發現一本很好的FPGA開發全攻略電子書分享給大家學習，下面是封面：
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2018-9-10 18:21 上傳
目錄
前言 2
第一章、為什么工程師要掌握FPGA開發知識？ 5
第二章、FPGA基本知識與發展趨勢 7
2.1 FPGA結構和工作原理 7
2.1.1 夢想成就偉業 7
2.1.2 FPGA結構 8
2.1.3 軟核、硬核以及固核的概念 15
2.1.4 從可編程器件發展看FPGA未來趨勢 15
第三章、FPGA主要供應商與產品 17
3.1.1 賽靈思主要產品介紹 17
第四章、FPGA開發基本流程 29
4.1 典型FPGA開發流程與注意事項 29
4.2 基于FPGA的SOC設計方法 32
基于FPGA的典型SOC開發流程為 32
第五章、FPGA實戰開發技巧 33
5.1 FPGA器件選型常識 33
5.1.1器件的供貨渠道和開發工具的支持 33
5.1.2 器件的硬件資源 33
5.1.3 電氣接口標準 34
5.1.4 器件的速度等級 35
5.1.5 器件的溫度等級 35
5.1.6 器件的封裝 35
5.1.7 器件的價格 35
5.2 如何進行FPGA設計早期系統規劃 36
5.3．綜合和仿真技巧 37
5.3.1 綜合工具XST的使用 37
5.3.2 基于ISE的仿真 42
5.3.3 和FPGA接口相關的設置以及時序分析 45
5.3.4 綜合高手揭秘XST的11個技巧 51
5.4 大規模設計帶來的綜合和布線問題 52
5.5 FPGA相關電路設計知識 54FPGA開發全攻略—工程師創新設計寶典 上冊 基礎篇
5.5.1 配置電路 54
5.5.2 主串模式——最常用的FPGA配置模式 56
5.5.3 SPI串行Flash配置模式 58
5.5.4 從串配置模式 62
5.5.5 JTAG配置模式 63
5.5.6 System ACE配置方案 64
5.6 大規模設計的調試經驗 68
5.6.1 ChipScope Pro組件應用實例 68
5.7 FPGA設計的IP和算法應用 74
5.7.1 IP核綜述 74
5.7.2 FFT IP核應用示例 75
5.8 賽靈思 FPGA的專用HDL開發技巧 79
5.8.1 賽靈思 FPGA的體系結構特點 79
5.8.2 賽靈思 FPGA 芯片專用代碼風格 79
ISE與EDK開發技巧之時序篇 83
5.10 新一代開發工具ISE Design Suit10.1介紹 85
5.10.1 ISE Design Suit10.1綜述 85
5.10.2 ISE Design Suit 10.1的創新特性 85
5.11 ISE與第三方軟件的配合使用技巧 92
5.11.1 Synplify Pro軟件的使用 92
5.11.2 ModelSim軟件的使用 99
5.11.3 Synplify Pro、ModelSim和ISE的聯合開發流程 104
5.11.4 ISE與MATLAB的聯合使用 105
5.12 征服FPGA低功耗設計的三個挑戰 108
5.13 高手之路——FPGA設計開發中的進階路線 111
附錄一、FPGA開發資源總匯 112
附錄二、編委信息與后記 113
附錄三、版權聲明 114
第一章、為什么工程師要掌握FPGA開發知識？
作者：張國斌、田耘
