《Altera编程与配置》课件

编程与配置AlteraAltera是领先的FPGA和可编程逻辑器件制造商本课程介绍Altera器件的编程和配置，包含硬件描述语言（HDL）编程、编译和配置过程等内容dh bydhse hsfdw公司简介Altera

11.简介

22.产品Altera是全球领先的可编程逻Altera提供FPGA、CPLD辑器件供应商等可编程逻辑器件，以及相关的开发工具和软件

33.应用

44.收购Altera的产品被广泛应用于通2015年，Altera被英特尔公信、工业控制、医疗、航空航司收购天等领域器件概述Altera FPGAAltera FPGA是可编程逻辑器件，拥有可配置的逻辑块、存储单元和连接，实现自定义电路Altera FPGA采用基于SRAM的架构，逻辑功能和连接结构可通过编程配置，实现不同逻辑功能的实现Altera FPGA可用于各种应用领域，包括数字信号处理、通信、工业控制等器件的组成结构FPGAFPGA器件包含多个基本单元，例如可编程逻辑块（CLB）、输入输出块（IOB）、存储器块（M9K）、数字信号处理块（DSP）等这些单元可以通过可编程互连网络连接，构成复杂的逻辑电路，实现各种功能FPGA的结构灵活，可以满足不同的设计需求软硬件开发流程Altera FPGA设计输入1创建硬件描述语言（HDL）代码，例如Verilog或VHDL，或使用图形化设计工具，例如Quartus II综合2将HDL代码或图形设计转换为逻辑门级网表，这是FPGA配置的底层描述布局布线3将逻辑门级网表映射到FPGA的特定硬件资源，并确定每个逻辑门的位置和互连编程文件生成4生成用于配置FPGA器件的编程文件，通常为比特流文件编程下载5将编程文件下载到FPGA器件，使器件按照设计的功能运行验证测试6使用仿真工具或实际硬件测试FPGA器件的功能和性能开发软件简介Quartus II综合开发环境设计流程管理强大功能丰富资源Quartus II是一款功能强大的Quartus II提供完整的软件功能包括逻辑设计、硬件Quartus II提供丰富的在线帮集成开发环境（IDE），用于FPGA开发流程管理，涵盖电描述语言（HDL）编辑、仿真助文档、教程和示例项目，方设计、仿真和编程Altera路设计、仿真、综合、布局布工具、器件编程器和硬件配置便用户学习和使用软件FPGA和CPLD器件线、编程等所有步骤工具等界面及基本操作Quartus IIQuartus II主界面项目导航器设计输入编译与综合Quartus II软件的主界面提供项目导航器提供项目文件和资用户可以通过图形编辑器、文编译和综合过程将用户的设计用户友好的图形界面，包含菜源的组织管理，方便用户访问本编辑器或硬件描述语言输入转化为FPGA器件可执行的配单栏、工具栏和项目窗口等和操作项目文件设计，实现电路的逻辑功能置数据电路设计与综合电路设计使用硬件描述语言HDL或图形化设计工具来描述电路的功能和结构，例如Verilog或VHDL行为建模根据电路的功能，使用HDL语言或图形化设计工具来描述电路的逻辑行为，例如状态机、算术运算、逻辑运算等结构建模根据电路的功能，使用HDL语言或图形化设计工具来描述电路的结构，例如寄存器、组合逻辑、时序逻辑等综合将HDL代码或图形化设计工具中的电路描述转换为FPGA器件内部的逻辑门级网表，完成逻辑优化电路仿真与调试电路仿真和调试是FPGA开发中必不可少的部分，确保设计的正确性和功能完整性功能验证1通过仿真工具模拟电路行为，检查逻辑功能是否符合预期时序分析2分析电路的时序特性，确保满足时序要求，避免竞争冒险硬件调试3使用逻辑分析仪、示波器等工具分析实际电路运行状态，排查问题编程文件生成综合1将HDL代码转化为网表文件布局布线2将网表文件映射到FPGA器件结构编程文件生成3生成可用于编程FPGA器件的配置文件生成编程文件是FPGA开发流程的最后一步，也是将设计成果转化为实际可运行的硬件的关键步骤器件编程FPGA配置数据准备使用Quartus