Xilinx-2010電子設計競賽培訓(第一部分)

何賓Tel：

版權所有，禁止未經授權的商業(yè)使用行為北京中教儀裝備技術

培訓內容北京中教儀裝備技術介紹Xilinx公司介紹Xilinx公司產品概述Xilinx公司軟件平臺介紹Xilinx公司ISE10.1軟件介紹EXCD-1硬件開發(fā)平臺介紹基于HDL、IP核和原理圖的設計輸入和實現PicoBlaze8位嵌入式微控制器原理和設計實現Xilinx片上可編程系統(tǒng)原理介紹基于EDK10.1和MicroBlaze32位軟核處理器的設計實現3高等教育出版社實驗課程研發(fā)中心

--北京中教儀裝備技術介紹概述Aboutus部門定位Mission主營業(yè)務MainBusiness開展特色Features開展愿景Expectation4隸屬于高等教育出版社在教育部的部署下，高等教育出版社為了提供優(yōu)質的教育裝備集成資源，成立實驗課程研發(fā)中心。中心下轄北京中教儀裝備技術,與中國教學儀器總公司共同構成了高教社的教學儀器板塊。中心擁有一支以博、碩士為骨干的專業(yè)研發(fā)團隊，秉承“教學設計引導教育裝備”的開展理念，致力于開發(fā)和制造符合先進教學理念的教育裝備和相關資源，注重實訓與崗位接軌、理實一體化的教學理念，打造優(yōu)秀教學設計成果的轉化平臺，為國內外高等院校提供優(yōu)質的實驗〔實訓〕教學整體解決方案。高等教育出版社實驗課程研發(fā)中心

--北京中教儀裝備技術概述5實驗〔實訓〕教學儀器提供者實驗〔實訓〕教學咨詢和效勞提供者實驗〔實訓〕教學整體集成方案的提供者高等教育出版社實驗課程研發(fā)中心

--北京中教儀裝備技術定位6高等教育出版社課程研發(fā)中心

--主營業(yè)務Mainbusiness教材

Textbook多媒體課件

MultimediaCourseware弱電類實驗裝置實驗室管理軟件

LabmanagementSoftware培訓/實訓

Training強電類實訓裝置實驗〔實訓〕課程教學整體解決方案

IntegratedSolutionforexperimental&practicalteaching7高等教育出版社課程研發(fā)中心

--產品結構ProductionStructure模塊化教學儀器設計Modulardidacticdesign模塊化指導書和相關資源Modularteachingtextbookandassociatedmeterail網絡平臺構成再學習體系

Buildingarelearnsystemthroughnetworkplatform創(chuàng)新意識、探究性、自主性

Innovativeinquiringself-determinatingconsciousness獨立成冊，隨意組合，即時印刷，與國家資源庫接軌independentVolumecanbecombinedfreelyandcanbeprintedontime跟蹤教學開展方向，符合學校多層面需求Tracingthetrendofteachingevolutiontofulfillthedemandofuniversityandcolledge提供培訓和競賽使用的硬件平臺EXCD-1提供SOC實驗室解決方案 ——EXCD-1開發(fā)板+SOC實驗箱

