《Altera体系结构》课件

《体系结构》Altera欢迎学习《Altera体系结构》课程，本课程将带您深入了解Altera FPGA的架构、设计流程和应用领域课程简介课程目标课程内容掌握Altera FPGA的基本结构、设计流程和应用领域•Altera公司简介•FPGA基本结构•Altera开发软件•FPGA设计流程•应用领域和案例分享公司简介Altera历史产品Altera公司成立于1983年，是Altera FPGA、SoC、CPLD、全球领先的可编程逻辑器件供应开发软件和IP核等商应用通信、工业控制、医疗、航空航天等领域发展历程Altera FPGA年19841推出首款FPGA芯片年19912推出可配置逻辑块（CLB）架构年20043推出Stratix系列FPGA，具有高性能和低功耗特点年20124被英特尔公司收购基本结构FPGA逻辑单元可编程互联阵列执行逻辑功能，包括查找表连接逻辑单元，实现电路互联（LUT）、触发器等输入输出单元时钟管理电路/连接外部世界，提供数据输入和输提供时钟信号，控制FPGA的时序出接口逻辑单元查找表（）触发器LUT实现逻辑函数，如与、或、非等操作存储数据，实现时序逻辑功能嵌入式存储器提供数据存储，包括RAM、ROM等可编程互联阵列连接矩阵1提供逻辑单元之间的连接开关矩阵2实现连接的配置路由路径3提供数据传输路径输入输出单元/缓冲器1提供信号缓冲功能驱动能力2控制输出信号的驱动能力引脚配置3配置引脚的功能，如输入、输出、双向等时钟管理电路12时钟源时钟分频提供时钟信号产生不同频率的时钟信号3时钟分配将时钟信号分配到不同的逻辑单元编程技术配置文件编程过程包含FPGA电路的配置信息将配置文件写入FPGA芯片设计流程FPGA电路设计1使用HDL语言描述电路综合2将HDL代码转换为逻辑门电路实现3将逻辑门电路映射到FPGA芯片的逻辑单元时序分析4分析电路的时序性能调试5验证电路功能和性能语言简介HDL硬件描述语言主要类型用于描述硬件电路的语言•Verilog•VHDL语言Verilog语法应用简洁易懂，类似C语言语法广泛应用于FPGA设计中语言VHDL语法应用结构化语言，类似Ada语言语法适用于大型复杂电路设计开发软件简介Altera设计编辑器电路仿真器Quartus IIAltera公司提供的FPGA开发软件提供HDL代码编辑功能对电路进行仿真验证软件特点Quartus II编译优化电路调试核管理IP对代码进行优化，提高电路性能提供强大的电路调试功能提供丰富的IP核库，方便设计复用电路设计需求分析1明确电路功能和性能要求架构设计2设计电路的整体架构模块设计3设计电路的各个模块综合和实现综合1将HDL代码转换为逻辑门电路布局2将逻辑门电路放置到FPGA芯片的逻辑单元布线3连接逻辑单元，实现电路互联时序分析123时序路径时序约束时序验证分析电路中数据传输的时序路径设置电路的时序约束条件验证电路是否满足时序要求电源完整性电源噪声电源分配分析电路中电源噪声的影响设计合理的电源分配方案，降低电源噪声电路调试仿真调试硬件调试通过仿真验证电路的功能和性能使用硬件调试器，对电路进行实际调试封装和设计PCB封装选择设计PCB根据应用需求选择合适的FPGA设计FPGA电路板，实现电路的封装连接核使用Altera IP核简介核种类使用步骤IP IP预先设计好的电路模块，可直接使用包括存储器、通信、图像处理等模块将IP核添加到Quartus II项目中，进行配置和连接应用DSP数字信号处理滤波器设计用于音频、视频、图像等信号的处理实现各种数字滤波功能频率变换进行信号频率的变换存储器应用数据缓存1用于存储大量数据数据缓冲2实现数据缓冲功能，提高数据吞吐量数据存储3用于存储系统配置信息软处理器应用处理器Nios II1Altera提供的软处理器核控制逻辑2用于控制FPGA的运行数据处理3用于处理复杂的数据逻辑通信应用12高速数据传输协议实现实现高速数据传输，如以太网实现各种通信协议，如TCP/IP3无线通信实现无线通信功能，如蓝牙、Wi-Fi电机控制应用电机控制控制板设计实现电机速度、位置、扭矩控制设计电机控制板，集成FPGA芯片和驱动电路图像处理应用图像采集图像压缩采集图像数据，进行处理压缩图像数据，减少存储空间图像识别识别图像中的目标，如人脸、物体等行业应用案例分享通信领域工业自动化医疗设备高速数据传输、协议实现等电机控制、机器人控制等医学影像处理、诊断设备等课程总结与QA回顾本课程的主要内容，解答学员提出的问题。