《FPGA片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程教學(xué)大綱

1、FPGA片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程教學(xué)大綱課程編號(hào)：081346272課程名稱：FPGA片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)英文名稱：Design of FPGA System on Chip課程類型：專業(yè)課課程要求：選修學(xué)時(shí)/學(xué)分：32/2 （講課學(xué)時(shí)：16 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：16 上機(jī)學(xué)時(shí)：0）適用專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)一、課程性質(zhì)與任務(wù)“FPGA片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)”是計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)以及相關(guān)專業(yè)的選修課。FPGA片上系統(tǒng)技術(shù)采用硬件編程語言完成系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)，是嵌入式系統(tǒng)中硬件開發(fā)的基礎(chǔ)。通過本課程的教學(xué)，使學(xué)生通過學(xué)習(xí)FPGA最小系統(tǒng)外圍電路的設(shè)計(jì)、Verilog HDL基本語法以及Quartus II 基本設(shè)計(jì)流程，具備嵌入式片上系

2、統(tǒng)相關(guān)工程知識(shí)。通過對(duì)IP核的研究設(shè)計(jì)常用的IP核，使學(xué)生具備分析問題核初步設(shè)計(jì)FPGA解決方案的能力。二、課程與其他課程的聯(lián)系先修課程：C語言程序設(shè)計(jì)、電工電子技術(shù)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)、嵌入式系統(tǒng)后續(xù)課程：嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計(jì)、嵌入式應(yīng)用開發(fā)項(xiàng)目實(shí)踐先修課程提供了基礎(chǔ)的硬件理論和編程基礎(chǔ)。后繼課程的項(xiàng)目實(shí)踐在硬件設(shè)計(jì)過程中用到了本課程的FPGA設(shè)計(jì)技術(shù)。三、課程教學(xué)目標(biāo)1了解FPGA發(fā)展的過程；能夠詳細(xì)解釋FPGA常用概念并熟知FPGA所應(yīng)用的領(lǐng)域。（支撐畢業(yè)能力要求1）2熟知FPGA外圍接口設(shè)計(jì)方法，能夠熟練使用FGPA設(shè)計(jì)技巧；具備使用FPGA工具，采用Verilog HDL語言設(shè)計(jì)F

3、PGA系統(tǒng)的能力。（支撐畢業(yè)能力要求2、3）3能夠基于Quartus II 設(shè)計(jì)FPGA系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、并通過分析綜合得到結(jié)論。（支撐畢業(yè)能力要求4）四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配序號(hào)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求學(xué)時(shí)教學(xué)方式對(duì)應(yīng)課程教學(xué)目標(biāo)1一、FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1FPGA技術(shù)的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展方向2FPGA技術(shù)的常用概念3FPGA典型應(yīng)用領(lǐng)域4FPGA芯片選修參考1能夠敘述FPGA發(fā)展方向以及應(yīng)用領(lǐng)域2能夠闡述FPGA技術(shù)常用概念3能夠針對(duì)不同應(yīng)用選擇適當(dāng)FPGA芯片型號(hào)2講授12二、FPGA最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)-核心電路1FPGA最小系統(tǒng)概念2FPGA芯片的管腳兼容性設(shè)計(jì)3FPGA最小系統(tǒng)的存儲(chǔ)接口設(shè)計(jì)4FPGA

4、最小系統(tǒng)調(diào)試流程1能夠熟知FPGA最小系統(tǒng)的概念2能夠闡明FPGA芯片管腳兼容性設(shè)計(jì)方法3能夠闡明FPGA存儲(chǔ)接口設(shè)計(jì)方法4具備調(diào)試FPGA最小系統(tǒng)的能力2講授2、43實(shí)驗(yàn)1Flash 存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)通過實(shí)驗(yàn)掌握FPGA芯片F(xiàn)lash存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)方法2實(shí)驗(yàn)2、3、44實(shí)驗(yàn)2SDRAM存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)通過實(shí)驗(yàn)掌握FPGA芯片SDRAM存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)方法2實(shí)驗(yàn)2、3、45三、FPGA最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)-外圍電路1基礎(chǔ)類外圍接口2顯示類外圍接口3通信類外圍接口4電源、時(shí)鐘和復(fù)位電路1能夠完成基礎(chǔ)類的外圍接口設(shè)計(jì)2能夠完成顯示類接口設(shè)計(jì)3能夠完成通信類外圍接口的設(shè)計(jì)2能夠設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)電源、時(shí)鐘、通信類接口設(shè)計(jì)