高等教育出版社課程研發(fā)中心

--北京中教儀裝備技術高等教育出版社課程研發(fā)中心

--基于XilinxPSOC實驗室解決方案用于競賽用于實驗室培訓EXCD-1開發(fā)板+SOC實驗箱高等教育出版社課程研發(fā)中心

--基于XilinxPSOC實驗室解決方案德式簡潔架構，雙層結構，盒蓋可放置在底部做為收納盒。高等教育出版社課程研發(fā)中心

--基于XilinxPSOC實驗室解決方案數字脈沖源電源:+5V/3A,-5V/1A,+3.3V/3A點陣LCM12864單通道并行ADC單通道并行DAC步進電機模塊4*4矩陣鍵盤蜂鳴器MP3播放模塊紅外收發(fā)通訊UART通訊交通燈模塊USB模塊網絡10M/100M溫度傳感器日歷時鐘模塊資源豐富EXCD-1開發(fā)板主要基于XilinxSpartan3EFPGA器件XC3S500E-PQ208，板上含有2Mbytes的Flash和1024Kbytes的SRAM，以及各種輸入輸出設備?；谠摪蹇梢栽O計具有各種功能的數字系統(tǒng)，并可以完成含有8位PicoBlaze微控制器和MicroBlaze7.0軟核的嵌入式處理器系統(tǒng)。高等教育出版社課程研發(fā)中心

--基于XilinxPSOC實驗室解決方案Xilinx公司介紹

--公司起源1984年在硅谷工作的2個聰明的工程師和1個營銷主管作了一個夢。BernieVonderschmitt、RossFreeman和JimBarnett夢想創(chuàng)立一家不同于一般的公司。他們希望創(chuàng)立一家公司來為一個全新的領域開發(fā)和推出先進技術。他們還希望以下面這種方式來領導它：在這里工作的人們熱愛他們的工作、享受工作帶來的樂趣，并且對他們所從事的工作著迷。新型半導體〔現稱為現場可編程門陣列〕由Xilinx共同創(chuàng)始人RossFreeman創(chuàng)造，是一種全新的可編程邏輯。Xilinx公司介紹

--主要開展例程1984年RossFreeman、BernieVonderschmitt和JimBarnett創(chuàng)立了Xilinx。1985年Xilinx推出了它的第一款產品-XC2064。1991年推出XC4000?系列FPGA。1998年推出Virtex??FPGA系列。2002年推出CoolRunner-II系列產品。2003年推出Spartan??-3系列產品。2006年Xilinx推出業(yè)內首款帶有Virtex-5系列的65nmFPGA-業(yè)內性能最高的FPGA。2009年Xilinx推出2款新一代FPGA系列產品，用以實現新型目標設計平臺。Xilinx公司介紹

--市場份額

Xilinx是世界可編程平臺領導廠商，在2009年實現了17億美元的收入，占半導體行業(yè)可編程邏輯器件(PLD)部門50%以上的市場份額，超過其競爭對手占有率的總和。Xilinx公司介紹

--大學方案XUPXilinx大學方案部大中華區(qū)經理謝凱年E_mail:Xilinx公司介紹

--兩個最近令業(yè)界興奮的消息1.ARM公司2009年底宣布和Xilinx公司合作。2.2010年初，Xilinx宣布將采用28nm的工藝。建立在臺灣半導體制造(TSMC)和三星(Samsung)代工高性能低功耗高介電層/金屬閘(high-kmetalgate)28納米工藝技術之上的技術的初始器件將于2010年第四季度上市，并將于同年6月提供ISE設計套件初期工具支持。Xilinx公司產品概述

--應用領域Xilinx解決方案在大量終端市場上實現了世界上最具創(chuàng)新意義的應用：航空航天/軍用產品汽車播送消費類數據處理/存儲工業(yè)/科技/醫(yī)療〔ISM〕有線無線Xilinx公司產品概述

--CPLD產品CPLD產品目前有兩大類:CoolRunner系列XC9500系列CoolRunner-IICoolRunnerXPLA3XC9500XC9500XLXilinx公司產品概述

--CPLD產品的內部結構Xilinx公司產品概述

--FPGA產品Xilinx公司目前有兩大類FPGA產品:Spartan系列:面向低本錢的中低端應用，是目前業(yè)界本錢最低的一類FPGA；Virtex系列:面向高端應用，屬于業(yè)界頂級產品。這兩個系列的差異僅限于芯片的規(guī)模和專用模塊上，都采用了先進的0.13um、90nm、65nm、40nm制造工藝，具有相同的卓越品質。Spartan系列是Virtex系列的簡化版本。Xilinx公司產品概述

