¸ßµÈѧУµç×ÓÐÅÏ¢ÀàרҵϵÁн̲ÄÏÖ´úÊý×ÖϵͳÉè¼Æ/»ùÓÚIntel FPGA¿É±à³ÌÂß¼­Æ÷¼þÓëVHDL

µÚ1Õ EDA¼¼Êõ¸ÅÊö ¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 1

1.1 ASIC×ÛÊö 1

1.2 µç×ÓÉè¼Æ×Ô¶¯»¯¼¼Êõ ¡­¡­¡­¡­ 3

1.2.1 EDA¼¼Êõ·¢Õ¹Àú³Ì ¡­ 3

1.2.2 EDA¼¼ÊõÖ÷ÒªÄÚÈÝ ¡­ 5

1.2.3 ¿É±à³ÌÂß¼­Æ÷¼þ ¡­¡­¡­ 5

1.2.4 Èí¼þ¿ª·¢¹¤¾ß ¡­¡­¡­¡­ 6

1.2.5 ÊäÈ뷽ʽ ¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 7

1.2.6 Ïà¹Ø³§É̸ÅÊö ¡­¡­¡­¡­ 7

1.3 Êý×ÖϵͳµÄÉè¼Æ·½·¨ ¡­¡­¡­¡­ 8

1.3.1 Top-DownÉè¼Æ·½·¨ ¡­ 8

1.3.2 Êý×ÖϵͳÉè¼ÆµÄÒ»°ã²½Öè ¡­¡­¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 9

1.3.3 IPºË½éÉÜ ¡­¡­¡­¡­¡­ 9

1.4 EDA¼¼ÊõµÄ·¢Õ¹Ç÷ÊÆ ¡­¡­¡­ 11

1.4.1 ¿É±à³ÌÆ÷¼þµÄ·¢Õ¹Ç÷ÊÆ ¡­¡­¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 11

1.4.2 ¿ª·¢¹¤¾ßµÄ·¢Õ¹Ç÷ÊÆ 11

1.4.3 ÊäÈ뷽ʽµÄ·¢Õ¹Ç÷ÊÆ 12

1.5 ±¾ÕÂС½á ¡­ 13

µÚ2Õ CPLD/FPGA½á¹¹ ¡­¡­¡­¡­ 14

2.1 ¿É±à³ÌÂß¼­Æ÷¼þµÄ»ù±¾½á¹¹¼°·ÖÀà ¡­¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 15

2.1.1 »ù±¾½á¹¹ ¡­¡­¡­¡­¡­ 15

2.1.2 PLDÆ÷¼þµÄ·ÖÀà ¡­¡­ 16

2.2 µÍÃܶȿɱà³ÌÂß¼­Æ÷¼þ ¡­¡­¡­ 20

2.3 Intel¹«Ë¾µÄCPLD ¡­¡­¡­¡­ 24

2.3.1 MAX 3000AÆ÷¼þ ¡­ 25

2.3.2 MAX¢òÆ÷¼þ ¡­¡­¡­¡­ 30

2.4 Intel¹«Ë¾µÄFPGA ¡­¡­¡­¡­ 40

2.4.1 FPGAµÄÓÅÊÆ ¡­¡­¡­ 41

2.4.2 Intel¹«Ë¾µÄFPGAÆ÷¼þµÄ½á¹¹Ìص㠡­¡­¡­ 41

2.5 Intel¹«Ë¾CPLD/FPGA±à³ÌºÍÅäÖà ¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 59

2.5.1 Intel¹«Ë¾µÄ USB-BlasterÏÂÔصçÀ ¡­¡­¡­ 59

2.5.2 ʹÓà USB-BlasterµçÀÂʱµÄÈýÖÖÅäÖÃģʽ 61

2.5.3 ²ÉÓÃIntel¹«Ë¾µÄоƬ½øÐÐÅäÖà ¡­¡­¡­¡­¡­ 65

¢ø

2.6 ±¾ÕÂС½á ¡­ 66

µÚ3Õ Quartus PrimeÈí¼þÉè¼Æ ¡­ 67

3.1 ʹÓÃQuartus Prime½øÐÐͼÐλ¯Éè¼Æ ¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 70

3.1.1 ´´½¨¹¤×÷¿â ¡­¡­¡­¡­ 71

3.1.2 ÀûÓù¤³ÌÏòµ¼´´½¨¹¤³Ì ¡­¡­¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 71