II软件生成编程文件，该文件包含配置FPGA器件所需的所有信息编程方式选择根据FPGA器件类型和应用需求选择合适的编程方式，如JTAG、SPI、ASIC等编程设备连接将编程设备连接到FPGA器件，并确保连接正确无误编程指令发送通过编程设备向FPGA器件发送编程指令，将配置数据写入器件内部的存储单元编程完成验证使用相应的工具验证编程是否成功，并确保FPGA器件正常工作编程文件下载与验证配置验证1使用逻辑分析仪或示波器验证FPGA芯片工作是否正常下载编程文件2将生成的编程文件下载到FPGA器件编程文件生成3使用Quartus II软件生成编程文件在FPGA器件编程完成之后，需要进行验证，确保编程文件正确下载并且FPGA器件能够正常工作器件概述Altera CPLD可编程逻辑器件结构特点CPLD（Complex ProgrammableCPLD采用模块化结构，由多个可编程逻辑块Logic Device）是一种可编程逻辑器件，提Macrocells和连接矩阵构成，每个供更灵活的逻辑功能和更高的集成度Macrocell可实现简单的逻辑功能，并通过连接矩阵进行互连编程方式应用领域CPLD使用简单的编程语言，例如硬件描述语CPLD广泛应用于数字电路设计、通信系统、言HDL或图形化配置工具，用户可以根据自工业控制、仪器仪表等领域，可用于实现各种己的需求设计和实现逻辑电路逻辑控制功能器件结构MAX IICPLDMAX IICPLD器件采用了一种名为Adaptive LogicModules ALM的可编程逻辑模块，每个ALM包含一个4输入查找表LUT，一个进位链和一个可配置的D型触发器这些ALM可以通过可编程互连网络连接，以实现复杂的逻辑功能MAX IICPLD还包括可编程I/O块，用于连接外部器件编程流程MAX IICPLD电路设计1使用MAX+PLUS II软件进行电路设计，包括逻辑功能定义、时序约束等仿真测试2对设计电路进行功能仿真和时序仿真，确保电路设计正确无误编程文件生成3将设计电路编译成可编程的JEDEC文件，用于下载到MAX IICPLD器件器件编程4使用编程器将JEDEC文件下载到MAX IICPLD器件，完成编程过程验证测试5对编程后的器件进行功能验证和时序测试，确认程序正确加载并正常运行电路设计MAX IICPLD设计输入1使用MAX+PLUS II软件输入设计文件逻辑综合2将设计描述转换为可实现的逻辑电路布局布线3将逻辑电路映射到器件的物理结构编程文件生成4生成可编程器件的配置数据MAX IICPLD电路设计过程包括多个步骤，从设计输入到编程文件生成，每个步骤都对最终电路的功能和性能至关重要编程与下载MAX IICPLD创建编程文件1使用MAX+PLUS II软件生成编程文件选择编程方式2JTAG或并行编程连接编程器3将编程器连接到MAX IICPLD器件下载编程文件4将编程文件下载到MAX IICPLD器件MAX IICPLD编程文件是包含逻辑功能的配置数据通过编程器，可以将编程文件下载到CPLD器件，实现功能实现器件时钟管理FPGA时钟源时钟分配FPGA器件通常使用外部时钟时钟信号需要分配到FPGA内部源，例如晶振或时钟发生器不同的逻辑模块，并确保信号的同步和完整性时钟管理模块FPGA内部集成了专用时钟管理模块，用于时钟信号的生成、分配和同步器件电源管理FPGA电源管理模块FPGA器件通常集成了电源管理模块，用于管理电源电压和电流，提供稳压、降压、升压等功能电源需求FPGA器件需要稳定的电源供应才能正常工作不同的FPGA器件需要不同的电源电压器件布局布线FPGAFPGA布局布线是指将设计好的逻辑电路映射到FPGA芯片内部的具体位置，并连接相应的信号线布局布线是FPGA设计流程中非常关键的一步，它直接影响着FPGA器件的性能，包括速度、功耗和可靠性自动布局布线1使用Quartus