---FPGA產品-Spartan系列Spartan系列目前主流的芯片包括:Spartan-2，Spartan-2E，Spartan-3，Spartan-3A，Spartan-3E，Spartan-6等種類。1〕Spartan-2最高可達20萬系統(tǒng)門；2〕Spartan-2E最高可達60萬系統(tǒng)門；3〕Spartan-3最高可達500萬門；4〕Spartan-3A和Spartan-3E不僅系統(tǒng)門數更大，還增強了大量的內嵌專用乘法器和專用塊RAM資源，具備實現復雜數字信號處理和片上可編程系統(tǒng)的能力。5〕Spartan-6系列的FPGA是Xilinx公司于2009年推出的新一代的FPGA芯片，該系列的芯片功耗低，容量大。Xilinx公司產品概述

---FPGA產品Virtex系列Virtex系列是Xilinx的高端產品，也是業(yè)界的頂級產品，Xilinx公司正是憑借Vitex系列產品贏得市場，從而獲得FPGA供給商領頭羊的地位?？梢哉fXilinx以其Virtex-6、Virtex-5、Virtex-4、Virtex-IIPro和Virtex-II系列FPGA產品引領現場可編程門陣列行業(yè)。目前的主流芯片包括：Vitrex-2、Virtex-2Pro、Virtex-4、Virtex-5、Virtex-6等種類。Xilinx公司產品概述

--FPGA原理〔查找表技術〕也稱為函數發(fā)生器(Functiongenerator,FG)其功能被輸入的數目限制，而不是被復雜性所限；貫穿LUT的時延是固定的；ABCDZ000000001000100001110100101011...11000110101110011111CombinatorialLogicABCDZXilinx公司產品概述

---FPGA內部結構FPGA芯片主要由6局部完成，分別為：1)可編程輸入輸出單元；2)根本可編程邏輯單元；3)完整的時鐘管理；4)嵌入塊式RAM；5)豐富的布線資源；6)內嵌的底層功能單元和專用硬件模塊；Xilinx公司產品概述

---FPGA內部結構Virtex?-II結構核電壓1.5V

塊BRAM資源I/O塊

(IOBs)可配置的邏輯塊(CLBs)時鐘管理

(DCM,BUFGMUX)專用乘法器可編程的互聯(lián)線Xilinx公司產品概述

---FPGA內部結構CLB是FPGA內的根本邏輯單元。CLB的實際數量和特性會依器件的不同而不同，但是每個CLB都包含：一個可配置開關矩陣，此矩陣由4或6個輸入、一些選型電路〔多路復用器等〕和觸發(fā)器組成。開關矩陣是高度靈活的，可以對其進行配置以便處理組合邏輯、移位存放器或RAM。在Xilinx公司的FPGA器件中，CLB由多個〔一般為4個或2個〕相同的Slice和附加邏輯構成。Xilinx公司產品概述

---FPGA內部結構

每個CLB模塊不僅可以用于實現組合邏輯、時序邏輯，還可以配置為分布式RAM和分布式ROM。本地布線CINSwitchMatrixBUFTBUFTCOUTCOUTSliceS0SliceS1本地布線SliceS2SliceS3CINSHIFTVirtex-IICLB包含4個slicesXilinx公司產品概述

---FPGA內部結構典型的4輸入Slice結構示意圖〔Virtex-II〕Xilinx公司產品概述

-FPGA內部結構Xilinx公司產品概述

---FPGA內部結構〔復用邏輯〕專用的Mux提供了slices和LUTs之間的連接F5F8F5F6CLBSliceS3SliceS2SliceS0SliceS1F5F7F5F6MUXF8連接兩個MUXF7輸出(來自上面或下面的CLB)MUXF6連接SliceS2和S3MUXF7連接兩個MUXF6輸出MUXF6連接slicesS0和S1MUXF5連接Slice內的LUTXilinx公司產品概述