3.1.3 ͼÐÎÉè¼ÆÊäÈë ¡­¡­¡­ 75

3.1.4 ÏîÄ¿±àÒë ¡­¡­¡­¡­¡­ 76

3.1.5 ʱÐò·ÂÕæ ¡­¡­¡­¡­¡­ 81

3.2 ʹÓÃQuartus Prime½øÐÐ VHDLÉè¼Æ ¡­¡­¡­¡­¡­ 83

3.2.1 VHDLÎı¾ÊäÈë ¡­¡­ 84

3.2.2 ModelSim-Altera½éÉÜ 85

3.2.3 TestBench±àд ¡­¡­ 85

3.2.4 µ÷ÓÃModelSim-Altera RTL·ÂÕæ ¡­¡­¡­¡­ 88

3.2.5 µ÷ÓÃModelSim-Altera Ãż¶·ÂÕæ ¡­¡­¡­¡­ 90

3.2.6 Òý½Å·ÖÅä ¡­¡­¡­¡­¡­ 91

3.2.7 ·ÖÎöÓë×ÛºÏ ¡­¡­¡­¡­ 92

3.2.8 ²¼¾ÖÓë²¼Ïß ¡­¡­¡­¡­ 92

3.2.9 Æ÷¼þ±à³Ì ¡­¡­¡­¡­¡­ 92

3.3 Quartus PrimeµÄIPʹÓà ¡­¡­ 94

3.4 SignalTap¢òÂß¼­·ÖÎöÒǵÄÓ¦Óà ¡­¡­¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 98

3.5 ±¾ÕÂС½á 101

µÚ4ÕÂ VHDL»ù´¡ ¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 102

4.1 VHDL¸ÅÊö ¡­¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 102

4.1.1 VHDLµÄÆðÔ´ ¡­¡­ 102

4.1.2 VHDLµÄÌص㠡­¡­ 102

4.2 VHDLµÄ»ù±¾½á¹¹ ¡­¡­¡­¡­ 103

4.2.1 ¿â 103

4.2.2 ³ÌÐò°ü ¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 105

4.2.3 ʵÌå ¡­¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 108

4.2.4 ½á¹¹Ìå ¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 110

4.2.5 ÅäÖÃ ¡­¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 112

4.3 VHDLµÄÊý¾Ý¼°ÎÄ×Ö¹æÔò ¡­ 113

4.3.1 VHDLÎÄ×Ö¹æÔò ¡­ 113

4.3.2 VHDLÊý¾Ý¶ÔÏó ¡­ 115

4.3.3 VHDLÊý¾ÝÀàÐÍ ¡­ 118

4.3.4 VHDLÀàÐÍת»» ¡­ 124

4.4 VHDL²Ù×÷·û ¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 127

4.4.1 ²Ù×÷·ûÖÖÀà ¡­¡­¡­¡­ 127

4.4.2 ²Ù×÷·ûµÄÓÅÏȼ¶ ¡­¡­ 128

4.4.3 Âß¼­²Ù×÷·û ¡­¡­¡­¡­ 128

4.4.4 ¹Øϵ²Ù×÷·û ¡­¡­¡­¡­ 128

4.4.5 ËãÊõ²Ù×÷·û ¡­¡­¡­¡­ 129

4.5 VHDL˳ÐòÓï¾ä ¡­¡­¡­¡­¡­ 130

¢ù

4.5.1 ¸³ÖµÓï¾ä ¡­¡­¡­¡­¡­ 131

4.5.2 Á÷³Ì¿ØÖÆÓï¾ä ¡­¡­¡­ 133

4.5.3 WAITµÈ´ýÓï¾ä ¡­¡­ 137

4.5.4 ×Ó³ÌÐòµ÷ÓÃÓï¾ä ¡­¡­ 138

4.5.5 ·µ»ØÓï¾ä ¡­¡­¡­¡­¡­ 140

4.5.6 ¿Õ²Ù×÷Óï¾ä ¡­¡­¡­¡­ 140

4.5.7 ÆäËû˳ÐòÓï¾ä ¡­¡­¡­ 141

4.6 VHDL²¢ÐÐÓï¾ä ¡­¡­¡­¡­¡­ 142

4.6.1 ¿éÓï¾ä ¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 143

4.6.2 ½ø³ÌÓï¾ä ¡­¡­¡­¡­¡­ 145

4.6.3 ²¢Ðйý³Ìµ÷ÓÃÓï¾ä ¡­ 148

4.6.4 ²¢ÐÐÐźŸ³ÖµÓï¾ä ¡­ 149

4.6.5 Ôª¼þÀý»¯Óï¾ä ¡­¡­¡­ 151

4.6.6 Éú³ÉÓï¾ä ¡­¡­¡­¡­¡­ 153

4.7 ÓÐÏÞ״̬»úµÄÉè¼Æ ¡­¡­¡­¡­ 155

4.7.1 Ò»°ãÓÐÏÞ״̬»úµÄÉè¼Æ ¡­¡­¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 156