II软件自动完成布局布线手动布局布线2根据经验进行手动调整，优化性能布局布线约束3设定布局布线规则，确保设计目标布局布线约束包括时钟约束、信号完整性约束等，可以有效地提高FPGA器件的性能器件性能分析FPGAFPGA器件性能分析至关重要，有助于优化设计和提高性能关键指标描述工作频率FPGA器件所能支持的最大工作频率逻辑资源FPGA器件提供的逻辑单元数量内存资源FPGA器件提供的存储器单元数量时钟管理FPGA器件提供的时钟资源及管理机制器件封装及引脚分配FPGA封装类型引脚定义12常见封装包括QFP、BGA、PGA、每个引脚都有特定的功能，包括电源、SOP、DIP等不同封装类型决定了器地、输入输出、时钟等详细引脚定义件尺寸、引脚数量和布局可在器件数据手册中查阅引脚分配信号完整性34根据设计需求，将信号分配到相应的引引脚分配需要考虑信号的阻抗匹配、交脚，确保信号完整性和器件正常工作叉串扰等因素，确保信号完整性和信号质量器件信号完整性FPGA信号完整性重要性影响因素信号完整性对FPGA器件性能至关重要它确保信号在电路板上•电源噪声传输时保持其完整性，避免信号失真或延迟•信号反射信号完整性问题会导致FPGA器件无法正常工作或出现性能下•串扰降•阻抗不匹配器件应用设计案例FPGAFPGA器件应用广泛，涵盖了各种领域，包括工业自动化、通信、医疗、航空航天等这些案例展示了FPGA器件在实际应用中的强大能力和灵活性，为使用者提供参考和启发例如，在工业自动化领域，FPGA可以用于实现高速数据采集、实时控制、运动控制等功能，提高生产效率和产品质量在通信领域，FPGA可用于构建高速网络接口、信号处理、加密解密等功能，满足高速、高可靠性的通信需求设计与制作PCB电路图设计1使用EDA软件绘制电路图，并进行元器件选型和布局，确保电路功能和性能PCB版图设计2根据电路图，使用EDA软件设计PCB版图，包括元器件封装、走线、布线等，优化信号完整性和性能PCB制造3将设计好的PCB版图文件发送给PCB制造商，使用相应的技术进行PCB板的制作，例如SMT贴片、波峰焊等PCB组装测试4将制造好的PCB板进行组装，并进行必要的测试，确保电路板的功能和性能符合设计要求测试与调试技巧模拟测试硬件测试使用仿真软件模拟FPGA电路的将FPGA编程文件下载到器件行为，验证设计逻辑的正确性中，进行实际的硬件测试，验证电路功能调试工具错误排查使用示波器、逻辑分析仪等工具根据测试结果分析错误原因，并观察信号波形，定位问题所在修改设计代码，重新编译下载器件发展趋势FPGA性能提升集成度提高更高的逻辑单元密度，更快的时钟频率，更低集成更多功能模块，如高速收发器，嵌入式处的功耗理器，存储器等人工智能应用网络应用扩展在机器学习、深度学习、图像识别等领域发挥支持更高速率的网络协议，满足云计算和数据重要作用中心的需求问题讨论与总结本课程介绍了AlteraFPGA和CPLD器件的基本原理、开发流程、编程方法以及应用设计案例我们学习了QuartusII开发软件的使用方法，掌握了FPGA电路设计、仿真、编程和下载的基本技能通过学习，我们能够进行简单的FPGA和CPLD器件应用开发课程结束后，希望大家能够继续深入学习FPGA和CPLD器件的相关知识，并将其应用到实际的工程项目中。