南京FPGA應(yīng)用設(shè)計(jì)初級(jí)培訓(xùn)班

第一天

學(xué)習(xí)目標(biāo)第一天的課程將幫助學(xué)員了解FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，使學(xué)員對(duì)FPGA的典型應(yīng)用及解決方案，典型型號(hào)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有一個(gè)深入的認(rèn)識(shí)。學(xué)員將掌握FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法、流程及手段，學(xué)會(huì)操作FPGA開(kāi)發(fā)軟件來(lái)完成簡(jiǎn)單的FPGA設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。

1. FPGA典型應(yīng)用及解決方案

本節(jié)將介紹FPGA在不同領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，幫助學(xué)員了解FPGA的應(yīng)用場(chǎng)合及常見(jiàn)的解決方案。 本節(jié)要點(diǎn)：

1.1 嵌入式應(yīng)用，DSP應(yīng)用，高速互聯(lián)應(yīng)用，ASIC驗(yàn)證應(yīng)用，外設(shè)接口互聯(lián)應(yīng)用

1.2 FPGA典型應(yīng)用案例分享

2. FPGA典型器件型號(hào)及結(jié)構(gòu)

本節(jié)將介紹主流FPGA廠商的傳統(tǒng)、主流及新型號(hào)的器件特點(diǎn)，幫助學(xué)員掌握幾種常見(jiàn)的FPGA器件的結(jié)構(gòu)，了解新的FPGA器件型號(hào)特點(diǎn)，掌握FPGA器件選型的原則和方法。

本節(jié)要點(diǎn)：

2.1 Altera：CPLD，CycloneI/II，Arria，Stratix

2.2 Xilinx：CPLD，Spartan3/6，Virtex5/6

2.3 FPGA兼容設(shè)計(jì)案例分析

3. FPGA設(shè)計(jì)流程及開(kāi)發(fā)方法

本節(jié)圍繞FPGA的設(shè)計(jì)流程，介紹主流FPGA廠商的開(kāi)發(fā)工具鏈，重點(diǎn)講授關(guān)鍵設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的工具特點(diǎn)，使學(xué)員掌握FPGA設(shè)計(jì)流程的各個(gè)環(huán)節(jié)及對(duì)應(yīng)的開(kāi)發(fā)方法。

本節(jié)要點(diǎn)：

3.1 FPGA PCB設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.2 Altera：Quartus II，EDS，DSP Builder，SignalTap

3.3 Xilinx：ISE，XPS/EDK，System Generator，AccelDSP，ChipScope

3.4 Synplify，Modelsim，Matlab，Simulink

1. FPGA實(shí)驗(yàn)平臺(tái)介紹

本節(jié)簡(jiǎn)要介紹課程使用的實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)平臺(tái)：紅色颶風(fēng)系列開(kāi)發(fā)板，對(duì)其資源配置、設(shè)計(jì)理念、使用方法等進(jìn)行介紹，使學(xué)員具備在此實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開(kāi)展FPGA設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)。

本節(jié)要點(diǎn)：

1.1 PCB設(shè)計(jì)，電源設(shè)計(jì)，F(xiàn)PGA配置鏈路，接口設(shè)計(jì)，使用方法

2. 解剖一個(gè)典型的FPGA工程

本節(jié)以一個(gè)典型的FPGA工程為基礎(chǔ)，手把手為學(xué)員講授FPGA工程中的關(guān)鍵要素，要素的設(shè)計(jì)方法及作用。幫助學(xué)員迅速掌握FPGA開(kāi)發(fā)的主要環(huán)節(jié)。

本節(jié)要點(diǎn)：

2.1 設(shè)計(jì)輸入文件，約束文件，仿真激勵(lì)文件，波形文件，下載文件，調(diào)試文件，設(shè)計(jì)報(bào)告

3. 實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練

本節(jié)由學(xué)員動(dòng)手，在FPGA實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上完成一個(gè)FPGA工程設(shè)計(jì)。學(xué)員根據(jù)實(shí)驗(yàn)手冊(cè)一步一步的完成一個(gè)功能直觀步驟完整的FPGA設(shè)計(jì)，總結(jié)在FPGA設(shè)計(jì)過(guò)程中常見(jiàn)的錯(cuò)誤和問(wèn)題。

本節(jié)要點(diǎn)：

3.1 工程創(chuàng)建及屬性設(shè)置，源文件設(shè)計(jì)輸入方式，約束設(shè)計(jì)，工程編譯，功能仿真，時(shí)序仿真，硬件下載，硬件調(diào)試

