【正文】 固定內(nèi)連電路的邏輯功能來編程,FPGA主要通過改變內(nèi)部連線的布線來編程。FP GA可在邏輯門下編程,而CPLD是在邏輯塊下編程。 ④FPGA的集成度比CPLD高,具有更復(fù)雜的布線結(jié)構(gòu)和邏輯實(shí)現(xiàn)。 ⑤CPLD比FPGA使用起來更方便。CPLD的編程采用E2PROM或FASTFLASH技術(shù),無需外部存儲(chǔ)器芯片,使用簡單。而FPGA的編程信息需存放在外部存儲(chǔ)器上,使用方法復(fù)雜。 ⑥CPLD的速度比FPGA快,并且具有較大的時(shí)間可預(yù)測性。這是由于FPGA是門級(jí)編程,并且CLB之間采用分布式互聯(lián),而CPLD是邏輯塊級(jí)編程,并且其邏輯塊之間的互聯(lián)是集總式的。 ⑦在編程方式上,CPLD主要是基于E2PROM或FLASH存儲(chǔ)器編程,編程次數(shù)可達(dá)1萬次,優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)斷電時(shí)編程信息也不丟失。CPLD又可分為在編程器上編程和在系統(tǒng)編程兩類。FPGA大部分是基于SRAM編程,編程信息在系統(tǒng)斷電時(shí)丟失,每次上電時(shí),需從器件外部將編程數(shù)據(jù)重新寫入SRAM中。其優(yōu)點(diǎn)是可以編程任意次,可在工作中快速編程,從而實(shí)現(xiàn)板級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的動(dòng)態(tài)配置。 ⑧CPLD保密性好,FPGA保密性差。 ⑨一般情況下,CPLD的功耗要比FPGA大,且集成度越高越明顯。 FPGA的應(yīng)用　　FPGA的應(yīng)用可分為三個(gè)層面：電路設(shè)計(jì)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)　　1．電路設(shè)計(jì)中FPGA的應(yīng)用　　連接邏輯，控制邏輯是FPGA早期發(fā)揮作用比較大的領(lǐng)域也是FPGA應(yīng)用的基石．事實(shí)上在電路設(shè)計(jì)中應(yīng)用FPGA的難度還是比較大的這要求開發(fā)者要具備相應(yīng)的硬件知識(shí)（電路知識(shí)）和軟件應(yīng)用能力（開發(fā)工具）這方面的人才總是緊缺的，往往都從事新技術(shù)，新產(chǎn)品的開發(fā)成功的產(chǎn)品將變成市場主流基礎(chǔ)產(chǎn)品供產(chǎn)品設(shè)計(jì)者應(yīng)用在不遠(yuǎn)的將來，通用和專用IP的設(shè)計(jì)將成為一個(gè)熱門行業(yè)！搞電路設(shè)計(jì)的前提是必須要具備一定的硬件知識(shí)．在這個(gè)層面，干重于學(xué)，當(dāng)然，快速入門是很重要的，越好的位子越不等人電路開發(fā)是黃金飯碗． 　　2．產(chǎn)品設(shè)計(jì)　　把相對成熟的技術(shù)應(yīng)用到某些特定領(lǐng)域如通訊，視頻，信息處理等等開發(fā)出滿足行業(yè)需要并能被行業(yè)客戶接受的產(chǎn)品這方面主要是FPGA技術(shù)和專業(yè)技術(shù)的結(jié)合問題，另外還有就是與專業(yè)客戶的界面問題產(chǎn)品設(shè)計(jì)還包括專業(yè)工具類產(chǎn)品及民用產(chǎn)品，前者重點(diǎn)在性能，后者對價(jià)格敏感產(chǎn)品設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能為主要目的，F(xiàn)PGA技術(shù)是一個(gè)實(shí)現(xiàn)手段在這個(gè)領(lǐng)域，F(xiàn)PGA因?yàn)榫邆浣涌冢刂?，功能IP，內(nèi)嵌CPU等特點(diǎn)有條件實(shí)現(xiàn)一個(gè)構(gòu)造簡單，固化程度高，功能全面的系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)將是FPGA技術(shù)應(yīng)用最廣大的市場，具有極大的爆發(fā)性的需求空間產(chǎn)品設(shè)計(jì)對技術(shù)人員的要求比較高，路途也比較漫長不過現(xiàn)在整個(gè)行業(yè)正處在組建＂首發(fā)團(tuán)隊(duì)＂的狀態(tài)，只要加入，前途光明產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一種職業(yè)發(fā)展方向定位，不是簡單的愛好就能做到的！