2008 年年初，某著名嵌入式系統 IT 公司為了幫助其產品售后工程師和在線技術支持工程師更好的理解其 產品，舉行了 ASIC/FPGA 基礎專場培訓．由于后者因為保密制度而只能接觸到板級電路圖和 LAYOUT，同時 因 ASIC/FPGA 都是典型的 SoC 應用，通常只是將 ASIC/FPGA 當作黑盒來理解，其猜測性讀圖造成公司與外部 及公司內部大量的無效溝通．培訓結束后 , 參與者紛紛表示 ASIC/FPGA 的白盒式剖析極大提高了對產品的理解， 有效解決了合作伙伴和客戶端理解偏異性問題，參加培訓的工程師小 L 表示 ：“FPGA 同時擁有強大的處理功能 和完全的設計自由度，以致于它的行業對手 ASIC 的設計者在做 wafer fabrication 之前 , 也大量使用 FPGA 來做 整個系統的板級仿真，學習 FPGA 開發知識不但提升了我們的服務質量從個人角度講也提升了自己的價值�！�
實際上，小 L 只是中國數十萬 FPGA 開發工程師中一個縮影，目前，隨著 FPGA 從可編程邏輯芯片升級為 可編程系統級芯片，其在電路中的角色已經從最初的邏輯膠合延伸到數字信號處理、接口、高密度運算等更廣 闊的范圍，應用領域也從通信延伸到消費電子、汽車電子、工業控制、醫療電子等更多領域，現在，大批其他 領域的工程師也像小 L 一樣加入到 FPGA 學習應用大軍中。未來，隨著 FPGA 把更多的硬核如 PowerPC™ 處 理器等集成進來，以及采用新的工藝將存儲單元集成，FPGA 越來越成為一種融合處理、存儲、接口于一體的 超級芯片，“FPGA 會成為一種板級芯片，未來的電子產品可以通過配置 FPGA 來實現功能的升級，實際上，某 些通信設備廠商已經在嘗試這樣做了�！辟愳`思公司全球資深副總裁湯立人這樣指出�？梢韵胂�，未來，FPGA 開發能力對工程師而言將成為類似 C 語言的基礎能力之一，面對這樣的發展趨勢，你還能簡單地將 FPGA 當成 一種邏輯器件嗎？還能對 FPGA 的發展無動于衷嗎？
電子產品設計趨勢的變化
自電子產品誕生之日起，電子產品開發流程和方法就隨著電子元器件的不斷演進而變化，從最早的電子管 器件到晶體管再到集成電路，工程師在設計產品時，所采用的工具和方法都有所不同，但是總的來說貫穿電子 設計的統一思路是 ：使用印刷電路板上的分立、現成元件、連接器或 IC 創建物理平臺實現所需要的功能。例如， 在 60 年代，如果要設計一個收音機，工程師必須通過在 PCB 板上通過晶體管、電阻、電容、電感、電線、濾 波器、二極管等電路搭建出一個物理平臺，實現對 RF 信號的調諧、濾波、放大等，最后實現收音機的功能。集 成電路出現以后，一些分立器件被集成到一顆芯片上，但是總的設計思路沒有變化，還是要在一個 PCB 板上通 過無源器件和 IC 搭建出一個物理平臺，實現信號的接收、處理和輸出。但是，隨著 FPGA 等可編程器件的誕生， 設計思路正發生著微妙的變化——隨著更多功能從分立器件移到可編程領域，各種不同的設計流程交匯到了一 起。現在，有效的電子設計是將板卡設計、可編程邏輯設計和軟件開發融合在一起，未來，隨著 FPGA 融合處 理、存儲于一體，板卡設計將融合進可編程邏輯設計中，電子產品設計將演變為可編程邏輯設計和嵌入式軟件 設計，那時，電子設計將更體現一種“軟”設計，一種通過開發語言和工具實現的設計，而 FPGA 將成為這種
“軟”設計的載體，以 FPGA 形式存在的低成本、大規模可編程器件可以隨時隨地獲得，這使設計者有可能將所
有系統核心功能都轉移到軟設計中，并利用這種設計的優勢。 這些“軟”設計優勢包括：更容易保護系統功能使其不被仿制或逆向工程，編程到設計中的“軟”元素容易更新，
使設計過程更具連續性。好的工具所設計的軟設計不依賴于事先指定的硬件平臺。而且，設計可以在最終硬件 平臺內繼續進行，即使產品已經移交客戶也仍然可行。即“軟”設計將成為電子設計的發展方向。
另一點，現今及未來的電子產品都在追求智能化和個性化，智能化只能通過軟件來實現，個性化呢，需要 工程師簡單地修改就可體現不同的特色，另外也需要保護自己的設計不被仿制，要做到這點，也需要可編程器件。
每個工程師都希望自的產品永遠與眾不同。與眾不同就是要讓產品與競爭產品不一樣，讓購買者選擇你的 產品而不選擇競爭對手的產品。但是，怎么樣才能在日益全球化的市場中保持與眾不同呢？