第二天

學(xué)習(xí)目標(biāo)第二天的課程以設(shè)計(jì)輸入、仿真激勵(lì)設(shè)計(jì)及測(cè)試調(diào)試為主要內(nèi)容，學(xué)員可以掌握FPGA開(kāi)發(fā)的基本設(shè)計(jì)輸入方法：原理圖輸入及Verilog硬件描述語(yǔ)言輸入，配合豐富的實(shí)例使學(xué)員了解FPGA資源的語(yǔ)言描述方法及數(shù)字系統(tǒng)的測(cè)試驗(yàn)證方法，同時(shí)通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)技巧部分的課程可以幫助學(xué)員提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力，為SOPC的系統(tǒng)設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。

1. FPGA設(shè)計(jì)輸入方法

本節(jié)針對(duì)FPGA開(kāi)發(fā)過(guò)程中的主要工作——設(shè)計(jì)輸入——進(jìn)行詳細(xì)分析，幫助學(xué)員掌握常見(jiàn)設(shè)計(jì)輸入方法，仿真激勵(lì)文件設(shè)計(jì)方法，理解硬件描述語(yǔ)言的可綜合設(shè)計(jì)風(fēng)格。

本節(jié)要點(diǎn)：

1.1 原理圖設(shè)計(jì)方法，Verilog語(yǔ)言基本結(jié)構(gòu)，可綜合設(shè)計(jì)，仿真激勵(lì)設(shè)計(jì)

1.2 常用設(shè)計(jì)輸入方法實(shí)例分析

2. FPGA常用資源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及調(diào)用方法

本節(jié)將學(xué)習(xí)FPGA器件的工藝結(jié)構(gòu)，詳細(xì)介紹FPGA的各種邏輯資源特點(diǎn)及調(diào)用方法，幫助學(xué)員深刻理解FPGA的各種內(nèi)部資源，為系統(tǒng)的進(jìn)行FPGA開(kāi)發(fā)打下基礎(chǔ)。

本節(jié)要點(diǎn)：

2.1 PLL/DCM等時(shí)鐘資源，Select IO資源，RAM資源，乘法器資源，SERDES資源

2.2 FPGA常用資源調(diào)用方法實(shí)例分析

3. 有限狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)

本節(jié)講授數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法——有限狀態(tài)機(jī)，通過(guò)學(xué)習(xí)學(xué)員將掌握狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)中的狀態(tài)劃分原則及硬件描述語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)方法。

本節(jié)要點(diǎn)：

3.1 狀態(tài)機(jī)編碼，三段式狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)

3.2 狀態(tài)機(jī)實(shí)例分析

1. FPGA設(shè)計(jì)原則及常用設(shè)計(jì)技巧

本節(jié)介紹FPGA設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循的設(shè)計(jì)原則和常用設(shè)計(jì)技巧，通過(guò)學(xué)習(xí)學(xué)員可從更高的層次上理解數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

本節(jié)要點(diǎn)：

1.1 設(shè)計(jì)原則：模塊化設(shè)計(jì)，基于IP設(shè)計(jì)，時(shí)鐘復(fù)位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.2 設(shè)計(jì)技巧：面積與速度互換、兵乓操作、流水線

1.3 流水線設(shè)計(jì)實(shí)例分析

2. 設(shè)計(jì)輸入與驗(yàn)證實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練

本節(jié)讓學(xué)員動(dòng)手去完成既定的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，在實(shí)踐中掌握硬件描述語(yǔ)言的編寫方法及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模塊化設(shè)計(jì)方法。

本節(jié)要點(diǎn)：

2.1 用Verilog語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)特定功能組合邏輯電路

2.2 用Verilog語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)特定功能時(shí)序邏輯電路

2.3 頂層文件設(shè)計(jì)方法及模塊調(diào)用方法

2.4 測(cè)試激勵(lì)的編寫方法及仿真

3. 實(shí)時(shí)硬件調(diào)試實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練

本節(jié)通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示及學(xué)員動(dòng)手相結(jié)合，是學(xué)員掌握FPGA實(shí)時(shí)調(diào)試工具——虛擬邏輯分析儀——的使用方法，提高FPGA調(diào)試測(cè)試的技能。

本節(jié)要點(diǎn)：

3.1 虛擬邏輯分析儀的原理及特點(diǎn)