產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域會(huì)造就大量的企業(yè)和企業(yè)家，是一個(gè)近期的發(fā)展熱點(diǎn)和機(jī)遇　　3．系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用　　系統(tǒng)級(jí)的應(yīng)用是FPGA與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一種FPGA版的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)如用Xilinx　V4, V5系列的FPGA，實(shí)現(xiàn)內(nèi)嵌POWER　PC　CPU, 然后再配合各種外圍功能，實(shí)現(xiàn)一個(gè)基本環(huán)境，在這個(gè)平臺(tái)上跑LINIX等系統(tǒng)這個(gè)系統(tǒng)也就支持各種標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)和功能接口（如圖象接口）了這對于快速構(gòu)成FPGA大型系統(tǒng)來講是很有幫助的。這種＂山寨＂味很濃的系統(tǒng)早期優(yōu)勢不一定很明顯，類似ARM系統(tǒng)的境況但若能慢慢發(fā)揮出FPGA的優(yōu)勢，逐漸實(shí)現(xiàn)一些特色系統(tǒng)也是一種發(fā)展方向。若在系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用中，開發(fā)人員不具備系統(tǒng)的擴(kuò)充開發(fā)能力，只是搞搞編程是沒什么意義的，當(dāng)然設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)是另一種情況，搞系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用看似起點(diǎn)高，但不具備深層開發(fā)能力，很可能會(huì)變成愛好者，就如很多人會(huì)做網(wǎng)頁但不能稱做會(huì)編程類似以上是幾點(diǎn)個(gè)人開發(fā)，希望能幫助想學(xué)FPGA但很茫然無措的人理一理思路。這是一個(gè)不錯(cuò)的行業(yè)，有很好的個(gè)人成功機(jī)會(huì)。但也肯定是一個(gè)競爭很激烈的行業(yè)，關(guān)鍵看的就是速度和深度當(dāng)然還有市場適應(yīng)能力。. QuartusII以及NiosIIEDS軟件介紹 QuartusII簡介Quartus II 是Altera公司的綜合性PLD開發(fā)軟件，支持原理圖、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（Altera Hardware Description Language）等多種設(shè)計(jì)輸入形式，內(nèi)嵌自有的綜合器以及仿真器，可以完成從設(shè)計(jì)輸入到硬件配置的完整PLD設(shè)計(jì)流程?！　uartus II可以在XP、Linux以及Unix上使用，除了可以使用Tcl腳本完成設(shè)計(jì)流程外，提供了完善的用戶圖形界面設(shè)計(jì)方式。具有運(yùn)行速度快，界面統(tǒng)一，功能集中，易學(xué)易用等特點(diǎn)?！　uartus II支持Altera的IP核，包含了LPM/MegaFunction宏功能模塊庫，使用戶可以充分利用成熟的模塊，簡化了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性、加快了設(shè)計(jì)速度。對第三方EDA工具的良好支持也使用戶可以在設(shè)計(jì)流程的各個(gè)階段使用熟悉的第三方EDA工具。　　