硬件系统设计者提供了强有力的工具,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论数字系统的设计工具,Altera Xilinx Lattice,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论EDA技术的发展,FPGA与硬件描述语言_第一章_绪论,绪论EDA技术的发展,FPGA与硬件描述