3.2 使用虛擬邏輯分析儀進(jìn)行調(diào)試的設(shè)計(jì)流程

3.3 Altera實(shí)戰(zhàn)：使用SignalTap進(jìn)行實(shí)時(shí)硬件調(diào)試

3.4 Xilinx實(shí)戰(zhàn)：使用ChipScope進(jìn)行實(shí)時(shí)硬件調(diào)試

第三天

學(xué)習(xí)目標(biāo)第三天的課程以SOPC系統(tǒng)概念為切入點(diǎn)，重點(diǎn)介紹FPGA EDS解決方案的體系結(jié)構(gòu)及硬件設(shè)計(jì)流程。圍繞軟核處理器、Avalon總線及外圍組件三個(gè)方面對(duì)SOPC的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹。通過(guò)簡(jiǎn)單實(shí)用的SOPC工程使學(xué)員掌握EDS/XPS工具的基本使用方法及硬件設(shè)計(jì)流程。

1. SOPC系統(tǒng)基礎(chǔ)及典型解決方案

本節(jié)講授SOPC系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)及SOPC的構(gòu)成要素，介紹當(dāng)前典型的幾種SOPC解決方案及優(yōu)缺點(diǎn)，使學(xué)員對(duì)SOPC有一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)。

本節(jié)要點(diǎn)：

1.1 SOPC構(gòu)成要素，典型軟核SOPC解決方案，典型硬核SOPC解決方案，SOPC系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)

2. Altera NIOS II解決方案

本節(jié)基于Altera NIOS II軟核處理器，通過(guò)一個(gè)典型的工業(yè)數(shù)據(jù)采集SOPC系統(tǒng)工程，詳細(xì)介紹NIOS II SOPC解決方案的構(gòu)成要素。通過(guò)學(xué)習(xí)，學(xué)員將從整體上理解NIOS II SOPC解決方案的架構(gòu)和重要的構(gòu)成要素，學(xué)會(huì)使用原理圖和硬件描述語(yǔ)言的方式調(diào)用SOPC工程模塊。

本節(jié)要點(diǎn)：

2.1 一個(gè)典型的工業(yè)采集系統(tǒng)SOPC工程

2.2 NIOS II解決方案架構(gòu)，開(kāi)發(fā)工具鏈

2.3 NIOS II 軟核處理器，Avalon總線，典型外設(shè)組件

2.4 NIOS II硬件抽象層HAL及系統(tǒng)庫(kù)

2.5 定制指令及定制組件

2.6 SOPC的時(shí)鐘與復(fù)位系統(tǒng)

2.7 NIOS II軟核系統(tǒng)的調(diào)用方法

1. NIOS II解決方案的系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

本節(jié)為學(xué)員講述NIOS II解決方案的系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，通過(guò)學(xué)習(xí)學(xué)員可以從流程上清晰地理解SOPC設(shè)計(jì)的各個(gè)主要環(huán)節(jié)。

本節(jié)要點(diǎn)

： 1.1 NIOS II解決方案的系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

1.2 NIOS II解決方案的硬件設(shè)計(jì)流程

1.3 NIOS II解決方案的軟件設(shè)計(jì)流程

1.4 NIOS II解決方案的軟硬件下載流程

2. SOPC Builder開(kāi)發(fā)環(huán)境及使用方法

本節(jié)基于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的一個(gè)SOPC小系統(tǒng)工程，介紹SOPC Builder工具環(huán)境的使用方法。學(xué)員可學(xué)會(huì)使用該工具建立SOPC系統(tǒng)，掌握該工具提供的主要功能。

本節(jié)要點(diǎn)：

2.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的一個(gè)SOPC小系統(tǒng)工程

2.2 NIOS II處理器的調(diào)用與配置

2.3 Avalon總線互聯(lián)方法

2.4 常用外設(shè)組件及調(diào)用及其配置

2.5 定制外設(shè)組件的實(shí)現(xiàn)方法

2.6 SOPC系統(tǒng)的地址及中斷

2.7 SOPC系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)初步

3. SOPC Builder實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練

本節(jié)由學(xué)員動(dòng)手設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的處理器控制系統(tǒng)，在實(shí)踐中加深對(duì)SOPC硬件設(shè)計(jì)流程及常見(jiàn)組件的使用方法，熟練SOPC Builder工具的操作。