此外，Quartus II 通過和DSP Builder工具與Matlab/Simulink相結(jié)合，可以方便地實(shí)現(xiàn)各種DSP應(yīng)用系統(tǒng)；支持Altera的片上可編程系統(tǒng)（SOPC）開發(fā)，集系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)、嵌入式軟件開發(fā)、可編程邏輯設(shè)計(jì)于一體，是一種綜合性的開發(fā)平臺(tái)?！　axplus II 作為Altera的上一代PLD設(shè)計(jì)軟件，由于其出色的易用性而得到了廣泛的應(yīng)用。目前Altera已經(jīng)停止了對Maxplus II 的更新支持，Quartus II 與之相比不僅僅是支持器件類型的豐富和圖形界面的改變。Altera在Quartus II 中包含了許多諸如SignalTap II、Chip Editor和RTL Viewer的設(shè)計(jì)輔助工具，集成了SOPC和HardCopy設(shè)計(jì)流程，并且繼承了Maxplus II 友好的圖形界面及簡便的使用方法。　　Altera Quartus II 作為一種可編程邏輯的設(shè)計(jì)環(huán)境, 由于其強(qiáng)大的設(shè)計(jì)能力和直觀易用的接口，越來越受到數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的歡迎。 　　Altera的Quartus II可編程邏輯軟件屬于第四代PLD開發(fā)平臺(tái)。該平臺(tái)支持一個(gè)工作組環(huán)境下的設(shè)計(jì)要求，其中包括支持基于Internet的協(xié)作設(shè)計(jì)。Quartus平臺(tái)與Cadence、ExemplarLogic、 MentorGraphics、Synopsys和Synplicity等EDA供應(yīng)商的開發(fā)工具相兼容。改進(jìn)了軟件的LogicLock模塊設(shè)計(jì)功能，增添 了FastFit編譯選項(xiàng)，推進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)編輯性能，而且提升了調(diào)試能力。支持MAX7000/MAX3000等乘積項(xiàng)器件 Nios II 介紹Altera 正式推出了Nios II系列32位RSIC嵌入式處理器。Nios II系列軟核處理器是Altera的第二代FPGA嵌入式處理器，其性能超過200DMIPS，在Altera FPGA中實(shí)現(xiàn)僅需35美分。Altera的Stratix 、Stratix GX、 Stratix II和 Cyclone系列FPGA全面支持Nios II處理器，以后推出的FPGA器件也將支持Nios II。 　　自Altera于2000年推出第一代16位Nios處理器以來，已經(jīng)交付了13000多套Nios開發(fā)套件，Nios成為最流行的軟核處理器。剛推出的Nios II系列采用全新的架構(gòu)，比第一代Nios具有更高水平的效率和性能。和第一代相比，Nios II核平均占用不到50%的FPGA資源，而計(jì)算性能增長了1倍。 　　Nios II系列包括3種產(chǎn)品，分別是：Nios II/f（快速）——最高的系統(tǒng)性能，中等FPGA使用量；Nios II/s（標(biāo)準(zhǔn)）——高性能，低FPGA使用量；Nios II/e(經(jīng)濟(jì))——低性能，最低的FPGA使用量。這3種產(chǎn)品具有32位處理器的基本結(jié)構(gòu)單元——32位指令大小，32位數(shù)據(jù)和地址路徑，32位通用寄存器和32個(gè)外部中斷源；使用同樣的指令集架構(gòu)（ISA），100%二進(jìn)制代碼兼容，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)系統(tǒng)需求的變化更改CPU，選擇滿足性能和成本的最佳方案，而不會(huì)影響已有的軟件投入。 　　特別是，Nios II系列支持使用專用指令。專用指令是用戶增加的硬件模塊，它增加了算術(shù)邏輯單元（ALU）。用戶能為系統(tǒng)中使用的每個(gè)Nios II處理器創(chuàng)建多達(dá)256個(gè)專用指令，這使得設(shè)計(jì)者能夠細(xì)致地調(diào)整系統(tǒng)硬件以滿足性能目標(biāo)。