描述

這是一個由 5 部分組成的博客，以下是鏈接：

第 1 部分：FPGA 基礎(chǔ)知識

第 2 部分：在 Spartan 6 FPGA 上使用 Xilinx ISE 的組合邏輯

第 3 部分：在 Cyclone-IV FPGA 上使用 Quartus Prime 的順序邏輯

第 4 部分：在 Artix-7 FPGA 上使用 Vivado 的組合邏輯與順序邏輯

第 5 部分：最終項目 - DE0 Nano 開發(fā)板上的 Pong 游戲

本博客介紹了在 Spartan-6 FPGA 上從頭開始實(shí)現(xiàn)全加器，并概述了 Verilog HDL 編程風(fēng)格。

FPGA設(shè)計流程：

我們來看第一步

1. 設(shè)計作品：

FPGA 設(shè)計輸入可以通過兩種方式完成，或者通過代表硬件描述語言的 HDL - 這是最常見的方法，或者通過原理圖輸入，其中可以拖放并將各種塊連接在一起或集成兩者。

我們將通過探索賽靈思 ISE 來討論設(shè)計條目！

Xilinx ISE 入門：

全加器電路（邏輯）

該電路的功能非常簡單，它增加了 3 位并給出了和和進(jìn)位輸出。

全加器真值表：

什么是組合邏輯？

組合邏輯是一種由布爾電路實(shí)現(xiàn)的數(shù)字邏輯，其中輸出僅是當(dāng)前輸入的純函數(shù)，電路不包含任何存儲元件。

硬件描述語言 (HDL)：

有很多 HDL，其中一些非常常用的 HDL 是 Verilog、VHDL、SystemVerilog。幾乎所有 FPGA 供應(yīng)商都支持這些 HDL 進(jìn)行綜合。

讓我們在這個博客中談?wù)?Verilog。Verilog中有3種建模風(fēng)格。

a) 結(jié)構(gòu)：用門來描述邏輯電路的結(jié)構(gòu)，有時也稱為門級建模。

b) 數(shù)據(jù)流：數(shù)據(jù)流建模根據(jù)從輸入到輸出的數(shù)據(jù)流來描述硬件。

c) 行為：這些包含程序語句，用于控制數(shù)據(jù)類型的模擬和操作變量。

a) 使用 Verilog 中的結(jié)構(gòu)建模實(shí)現(xiàn)全加法器：

module Full_Adder (
input A, B, Cin,
output Sum, Cout
);

wire X1, A1, A2;

xor gate1 (X1, A, B),
gate2 (Sum, X1, Cin);

and gate3 (A1, A, B),
gate4 (A2, X1, Cin);

b) 使用 Verilog 中的數(shù)據(jù)流建模實(shí)現(xiàn)全加法器：

module Full_Adder (
input A, B, Cin,
output Sum, Cout
);

assign Sum = ( ( A ^ B ) ^ Cin ); // Sum = A xor B xor Cin
assign Cout = ( ( (A ^ B) & Cin ) | ( A & B ) ); // Carry out as the equation

endmodule

c) 使用 Verilog 中的行為建模實(shí)現(xiàn)全加法器：

module Full_Adder (
input A, B, Cin,
output reg Sum, Cout
);

always @ (A, B, Cin)
begin: add
{Cout,Sum} = A + B + Cin;
end

endmodule

為 FPGA 設(shè)計準(zhǔn)備文件：

一個典型的 FPGA 設(shè)計有兩組文件，一組文件包含指定設(shè)計的所有設(shè)計文件，另一組是約束文件，其中包含設(shè)計的所有約束，例如 FPGA 的時序約束和引腳映射。

保持設(shè)計模塊化是一種很好的做法，以便于開發(fā)和調(diào)試。

top.v 文件（當(dāng) Verilog 用作設(shè)計語言時）用于實(shí)例化層次結(jié)構(gòu)中單個頂層設(shè)計中的所有模塊。

2、設(shè)計綜合：

在 FPGA 綜合過程中，高描述設(shè)計或 HDL 設(shè)計被轉(zhuǎn)換為門級表示或邏輯組件。

現(xiàn)在綜合設(shè)計

綜合完成后，我們需要添加約束文件以將 FPGA 的引腳映射到邏輯元件。

創(chuàng)建一個新源并在選項中選擇約束文件并為其命名。

幾乎所有 FPGA 開發(fā)板供應(yīng)商都提供了一個主約束文件，其中包含所有引腳及其到 FPGA 的映射。

復(fù)制并粘貼項目所需的引腳，例如，用于 Sum 和 Carry 的 2 個 LED，然后是 3 個用于 3 個輸入的開關(guān)。

3、設(shè)計實(shí)現(xiàn)：

現(xiàn)在是實(shí)施設(shè)計的時候了。

實(shí)施工具將網(wǎng)表作為輸入并進(jìn)行優(yōu)化、布局和布線。

4. 設(shè)計驗證：

這是一個簡單的全加器設(shè)計，因此不需要驗證，但這樣做是一個很好的做法。使用 Modelsim 驗證設(shè)計

5. 生成編程文件：

編程文件用于對 FPGA 進(jìn)行編程。該文件包含特定于 FPGA 的設(shè)計實(shí)現(xiàn)的所有信息。

6. 編程：

Xilinx ISE 有一個名為 iMPACT 的特定工具，用于對 FPGA 進(jìn)行編程。

您將收到一條警告，要求您創(chuàng)建 iMPACT 文件，單擊“確定”。然后 iMPACT 工具將打開，然后單擊邊界掃描，然后單擊初始化鏈。

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