不要再指望在硬件上能達到目的，因為現在幾乎每個人都能獲得同樣的芯片。當現有物理硬件中實現的任 何功能受到市場的歡迎的同時，大量的仿制就出現了。
所以要將產品的區別建立在編程器件智能上，保護有價值的 IP，并且使競爭對手很難對其進行逆向工程。 而且，即使硬件已經制造出來，產品仍可以通過“軟”設計進行創新并為產品增值，產品的成功就有了保障。 而這些，都離不開可編程器件。可編程器件是實現“軟”設計的保障和載體。
電子設計工程師設計方法和設計內容在不斷變化
電子設計工程師的設計方法和內容其實也在一直變化，電子管時代，設計工程師要掌握電子管的性能和設 計要點，晶體管時代，設計工程師要熟悉跟中電路的作用和搭建，集成電路誕生以后，設計工程師要熟悉 IC 管 腳的作用和功能，而設計工具從最早的草稿圖、軟件輔助設計也發展到電子設計自動化工具 (EDA 軟件 )，以 FPGA 為代表的可編程器件誕生后，設計工程師不但要設計硬件電路更要熟悉 HDL、Verilog 等 IC 設計語言，此外， 還要熟悉接口、數字信號處理、算法、EDA 設計方法學等等，電子工程師要學習的知識日益增多。
未來的硬件工程師是什么樣的？
那么，未來的的硬件設計工程師是什么樣的？或者說未來的硬件設計工程是怎樣的？而已這樣說 ：以 VHDL 或者 Verilog 語言來表達設計意圖、以 FPGA 做為硬件載體、以計算機為設計開發工具，以 EDA 軟件為 開發環境、以 SoC、IP 等為綜合設計的方法，已經成為硬件設計工程的主要特征。可以預見，FPGA 將成為未 來的硬件工程師必用的設計元素之一。
另外，FPGA 在應用中的其他顯著優勢是可以減少 BOM 整合多個分立的數字器件 ( 例如一個很小很便宜的 CPLD 可以替換好幾個 74 系列芯片 )、降低 PCB 布線難度 (MGT/GTP 等串行收發器將原本與需要三五十條線并 行數據線替換為少量的串行線路 )、可定制性 ( 可以自己寫代碼來支持非標準的接口 )，可擴展性 ( 可編程易修 改方便升級 )、加速面市時間 ( 只需關心功能實現，不需要再花時間制成專用 IC) 等，這樣 FPGA 帶給設計的公 司的好處已經不是從成本體現了，它可以大幅度提升開發的效率！
綜上所述，我們就明白為什么工程師要掌握 FPGA 開發知識了，希望本書有助于大家了解和掌握 FPGA 開發。
第二章、FPGA基本知識與發展趨勢
FPGA 是英文 Field Programmable Gate Array 的縮寫，即現場可編程門陣列，它是在 PAL、GAL、CPLD 等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作為專用集成電路 (ASIC) 領域中的一種半定制電路而出現的， 既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。它是當今數字系統設計的主要硬件 平臺，其主要特點就是完全由用戶通過軟件進行配置和編程，從而完成某種特定的功能，且可以反復擦寫。在 修改和升級時，不需額外地改變 PCB 電路板，只是在計算機上修改和更新程序，使硬件設計工作成為軟件開發 工作，縮短了系統設計的周期，提高了實現的靈活性并降低了成本，因此獲得了廣大硬件工程師的青睞。
2.1 FPGA 結構和工作原理
2.1.1 夢想成就偉業
1984 年，在硅谷工作的 Bernie Vonderschmitt、Ross Freeman 和 Jim Barnett 共同構建了一個設想，他們 夢想創立一家不同于一般的公司。他們希望創建一家在整個新領域內開發和推出先進技術的公司。并且，他們 還希望以這種方式領導它 ：在這里工作的人們熱愛他們的工作、享受工作的樂趣，并對他們所從事的工作著迷。
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