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基于FPGA的SOPC實踐教程(含光盤) 版權信息
- ISBN：9787030280244
- 條形碼：9787030280244 ; 978-7-03-028024-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
基于FPGA的SOPC實踐教程(含光盤) 內容簡介
本教材包括三個層次內容：，基礎數字系統的設計。通過對FPGA芯片及相應的開發工具的學習，使讀者對于EDA技術及其相關概念有所了解；結合讀者對數字邏輯電路知識的掌握。第二，綜合數字系統的設計。通過一些實例將FPGA應用于接口、控制、通信等領域。使讀者掌握EDA技術的軟、硬件開發環境及開發方法及FPGA芯片進行外圍接口控制和IP模塊的使用。第三，基于FPGA的嵌入式SOPC系統設計。通過學習Altera公司提供的NiosII軟核處理器，了解SOPC的基本概念和基于FPGA的嵌入式系統的開發方法，掌握SOPC硬件開發工具，軟件調試工具的使用。
基于FPGA的SOPC實踐教程(含光盤) 目錄
目錄
前言
**部分 FPGA設計軟件及工具入門
第1章 概述 1
第2章 常用FPGA開發工具 4
2.1 硬件開發工具Quartus II 8.0 4
2.1.1 Quartus II 8.0簡介 4
2.1.2 Quartus II 8.0設計流程 5
2.1.3 Quartus II設計方法 9
2.1.4 Quartus II功能詳解 11
2.1.5 時序約束與分析 20
2.1.6 設計優化 28
2.1.7 SignalTap II 36
2.1.8 實例講解 40
2.2 ModelSim開發工具 49
2.2.1 ModelSim簡介 50
2.2.2 基本仿真步驟 50
2.2.3 ModelSim各界面介紹 53
2.2.4 ModelSim調試功能 59
2.2.5 實例講解 63
2.3 本章小結 70
第3章 SOPC系統設計入門 71
3.1 SOPC技術簡介 71
3.1.1 SOPC技術的主要特點 71
3.1.2 SOPC技術的實現方式 72
3.1.3 SOPC系統的開發流程 74
3.2 基于SOPC的Nios II處理器設計 74
3.2.1 SOPC Builder功能 75
3.2.2 SOPC Builder組成 77
3.2.3 SOPC Builder組件 81
3.2.4 SOPC Builder應用實例 83
3.3 本章小結 95
第二部分 FPGA實驗
第4章 數字系統基礎實驗設計 96
4.1 編碼器實驗 96
4.2 譯碼器實驗 97
4.3 加法器實驗 99
4.4 乘法器實驗 102
4.5 寄存器實驗 105
4.6 計數器實驗 107
4.7 分頻器實驗 108
4.8 存儲器實驗 111
第5章 數字系統綜合實驗設計 114
5.1 鍵盤掃描輸入實驗 114
5.2 掃描數碼顯示器實驗 116
5.3 點陣顯示實驗 118
5.4 交通燈控制實驗 120
5.5 數字鐘實驗 123
5.6 液晶顯示實驗 125
5.7 PS/2接口實驗 133
5.8 VGA顯示實驗 135
第三部分 基于FPGA的SOPC系統實驗
第6章 SOPC嵌入式系統實驗 139
6.1 流水燈實驗 139
6.2 JTAG UART通信實驗 150
6.3 LCM 顯示實驗 159
6.4 按鍵中斷實驗 162
6.5 計數顯示實驗 168
6.6 串口通信實驗 171
6.7 外部Flash擴展實驗 175
6.8 添加用戶組件外設實驗 181
第四部分 常見問題與常用實驗平臺簡介
第7章 常見問題 191