4.7.2 MooreÐÍÓÐÏÞ״̬»úµÄÉè¼Æ ¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 157

4.7.3 MealyÐÍÓÐÏÞ״̬»úµÄÉè¼Æ ¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 159

4.8 VHDL TestBench ¡­¡­¡­¡­ 160

4.8.1 TestBench½á¹¹ ¡­¡­ 161

4.8.2 ³£Óü¤ÀøÐźŵIJúÉú 166

4.9 ±¾ÕÂС½á 167

µÚ5Õ CPLD/FPGAÓ¦ÓÃʵ¼ù ¡­ 168

5.1 ³£ÓÃ×éºÏÂß¼­µç·µÄÃèÊö ¡­ 168

5.1.1 ·ÇÃŵç·µÄÉè¼Æ ¡­¡­ 168

5.1.2 ÆäËû»ù±¾Ãŵç·µÄÉè¼Æ ¡­¡­¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 169

5.2 »ù±¾Ê±ÐòÂß¼­µç·µÄ VHDLÃèÊö ¡­¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 171

5.2.1 D´¥·¢Æ÷µÄÉè¼Æ ¡­¡­ 171

5.2.2 T´¥·¢Æ÷µÄÉè¼Æ ¡­¡­ 171

5.2.3 JK´¥·¢Æ÷µÄÉè¼Æ ¡­ 172

5.2.4 ´®ÐÐÒÆλ¼Ä´æÆ÷µÄÉè¼Æ ¡­¡­¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 173

5.2.5 ·ÖƵµç·µÄÉè¼Æ ¡­¡­ 174

5.3 ³£ÓÃËã·¨ VHDLʵÏÖ ¡­¡­¡­ 175

5.3.1 Á÷Ë®Ïß¼Ó·¨Æ÷µÄÉè¼Æ 175

5.3.2 8λ³Ë·¨Æ÷µÄÉè¼Æ ¡­ 177

5.3.3 4³éÍ·Ö±½ÓFIRÂ˲¨Æ÷µÄÉè¼Æ ¡­¡­¡­¡­¡­ 179

5.3.4 IIRÊý×ÖÂ˲¨Æ÷µÄÉè¼Æ ¡­¡­¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 180

5.4 TestBenchÖÐËæ»úÊýµÄÉè¼Æ 184

5.5 ¶þ½øÖÆƵÒƼü¿Øµ÷ÖÆÓë½âµ÷µÄ VHDLʵÏÖ ¡­¡­¡­ 186

5.5.1 FSKµ÷ÖÆµÄ VHDLʵÏÖ ¡­¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 186

5.5.2 FSKÐźŽâµ÷µÄ VHDLʵÏÖ ¡­¡­¡­¡­¡­ 188

5.6 »ùÓÚDDSÐźŷ¢ÉúÆ÷µÄÉè¼Æ 189

5.6.1 DDSÉè¼Æ¼°Ô­Àí ¡­ 189

¢ú

5.6.2 FPGAÄÚ²¿µÄDDSÄ£¿éµÄÉè¼ÆÓëʵÏÖ ¡­ 190

5.6.3 ·ÂÕæ½á¹û¼°ËµÃ÷ ¡­¡­ 194

5.7 SD¿¨Çý¶¯Æ÷Éè¼Æ ¡­¡­¡­¡­¡­ 195

5.7.1 SD¿¨µç·½á¹¹ ¡­¡­ 195

5.7.2 SD¿¨ÃüÁî ¡­¡­¡­¡­ 197

5.7.3 SD¿¨Êý¾Ý¶ÁÈ¡Á÷³Ì 198

5.7.4 SD¿¨Êý¾Ý¶ÁÈ¡´úÂë˵Ã÷ ¡­¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 199

5.8 SDRAM ¿ØÖÆÆ÷Éè¼Æ ¡­¡­¡­ 208

5.8.1 SDRAM Òý½Å¡¢ÃüÁîºÍģʽ¼Ä´æÆ÷½éÉÜ ¡­ 209

5.8.2 SDRAM ³õʼ»¯ ¡­¡­ 211

5.8.3 SDRAM ¶Áд²Ù×÷ ¡­ 214

5.8.4 SDRAM ×Ô¶¯Ë¢ÐÂʱÐò ¡­¡­¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 220

5.8.5 SDRAM ¿ØÖÆÆ÷ ¡­¡­ 222

5.9 ÀûÓà VGA½Ó¿ÚÏÔʾSD¿¨Í¼ÏñÊý¾Ý ¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 227

