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 開發板上的 Pong 游戲

本博客介紹了在 Spartan-6 FPGA 上從頭開始實現全加器，并概述了 Verilog HDL 編程風格。

FPGA設計流程：

我們來看第一步

1. 設計作品：

FPGA 設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現的數字邏輯，其中輸出僅是當前輸入的純函數，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 供應商都支持這些 HDL 進行綜合。

讓我們在這個博客中談談 Verilog。Verilog中有3種建模風格。

a) 結構：用門來描述邏輯電路的結構，有時也稱為門級建模。

b) 數據流：數據流建模根據從輸入到輸出的數據流來描述硬件。

c) 行為：這些包含程序語句，用于控制數據類型的模擬和操作變量。

a) 使用 Verilog 中的結構建模實現全加法器：

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 中的數據流建模實現全加法器：

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 中的行為建模實現全加法器：

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 設計準備文件：

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

保持設計模塊化是一種很好的做法，以便于開發和調試。

top.v 文件（當 Verilog 用作設計語言時）用于實例化層次結構中單個頂層設計中的所有模塊。

2、設計綜合：

在 FPGA 綜合過程中，高描述設計或 HDL 設計被轉換為門級表示或邏輯組件。

現在綜合設計

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 開發板供應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。

3、設計實現：

現在是實施設計的時候了。

實施工具將網表作為輸入并進行優化、布局和布線。

4. 設計驗證：

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

5. 生成編程文件：

編程文件用于對 FPGA 進行編程。該文件包含特定于 FPGA 的設計實現的所有信息。

6. 編程：

Xilinx ISE 有一個名為 iMPACT 的特定工具，用于對 FPGA 進行編程。

您將收到一條警告，要求您創建 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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