---FPGA內部結構〔IO塊〕輸入通道：兩個DDR存放器輸出通道：兩個DDR存放器兩個三態(tài)使能

DDR復用器獨立的時鐘和時鐘使能，用于I和O共享置位和復位信號RegRegDDRMUX3-stateOCK1OCK2RegRegDDRMUXOutputOCK1OCK2PADRegRegInputICK1ICK2IOBXilinx公司產品概述

---FPGA內部結構〔專用BRAM〕最大3.5Mb同步的讀/寫真正的雙端口RAM每個端口有同步讀/寫功能每個端口有不同的時鐘〔可配置〕支持初始化值對輸出鎖存器的同步復位支持奇偶校驗每8位一個奇偶校驗位與嵌入式的專用乘法器相鄰用于快速的乘-累加操作DIADIPAADDRAWEAENASSRACLKADIBDIPBWEBADDRBENBSSRBDOACLKBDOPADOPBDOB18-kbblockSelectRAMmemoryXilinx公司產品概述

---FPGA新結構Virtex-4系列的FPGA采用了高級硅模組(AdvancedSiliconModularBlock,ASMBL)架構。ASMBL通過使用獨特的基于列的結構，實現了支持多專門領域應用平臺的概念。每列代表一個具有專門功能的硅子系統(tǒng)，如邏輯資源、存儲器、I/O、DSP、處理、硬IP和混合信號等。Xilinx公司通過組合不同功能列，組裝成面向特定應用類別的專門領域FPGA〔與專用不同，專用是指一項單一應用〕。Xilinx公司產品概述

--Virtex-4結構1GbpsSelectIO?

ChipSync?源同步技術,

XCITE活動的端接智能RAM新的BRAM/FIFOXesium時鐘技術500MHz帶APU接口的PowerPC?405

450MHz,680

DMIPS三模式以太網MAC

10/100/1000MbpsRocketIO多吉比特接收、發(fā)送器

622Mbps–10.3GbpsXtremeDSP?技術Slices

25618x18GMACs

高級CLBs

200K邏輯單元Xilinx公司產品概述

---Virtex-5結構550MHz時鐘管理單元（帶DCM和PLL)三模式10/100/1000Mbps以太網MACs新一代PowerPC?嵌入式處理器帶ChipSync技術和XCITEDCI的SelectIORocketIO?接收/發(fā)送器選項低功耗GTP:最大到3.75Gbps高性能的GTX:最大到6.5GbpsPCIExpress?

端節(jié)點模塊最高級的高性能真正的6輸入LUT邏輯結構高級配置選項36Kbit雙口RAM/FIFO(帶集成的ECC)帶有集成ALU的25x18DSPSlice新的擴展的帶內建ADC的系統(tǒng)監(jiān)控功能Xilinx公司產品概述

---PROM產品Xilinx公司的PlatformFlashPROM能為所有型號的XilinxFPGA提供非易失性存儲。全系列PROM的容量范圍為1Mbit到32Mbit，兼容任何一款Xilinx的FPGA芯片，具備完整的工業(yè)溫度特性，支持IEEE1149.1所定義的JTAG邊界掃描協(xié)議。

PROM芯片可以分成3.3V核電壓的系列和1.8V核電壓的系列兩大類。Xilinx公司產品概述

---PROM產品串行配置并行配置Xilinx公司軟件平臺介紹

--開發(fā)工具ISEDesignSuite涉及了FPGA設計的各個應用方面，包括邏輯開發(fā)、數字信號處理系統(tǒng)以及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)等FPGA開發(fā)的主要應用領域，主要包括1〕ISEFoundation：集成開發(fā)工具2〕EDK：嵌入式開發(fā)套件3〕DSP_TOOLs：數字信號處理開發(fā)工具4〕ChipScopePro：在線邏輯分析儀工具5〕PlanAhead：用于布局和布線等設計分析工具Xilinx公司軟件平臺介紹