5.10 ±¾ÕÂС½á 229

µÚ6Õ DE-115ƽ̨Êý×ÖϵͳÉè¼ÆÁ·Ï° ¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 230

6.1 3Ïß/8ÏßÒëÂëÆ÷ʵÑé ¡­¡­¡­ 230

6.1.1 ʵÑéÄ¿µÄ ¡­¡­¡­¡­¡­ 230

6.1.2 ʵÑé˵Ã÷ ¡­¡­¡­¡­¡­ 230

6.1.3 ʵÑéÒªÇó ¡­¡­¡­¡­¡­ 231

6.1.4 ×ܽᱨ¸æÒªÇó ¡­¡­¡­ 231

6.2 BCD/Æ߶ÎÏÔʾÒëÂëÆ÷ʵÑé ¡­ 231

6.2.1 ʵÑéÄ¿µÄ ¡­¡­¡­¡­¡­ 231

6.2.2 ʵÑé˵Ã÷ ¡­¡­¡­¡­¡­ 231

6.2.3 ʵÑéÒªÇó ¡­¡­¡­¡­¡­ 232

6.2.4 ×ܽᱨ¸æÒªÇó ¡­¡­¡­ 232

6.3 Ä£Äâ74LS160¼ÆÊýÆ÷ʵÑé ¡­ 233

6.3.1 ʵÑéÄ¿µÄ ¡­¡­¡­¡­¡­ 233

6.3.2 ʵÑé˵Ã÷ ¡­¡­¡­¡­¡­ 233

6.3.3 ʵÑéÒªÇó ¡­¡­¡­¡­¡­ 233

6.3.4 ×ܽᱨ¸æÒªÇó ¡­¡­¡­ 233

6.4 ¶à·²ÊµÆ¿ØÖÆÆ÷µÄÉè¼Æ ¡­¡­ 234

6.4.1 ʵÑéÄ¿µÄ ¡­¡­¡­¡­¡­ 234

6.4.2 ʵÑé˵Ã÷ ¡­¡­¡­¡­¡­ 235

6.4.3 ʵÑéÒªÇó ¡­¡­¡­¡­¡­ 235

6.4.4 ×ܽᱨ¸æÒªÇó ¡­¡­¡­ 236

6.5 ·ÖƵÆ÷µÄÉè¼Æ ¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 236

6.5.1 ʵÑéÄ¿µÄ ¡­¡­¡­¡­¡­ 236

6.5.2 ʵÑé˵Ã÷ ¡­¡­¡­¡­¡­ 237

6.5.3 ʵÑéÒªÇó ¡­¡­¡­¡­¡­ 237

6.5.4 ×ܽᱨ¸æÒªÇó ¡­¡­¡­ 237

6.6 Êý×ÖƵÂʼƵÄÉè¼Æ ¡­¡­¡­¡­ 238

6.6.1 ʵÑéÄ¿µÄ ¡­¡­¡­¡­¡­ 238

¢û

6.6.2 ʵÑé˵Ã÷ ¡­¡­¡­¡­¡­ 239

6.6.3 ʵÑéÒªÇó ¡­¡­¡­¡­¡­ 239

6.6.4 ×ܽᱨ¸æÒªÇó ¡­¡­¡­ 239

6.7 Êý×ÖÖÓµÄÉè¼Æ ¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 241

6.7.1 ʵÑéÄ¿µÄ ¡­¡­¡­¡­¡­ 241

6.7.2 ʵÑé˵Ã÷ ¡­¡­¡­¡­¡­ 241

6.7.3 ʵÑéÒªÇó ¡­¡­¡­¡­¡­ 242

6.7.4 ×ܽᱨ¸æÒªÇó ¡­¡­¡­ 242

6.8 ÕýÏÒÐźŷ¢ÉúÆ÷ ¡­¡­¡­¡­¡­ 243

6.8.1 ʵÑéÄ¿µÄ ¡­¡­¡­¡­¡­ 243

6.8.2 ʵÑé˵Ã÷ ¡­¡­¡­¡­¡­ 244

6.8.3 ÈÎÒâƵÂÊÐźŷ¢ÉúÆ÷µÄʵÏÖÔ­Àí ¡­¡­¡­¡­ 245