本節(jié)要點(diǎn)：

3.1 在FPGA開(kāi)發(fā)板上組建一個(gè)簡(jiǎn)單的處理器控制系統(tǒng)

3.2 SOPC Builder工具操作方法

第四天

學(xué)習(xí)目標(biāo)第四天的課程以軟件開(kāi)發(fā)及調(diào)試為主。通過(guò)第四天的學(xué)習(xí)，學(xué)員應(yīng)掌握NIOS II SOPC系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)流程及相關(guān)工具，能夠針對(duì)不同的系統(tǒng)需求進(jìn)行系統(tǒng)配置，并選擇或設(shè)計(jì)相應(yīng)的API接口進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。配合前三天講授的內(nèi)容，掌握SOPC系統(tǒng)的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)。

1. NIOS II解決方案的軟件架構(gòu)

本節(jié)主要講授NIOS II解決方案的軟件架構(gòu)，主要圍繞硬件抽象層，API和用戶應(yīng)用程序三個(gè)方面進(jìn)行介紹，使學(xué)員深入了解NIOS II解決方案的軟件設(shè)計(jì)要素。

本節(jié)要點(diǎn)：

1.1 軟件架構(gòu)，軟件開(kāi)發(fā)工具鏈

1.2 HAL硬件抽象層

1.3 HAL API接口

1.4 用戶應(yīng)用程序

1.5 標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)庫(kù)，嵌入式操作系統(tǒng)

2. NIOS II IDE開(kāi)發(fā)環(huán)境及使用方法

本節(jié)為學(xué)員介紹NIOS II IDE軟件及其工具鏈的使用方法，按照SOPC軟件設(shè)計(jì)流程對(duì)重要的設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行講解，使學(xué)員學(xué)會(huì)使用NIOS II IDE工具，了解SOPC軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試方法。

本節(jié)要點(diǎn)：

2.1 系統(tǒng)工程向?qū)Ъ澳０?/p>

2.2 系統(tǒng)庫(kù)及用戶工程的管理與配置

2.3 SOPC軟件設(shè)計(jì)方法

2.4 SOPC軟硬件協(xié)同調(diào)試方法

2.5 SOPC軟件的固化方法

3.**OS II IDE實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練

本節(jié)由學(xué)員動(dòng)手在前一天設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單的處理器控制系統(tǒng)上添加軟件功能，理解SOPC系統(tǒng)中軟件實(shí)現(xiàn)方法和硬件實(shí)現(xiàn)方法的區(qū)別，掌握SOPC軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試方法，熟練NIOS II IDE工具的操作。

本節(jié)要點(diǎn)：

3.1 在組建的簡(jiǎn)單處理器控制系統(tǒng)上添加軟件工程

3.2 NIOS II IDE工具操作方法

1. SOPC軟件工程實(shí)例分析

本節(jié)基于典型的工業(yè)數(shù)據(jù)采集SOPC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，為學(xué)員介紹常見(jiàn)的SOPC外圍組件的軟件控制方法，介紹自定義外圍組件的HAL設(shè)計(jì)及API封裝方法，使學(xué)員具備開(kāi)發(fā)SOPC外圍接口的能力。

本節(jié)要點(diǎn)：

1.1 常見(jiàn)外圍組件的軟件控制方法

1.2 用戶自定義組件的HAL設(shè)計(jì)及API封裝方法

2. SOPC系統(tǒng)綜合訓(xùn)練

本節(jié)提出一個(gè)SOPC系統(tǒng)需求，要求學(xué)員設(shè)計(jì)一個(gè)圖像顯示系統(tǒng)的SOPC結(jié)構(gòu)，并在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。通過(guò)這個(gè)綜合訓(xùn)練，使學(xué)員融會(huì)貫通的使用SOPC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、FPGA硬件設(shè)計(jì)、SOPC軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)等方法。具備從需求到實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力。

本節(jié)要點(diǎn)：

2.1 SOPC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2 FPGA硬件設(shè)計(jì)

2.3 SOPC軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)

2.4 SOPC工具鏈?zhǔn)褂?/p>

3. 課程總結(jié)與展望

本節(jié)將回顧四天SOPC課程的主要內(nèi)容，幫助學(xué)員總結(jié)課程的要點(diǎn)和課程培訓(xùn)中常見(jiàn)的問(wèn)題，同時(shí)為學(xué)員介紹進(jìn)一步學(xué)習(xí)SOPC系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容和資源。