--軟件組成集成開發(fā)環(huán)境數字信號處理開發(fā)工具在線邏輯分析儀工具片上系統(tǒng)開發(fā)

布局布線工具Xilinx公司軟件平臺介紹

--ISEFoundation軟件

ISEFoundation軟件是Xilinx公司推出的FPGA/CPLD集成開發(fā)環(huán)境，不僅包括邏輯設計所需的一切，還具有簡便易用的內置式工具和向導，使得I/O分配、功耗分析、時序驅動設計收斂、HDL仿真等關鍵步驟變得容易而直觀。Xilinx公司軟件平臺介紹

--EDK軟件EDK是Xilinx公司推出的FPGA嵌入式開發(fā)工具，包括嵌入式硬件平臺開發(fā)工具〔PlatformStudio〕、嵌入式軟件開發(fā)工具〔PlatformStudioSDK〕、嵌入式IBMPowerPC硬件處理器核、XilinxMicroBlaze軟處理器核、開發(fā)所需的技術文檔和IP，為設計嵌入式可編程系統(tǒng)提供了全面的解決方案。EDK10.1版還包括了最新的IP內核以優(yōu)化系統(tǒng)設計。同時還包括了SPI、DDR2/DMA/PS2和支持SGMII的三模式以太網MAC等外設，FlexrayTM外設選項，以及用于DMA的PCIExpress驅動支持。Xilinx公司軟件平臺介紹

--DSP_Tools軟件Xilinx公司推出了簡化FPGA數字處理系統(tǒng)的集成開發(fā)工具DSPTools，快速、簡易地將DSP系統(tǒng)的抽象算法轉化成可綜合的、可靠的硬件系統(tǒng)，為DSP設計者掃清了編程的障礙。DSPTools主要包括SystemGenetator和AccelDSP兩局部，前者和Mathworks公司的Simulink實現無縫鏈接，后者主要針對c/.m語言。Xilinx公司軟件平臺介紹

--ChipScopePro軟件Xilinx公司推出了在線邏輯分析儀，通過軟件方式為用戶提供穩(wěn)定和方便的解決方案。該在線邏輯分析儀不僅具有邏輯分析儀的功能，而且本錢低廉、操作簡單，因此具有極高的實用價值。ChipScopePro既可以獨立使用，也可以在ISE集成環(huán)境中使用，非常靈活，為用戶提供方便和穩(wěn)定的邏輯分析解決方案，支持Spartan和Virtex全系列FPGA芯片。ChipScopePro將邏輯分析器?？偩€分析器和虛擬I/O小型軟件核直接插入到用戶的設計當中，可以直接查看任何內部信號和節(jié)點，包括嵌入式硬或軟處理器。Xilinx公司軟件平臺介紹

--PlanAhead軟件PlanAhead工具簡化了綜合與布局布線之間的設計步驟，能夠將大型設方案分成較小的、更易于管理的模塊，并集中精力優(yōu)化各個模塊。此外，還提供了一個直觀的環(huán)境，為用戶設計提供原理圖、平面布局規(guī)劃或器件圖，可快速確定和改進設計的層次，以便獲得更好的結果和更有效地使用資源，從而獲得最正確的性能和更高的利用率，極大地提升了整個設計的性能和質量。Xilinx公司ISE10.1軟件介紹

--ISE主界面Xilinx公司ISE10.1軟件介紹

--主要功能ISE的主要功能包括設計輸入、綜合、仿真、實現和下載，涵蓋了可編程邏輯器件開發(fā)的全過程，從功能上講，完成CPLD/FPGA的設計流程無需借助任何第三方EDA軟件。下面簡要說明各功能的作用：1、設計輸入：ISE提供的設計輸入工具包括用于HDL代碼輸入和查看報告的ISE文本編輯器〔TheISETextEditor〕，用于原理圖編輯的工具ECS〔TheEngineeringCaptureSystem〕，用于生成IPCore的CoreGenerator，用于狀態(tài)機設計的StateCAD以及用于約束文件編輯的ConstraintEditor等。Xilinx公司ISE10.1軟件介紹