7.1 Quartus II常見問題 191
7.2 ModelSim常見問題 197
7.3 Nios II 常見問題 199
第8章 FPGA常用綜合實驗平臺 204
8.1 TD-EDA/SOPC綜合實驗平臺簡介 204
8.2 DE2開發板簡介 210
參考文獻 213
前言
**部分 FPGA設計軟件及工具入門
第1章 概述 1
第2章 常用FPGA開發工具 4
2.1 硬件開發工具Quartus II 8.0 4
2.1.1 Quartus II 8.0簡介 4
2.1.2 Quartus II 8.0設計流程 5
2.1.3 Quartus II設計方法 9
2.1.4 Quartus II功能詳解 11
2.1.5 時序約束與分析 20
2.1.6 設計優化 28
2.1.7 SignalTap II 36
2.1.8 實例講解 40
2.2 ModelSim開發工具 49
2.2.1 ModelSim簡介 50
2.2.2 基本仿真步驟 50
2.2.3 ModelSim各界面介紹 53
2.2.4 ModelSim調試功能 59
2.2.5 實例講解 63
2.3 本章小結 70
第3章 SOPC系統設計入門 71
3.1 SOPC技術簡介 71
3.1.1 SOPC技術的主要特點 71
3.1.2 SOPC技術的實現方式 72
3.1.3 SOPC系統的開發流程 74
3.2 基于SOPC的Nios II處理器設計 74
3.2.1 SOPC Builder功能 75
3.2.2 SOPC Builder組成 77
3.2.3 SOPC Builder組件 81
3.2.4 SOPC Builder應用實例 83
3.3 本章小結 95
第二部分 FPGA實驗
第4章 數字系統基礎實驗設計 96
4.1 編碼器實驗 96
4.2 譯碼器實驗 97
4.3 加法器實驗 99
4.4 乘法器實驗 102
4.5 寄存器實驗 105
4.6 計數器實驗 107
4.7 分頻器實驗 108
4.8 存儲器實驗 111
第5章 數字系統綜合實驗設計 114
5.1 鍵盤掃描輸入實驗 114
5.2 掃描數碼顯示器實驗 116
5.3 點陣顯示實驗 118
5.4 交通燈控制實驗 120
5.5 數字鐘實驗 123
5.6 液晶顯示實驗 125
5.7 PS/2接口實驗 133
5.8 VGA顯示實驗 135
第三部分 基于FPGA的SOPC系統實驗
第6章 SOPC嵌入式系統實驗 139
6.1 流水燈實驗 139
6.2 JTAG UART通信實驗 150
6.3 LCM 顯示實驗 159
6.4 按鍵中斷實驗 162
6.5 計數顯示實驗 168
6.6 串口通信實驗 171
6.7 外部Flash擴展實驗 175
6.8 添加用戶組件外設實驗 181
第四部分 常見問題與常用實驗平臺簡介
第7章 常見問題 191
7.1 Quartus II常見問題 191
7.2 ModelSim常見問題 197
7.3 Nios II 常見問題 199
第8章 FPGA常用綜合實驗平臺 204
8.1 TD-EDA/SOPC綜合實驗平臺簡介 204
8.2 DE2開發板簡介 210
參考文獻 213
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基于FPGA的SOPC實踐教程(含光盤) 節選