6.8.4 ʵÑéÒªÇó ¡­¡­¡­¡­¡­ 246

6.8.5 ×ܽᱨ¸æÒªÇó ¡­¡­¡­ 246

6.9 Êý×Öµçѹ±íµÄÉè¼Æ ¡­¡­¡­¡­ 247

6.9.1 ʵÑéÄ¿µÄ ¡­¡­¡­¡­¡­ 247

6.9.2 ʵÑéÔ­Àí ¡­¡­¡­¡­¡­ 247

6.9.3 ʵÑéÒªÇó ¡­¡­¡­¡­¡­ 249

6.9.4 ×ܽᱨ¸æÒªÇó ¡­¡­¡­ 249

6.10 LCD1602¿ØÖÆÆ÷µÄÉè¼Æ ¡­ 250

6.10.1 ʵÑéÄ¿µÄ ¡­¡­¡­¡­ 250

6.10.2 ʵÑéÔ­Àí ¡­¡­¡­¡­ 251

6.10.3 ʵÑéÒªÇó ¡­¡­¡­¡­ 254

6.10.4 ×ܽᱨ¸æÒªÇó ¡­¡­ 255

6.11 UART¿ØÖÆÆ÷µÄÉè¼Æ ¡­¡­ 255

6.11.1 ʵÑéÄ¿µÄ ¡­¡­¡­¡­ 255

6.11.2 ʵÑéÔ­Àí ¡­¡­¡­¡­ 255

6.11.3 ʵÑéÒªÇó ¡­¡­¡­¡­ 257

6.11.4 ×ܽᱨ¸æÒªÇó ¡­¡­ 257

6.12 VGA¿ØÖÆÆ÷µÄÉè¼Æ ¡­¡­¡­ 259

6.12.1 ʵÑéÄ¿µÄ ¡­¡­¡­¡­ 259

6.12.2 ʵÑéÔ­Àí ¡­¡­¡­¡­ 259

6.12.3 ʵÑéÒªÇó ¡­¡­¡­¡­ 262

6.12.4 ×ܽᱨ¸æÒªÇó ¡­¡­ 262

6.13 ±¾ÕÂС½á 263

µÚ7Õ DE2-115¿ª·¢Æ½Ì¨ ¡­¡­¡­ 264

7.1 DE2-115ƽ̨½éÉÜ ¡­¡­¡­¡­ 264

7.2 DE2-115Ö÷ÒªÓ¦Óõç·½éÉÜ 265

7.2.1 FPGAоƬÅäÖà ¡­¡­ 265

7.2.2 °´Å¥ºÍ²¦¶¯¿ª¹ØµÄʹÓà ¡­¡­¡­¡­¡­¡­¡­¡­ 266

7.2.3 LEDµÄʹÓà ¡­¡­¡­ 268

7.2.4 Æ߶ÎÊýÂë¹ÜµÄʹÓà ¡­ 269

7.2.5 ʱÖӵ緵ÄʹÓà ¡­¡­ 270

¢ü

7.2.6 LCDÄ£¿éµÄʹÓà ¡­ 270

7.2.7 VGAµÄʹÓà ¡­¡­¡­ 271

7.2.8 24bitÒôƵ±à½âÂëоƬµÄʹÓà ¡­¡­¡­¡­¡­ 272

7.2.9 RS232´®¿ÚµÄʹÓà ¡­ 273

7.2.10 PS2µÄʹÓà ¡­¡­¡­ 273

7.2.11 ǧÕ×ÒÔÌ«ÍøµÄʹÓà 274

7.2.12 TV½âÂëÆ÷µÄʹÓà 276

7.2.13 USBµÄʹÓà ¡­¡­¡­ 277

7.2.14 IRÄ£¿éµÄʹÓà ¡­¡­ 278

7.2.15 SRAM Ä£¿éµÄʹÓà 279

7.2.16 SDRAM µÄʹÓà ¡­ 280

7.2.17 FlashµÄʹÓà ¡­¡­¡­ 282

7.2.18 E2PROM µÄʹÓà ¡­ 284

7.2.19 SD¿¨µÄʹÓà ¡­¡­¡­ 284

7.2.20 GPIOµÄʹÓà ¡­¡­ 285

7.3 ±¾ÕÂС½á 287

²Î¿¼ÎÄÏ× ¡­¡­¡­¡­ 288