--主要功能2、綜合：ISE的綜合工具不但包含了Xilinx自身提供的綜合工具XST，同時還可以內嵌MentorGraphics公司的LeonardoSpectrum和Synplicity公司的Synplify，實現無縫鏈接。

3、仿真：ISE本身自帶了一個具有圖形化波形編輯功能的仿真工具HDLBencher，同時又提供了使用ModelTech公司的Modelsim進行仿真的接口。Xilinx公司ISE10.1軟件介紹

--主要功能4、實現：此功能包括了翻譯、映射、布局布線等，還具備時序分析、管腳指定以及增量設計等高級功能。

5、下載：下載功能包括了BitGen，用于將布局布線后的設計文件轉換為位流文件，還包括了IMPACT，功能是進行芯片配置和通信，控制將程序燒寫到FPGA芯片中去。Xilinx公司ISE10.1軟件介紹

--ISE主界面窗口功能概述1〕左上角的窗口是源文件窗口，設計工程所包括的文件以分層的形式列出。2〕在該子窗口的下面是處理窗口，該窗口描述的是對于選定的設計文件可以使用的處理流程。3〕在ISE主界面最下面是腳本窗口，在該窗口中顯示了消息、錯誤和警告的狀態(tài)。同時還有Tcl腳本的交互和文件中查找的功能。4〕在ISE的右上角是多文檔的窗口，在該窗口可以查看html的報告，ASCII碼文件、原理圖和仿真波形。通過選擇View->RestoreDefaultLayout可以恢復界面的原始設置。Xilinx公司ISE10.1軟件介紹

--源文件(source〕子窗口這個窗口有三個標簽：源〔Source〕、Snapshots〔快照〕、Library〔庫〕。源標簽內顯示工程名、指定的芯片和設計相關文檔。在設計視圖的每一個文件都有一個相關的圖標，這個圖標顯示的是文件的類型〔HDL文件、原理圖、IP核和文本文件〕?！?’表示該設計文件包含了更低層次的設計模塊。標簽內顯示的是目前所翻開文件快照。一個快照是在該工程里所有文件的一個拷貝。通過該標簽可以觀察報告、用戶文檔和源文件。該標簽下所有的信息只讀。庫標簽內顯示與當前工程相關的庫。Xilinx公司ISE10.1軟件介紹

--處理(process〕子窗口在該窗口只有一個處理標簽。該標簽有以下功能：添加已有文件；創(chuàng)立新文件；觀察設計總結〔訪問符號產生工具，例化模板，觀察命令行歷史和仿真庫編輯〕；用戶約束文件〔訪問和編輯位置和時序約束〕；綜合〔檢查語法、綜合、觀察RTL和綜合報告〕；設計實現〔訪問實現工具，設計流程報告和其它一些工具〕；產生可編程文件〔訪問配置工具和產生比特流文件〕。Xilinx公司ISE10.1軟件介紹

--腳本〔transcript〕子窗口

腳本子窗口有5個默認標簽:Console，error，warnings，Tclshell，findinfile。

Console標簽顯示錯誤、警告和信息。X表示錯誤，！表示警告。

Warning標簽只顯示警告消息。

Error標簽只顯示錯誤消息。

Tclshell標簽是與設計人員的交互控制臺。除了顯示錯誤、警告和信息外，還允許輸入ISE特定命令。

Findinfile標簽顯示的是選擇Edit>FindinFile操作后的查詢結果。Xilinx公司ISE10.1軟件介紹

--工作區(qū)〔Workspace〕子窗口工作區(qū)子窗口提供了設計總結、文本編輯器、ISE仿真器/波形編輯器、原理圖編輯器功能。設計總結提供了關