**部分 FPGA設計軟件及工具入門 第1章 概述 基于FPGA的SOPC系統設計實驗與實踐教程是計算機科學與技術、信息安全、電子信息工程、通信工程、自動化等專業的學生必修的一門專業基礎課。它要求學生掌握數字邏輯的基本理論、基本分析與設計方法，具備用VHDL（或Verilog HDL）語言進行數字邏輯設計的能力，為后續專業課程的學習和今后從事數字系統設計工作打下良好基礎。《基于FPGA的SOPC實踐教程》是一門理論與實踐相結合的教程，目的是提高學生對所學內容的感性認識和對知識點的理解，培養學生分析問題、解決問題的能力。 開設基于FPGA的SOPC實踐課程，可以鞏固、加深和拓寬課堂教學的內容；可以幫助學生更好地了解數字系統設計的思想和方法，熟悉數字系統設計自上而下的層次概念及模塊化的設計思路。隨著電子技術的發展，芯片的復雜程度越來越高，用可編程邏輯器件設計出的數字系統電路，具有簡化系統設計、增強系統可靠性及靈活性的優良性能。可編程技術是當前電子工程設計人員設計數字系統時所采用的先進技術手段，體現了現代EDA電子技術的發展動態，有著較強的實際應用價值。為使學生跟上電子技術的發展步伐，我們將先進的基于FPGA的SOPC系統設計技術引入實驗教學，目的就是讓學生在初步掌握數字系統設計思想和方法的同時，能夠在計算機上使用Quartus II 8.0進行VHDL（或Verilog HDL）語言的編程、編譯，掌握使用專業仿真軟件ModelSim SE 6.0對數字系統進行功能和時序仿真，進一步學習使用SOPC Builder進行嵌入式系統設計。因此實驗就是設計的過程，通過對這些設計軟件平臺和工具的學習與運用，要求學生掌握使用EDA軟件進行數字系統的設計與調試方法；掌握基于VHDL（或Verilog HDL）語言的模塊設計方法；*終學會多種數字系統的分析、設計、電路調試及錯誤排查方法。目的是培養學生在整個實驗過程中耐心、細致的科研作風，鼓勵他們勇于開拓創新；培養學生的實踐動手能力和團隊合作精神，以及分析和解決實際問題的能力。 本書從三個層次來引導讀者學習基于FPGA的SOPC系統設計技術。 **，基礎數字系統的設計。通過對FPGA芯片及相應開發工具的學習，讀者對于EDA技術及其相關概念有所了解；結合讀者對數字邏輯電路知識的掌握，通過具體采用自上而下的設計方法并應用圖形輸入、硬件描述語言等設計手段，來設計、實現一些簡單的數字邏輯及數字系統應用電路，使讀者能初步掌握FPGA芯片的結構、功能以及EDA技術的應用，為后續學習打下基礎。 第二，綜合數字系統的設計。通過一些實例，將FPGA應用于接口、控制、通信等領域，使讀者掌握EDA技術的軟硬件開發環境、開發方法及對FPGA芯片進行外圍接口控制和IP模塊的使用，讓讀者能獨立設計一些實際工作中可能用到的模塊，為更高層次的應用打下基礎。 第三，基于FPGA的嵌入式SOPC系統設計。隨著嵌入式處理器、專用數字器件和DSP算法以IP核的形式嵌入FPGA中，以單片FPGA完成整個嵌入式系統數字部分的設計已經成為現實。此部分教學通過學習Altera公司提供的Nios II軟核處理器，了解SOPC 的基本概念和基于FPGA的嵌入式系統的開發方法，掌握SOPC硬件開發工具、軟件調試工具的使用。 本書強調從基礎、綜合、嵌入式SOPC三個層面講解基于FPGA的設計技術。在實例的安排上，著重突出“應用”和“實用”的原則；在實例的講解上，既介紹了設計原理、基本步驟和流程，也穿插了一些經驗技巧和注意事項，在潛移默化的過程中提高讀者的理論知識和實踐能力。對于有一定基礎的讀者，建議直接從實例部分入手，一邊閱讀一邊實際操作，這樣印象會比較深，效果更好。基礎知識欠缺的讀者請先詳細學習書中基礎部分的理論知識，然后再進行應用實例的學習。在學習中，盡量做到反復理解和演練，以達到融會貫通、舉一反三的功效。特別希望盡量和自己的工作設計聯系起來，以達到“即學即會，學以致用”的*大化境界。 本書對實驗過程中將用到的軟件進行了詳細的實例講解，建議讀者在開始實驗之前先認真學習本書前面的理論知識，并按實例講解進行演練，這將有助于讀者快速掌握設計軟件的使用。 基于FPGA的SOPC系統設計實驗可分為實驗準備、設計調試和實驗結束后的總結分析與書寫實驗報告三個階段。