5、。2講授2、46實(shí)驗(yàn)3撥碼開關(guān)接口設(shè)計(jì)能夠設(shè)計(jì)撥碼開關(guān)接口2實(shí)驗(yàn)2、3、47實(shí)驗(yàn)4USB20接口設(shè)計(jì)能夠設(shè)計(jì)USB20接口設(shè)計(jì)4實(shí)驗(yàn)2、3、48四、Verilog HDL基本語法1常用運(yùn)算符2賦值語句3系統(tǒng)任務(wù)和函數(shù)4條件語句1能夠熟練使用Verilog HDL語言中的常用運(yùn)算符、賦值語句、條件語句進(jìn)行編程2能夠熟練使用系統(tǒng)任務(wù)和函數(shù)進(jìn)行編程2講授2、4實(shí)驗(yàn)5跑馬燈實(shí)現(xiàn)通過實(shí)驗(yàn)使用Verilog HDL實(shí)現(xiàn)跑馬燈應(yīng)用2實(shí)驗(yàn)2、49五、Quartus II 基本設(shè)計(jì)流程1Quartus II基本使用2設(shè)計(jì)輸入3仿真4編程下載能夠在Quartus II的環(huán)境下進(jìn)行設(shè)計(jì)輸入、仿真并編程下載2講授2、

6、410六、NIOS II設(shè)計(jì)流程1NIOS II軟件開發(fā)流程2NIOS II軟件運(yùn)行與調(diào)試3NIOS II集成開發(fā)環(huán)境與設(shè)計(jì)實(shí)例1熟悉NIOS II軟件的開發(fā)流程2掌握NIOS II的使用方法與調(diào)試方法3通過實(shí)例鞏固N(yùn)IOS II集成開發(fā)環(huán)境的使用方法2講授2、411七、FPGA設(shè)計(jì)實(shí)用技巧-乒乓操作1乒乓操作2流水線操作1能夠采用乒乓操作技巧進(jìn)行設(shè)計(jì)2能夠采用流水線操作方法進(jìn)行設(shè)計(jì)2講授2、412實(shí)驗(yàn)6顯示設(shè)計(jì)中乒乓操作與流水線操作實(shí)際應(yīng)用通過實(shí)驗(yàn)學(xué)會(huì)應(yīng)用乒乓操作與流水線操作方法4實(shí)驗(yàn)2、3、413八、FPGA設(shè)計(jì)常用IP核-鎖相環(huán)1片上存儲(chǔ)器2鎖相環(huán)3高速串行IO1能夠完成常用FPGA I

7、P核的片上存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)2能夠設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)FPGA IP核的鎖相環(huán)3能夠?qū)崿F(xiàn)FPGA IP核的高速串行IO模塊2講授2、4五、其他教學(xué)環(huán)節(jié)（課外教學(xué)環(huán)節(jié)、要求、目標(biāo)）1作業(yè)：（課外8學(xué)時(shí)）（1）第2章作業(yè)（課外2學(xué)時(shí)）（2）第3章作業(yè)（課外2學(xué)時(shí)）（3）第4、5、6章作業(yè)（課外4學(xué)時(shí)）2上機(jī)：（課外8學(xué)時(shí)）（1）FPGA最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)（課外4學(xué)時(shí)），要求掌握FPGA最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路（2）Verilog HDL基本語法（課外4學(xué)時(shí)），要求掌握Verilog HDL基本語法的使用六、教學(xué)方法（1）在教學(xué)方法方面，靈活運(yùn)用多種先進(jìn)教學(xué)方法，通過現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)、結(jié)合實(shí)際產(chǎn)品實(shí)物進(jìn)行教學(xué)，采用傳統(tǒng)教學(xué)手段和現(xiàn)代教育技

8、術(shù)相結(jié)合。（2）強(qiáng)調(diào)理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)并重，重視在實(shí)踐教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐技能和創(chuàng)新能力。（3）有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促進(jìn)學(xué)生的積極思考，激發(fā)學(xué)生的潛能，注重對(duì)學(xué)生知識(shí)運(yùn)用能力的考查。（4）自學(xué)能力和表達(dá)能力的培養(yǎng)：有些章節(jié)內(nèi)容的教學(xué)可由教師列出知識(shí)點(diǎn)，通過學(xué)生自學(xué)和教師提問等方法進(jìn)行培養(yǎng)。（5）實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)：理論知識(shí)的學(xué)習(xí)可以開拓學(xué)生的眼界，通過實(shí)踐可以把抽象的理論知識(shí)理解、掌握得更透徹；通過參加一個(gè)FPGA實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)，運(yùn)用所學(xué)的設(shè)計(jì)理論來指導(dǎo)實(shí)踐，這樣可以進(jìn)一步鞏固所學(xué)的理論知識(shí)，并且在設(shè)計(jì)中充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。七、考核及成績(jī)?cè)u(píng)定方式最終成績(jī)由平時(shí)出勤情況、平時(shí)作業(yè)成績(jī)、平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績(jī)、期末成績(jī)等組合而成。各部分所占比例如下：平時(shí)作業(yè)成績(jī)：10%。主要考核對(duì)主要章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度。平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績(jī)：20%。主要考核學(xué)生實(shí)驗(yàn)情況。期末考試成績(jī)：70%。主要考FPGA偏上系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本內(nèi)容。書面考試形式。題型為、選擇題、填空題、簡(jiǎn)答題、設(shè)計(jì)題等。八、教材及參考書目1教材：1 F余樂，譚元祿P(yáng)GA芯片