實驗前要認真預習和充分準備，實驗過程中仔細操作并認真記錄，對實驗中出現的故障和問題，要逐級按流程查找，在排除故障和問題的過程中，應對錯誤和問題的現象、查找錯誤的方法、修改后的設計方案等做詳細的分析記錄。為完成好每次實驗任務，學生需要做好以下三方面的工作。 （1）實驗課前必須認真預習，寫出實驗預習報告。 學生根據實驗任務書中的任務，復習相關的理論知識，了解實驗目的、實驗原理、實驗任務及要求、方法、實驗設備，并完成設計任務，寫出預習報告。 （2）實驗課中認真仔細地操作，完成實驗任務。 實驗過程中積極思考、認真操作、互相配合。對實驗中遇到的故障、問題及解決方案，進行分析、總結和歸納。 （3）課后認真進行實驗總結、分析，書寫實驗報告。 對實驗結果進行總結、分析，書寫實驗報告，實驗報告要體現出設計者的設計方法、手段及分析問題和解決問題的能力，還應包含實驗現象及結論。 第2章 常用FPGA開發工具 FPGA開發工具比較多，本章重點對常用開發工具設計軟件Quartus II8.0和專業仿真軟件ModelSim SE 6.0進行詳細介紹。首先介紹設計軟件Quartus II8.0的使用方法。 2.1 硬件開發工具Quartus II8.0 2.1.1 Quartus II8.0簡介 Altera Quartus II8.0設計軟件提供完整的多平臺設計環境，能夠直接滿足特定設計需要，為可編程芯片系統（SOPC）提供全面的設計環境。Quartus II8.0軟件含有FPGA和CPLD所有設計階段的解決方案，圖2.1.1列出了Quartus II8.0的設計流程。 圖2.1.1 Quartus II的設計流程 此外，Quartus II軟件為設計流程的每個階段提供Quartus II圖形用戶界面、EDA工具界面和命令行界面。可以在整個流程中只使用這些界面中的一個，也可以在設計流程的不同階段使用不同界面。本章將對整個設計流程進行介紹，使用戶對Quartus II的使用方法有一定的了解。 2.1.2 Quartus II8.0設計流程 可以使用Quartus II軟件完成設計流程的所有階段，它是一個全面、易用的獨立解決方案。圖2.1.2顯示了Quartus II圖形用戶界面所提供的功能。 圖2.1.2 Quartus II圖形用戶界面所提供的功能 圖2.1.3顯示了首次啟動Quartus II軟件時出現的Quartus II圖形用戶界面。 圖2.1.3 Quartus II圖形用戶界面 Quartus II軟件有一個模塊化編譯器。編譯器包括以下模塊（標有星號的模塊表示在完整編譯時，可根據設置選擇使用）： （1）分析和綜合； （2）分區合并*； （3）適配器； （4）匯編器*； （5）標準時序分析器和TimeQuest時序分析器*； （6）設計助手*； （7）EDA網表寫入器*； （8）HardCopy網表寫入器*。 要將所有的編譯器模塊作為完整編譯的一部分來運行，在Processing菜單中單擊Start Compilation。也可以單獨運行每個模塊，從Processing菜單的Start子菜單中單擊希望啟動的命令。還可以逐步運行一些編譯模塊。 此外，還可以通過選擇Compiler Tool（Processing 菜單），在Compiler Tool窗口（圖2.1.4）中運行該模塊來分別啟動編譯模塊。在Compiler Tool窗口中，可以打開該模塊的設置文件或報告文件，還可以打開其他相關窗口。 Quartus II軟件也提供一些預定義的編譯流程，可以利用Processing菜單中的命令來使用這些流程。 以下步驟描述了使用Quartus II圖形用戶界面的基本設計流程。
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