專用指令邏輯和本身Nios II指令相同，能夠從多達(dá)兩個(gè)源寄存器取值，可選擇將結(jié)果寫回目標(biāo)寄存器。同時(shí)，Nios II系列支持60多個(gè)外設(shè)選項(xiàng)，開發(fā)者能夠選擇合適的外設(shè)，獲得最合適的處理器、外設(shè)和接口組合，而不必支付根本不使用的硅片功能。 　　Nios II系列能夠滿足任何應(yīng)用32位嵌入式微處理器的需要，客戶可以將第一代Nios處理器設(shè)計(jì)移植到某種Nios II處理器上，Altera將長期支持現(xiàn)有FPGA系列上的第一代Nios處理器。另外，Altera提供了一鍵式移植選項(xiàng)，可以升級(jí)至Nios II系列。Nios II處理器也能夠在HardCopy器件中實(shí)現(xiàn)，Altera還為基于Nios II處理器的系統(tǒng)提供ASIC的移植方式。 　　Nios II處理器具有完善的軟件開發(fā)套件，包括編譯器、集成開發(fā)環(huán)境（IDE）、JTAG調(diào)試器、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）和TCP/IP協(xié)議棧。設(shè)計(jì)者能夠用Altera Quartus II開發(fā)軟件中的SOPC Builder系統(tǒng)開發(fā)工具很容易地創(chuàng)建專用的處理器系統(tǒng)，并能夠根據(jù)系統(tǒng)的需求添加Nios II處理器核的數(shù)量。 　　使用Nios II軟件開發(fā)工具能夠?yàn)镹ios II系統(tǒng)構(gòu)建軟件，即一鍵式自動(dòng)生成適用于系統(tǒng)硬件的專用C/C++運(yùn)行環(huán)境。Nios II集成開發(fā)環(huán)境（IDE）提供了許多軟件模板，簡化了項(xiàng)目設(shè)置。此外，Nios II開發(fā)套件包括兩個(gè)第三方實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）——MicroC/OSII(Micrium)，Nucleus Plus(ATI/Mentor)以及供網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用使用的TCP/IP協(xié)議棧。 　　長期以來，Altera一直推行嵌入式處理器戰(zhàn)略的原因是，隨著應(yīng)用的ASIC開發(fā)日益受到成本的困擾，OEM日漸轉(zhuǎn)向FPGA來構(gòu)建自己的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)中絕大多數(shù)需要一個(gè)處理器，而Altera正是為設(shè)計(jì)者提供了為FPGA優(yōu)化的靈活的嵌入式處理器方案，可以滿足16位和32位嵌入式處理器市場的需求。估計(jì)到2007年，該市場價(jià)值將到達(dá)110億美元。 　　在FPGA中使用軟核處理器比硬核的優(yōu)勢在于，硬核實(shí)現(xiàn)沒有靈活性，通常無法使用最新的技術(shù)。隨著系統(tǒng)日益先進(jìn)，基于標(biāo)準(zhǔn)處理器的方案會(huì)被淘汰，而基于Nios II處理器的方案是基于HDL源碼構(gòu)建的，能夠修改以滿足新的系統(tǒng)需求，避免了被淘汰的命運(yùn)。將處理器實(shí)現(xiàn)為HDL的IP核，開發(fā)者能夠完全定制CPU和外設(shè)，獲得恰好滿足需求的處理器。 　　采用多處理器的系統(tǒng)雖然可以提高系統(tǒng)的性能，但傳統(tǒng)的多處理器系統(tǒng)一般只出現(xiàn)在工作站及高端PC上，在嵌入式系統(tǒng)中由于其設(shè)計(jì)代價(jià)太高很少采用。本文設(shè)計(jì)了一種在多處理器系統(tǒng)中的Nios II軟核處理器的啟動(dòng)方案，這個(gè)方案在外部處理器向Nios II的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器加載數(shù)據(jù)時(shí)，可以控制Nios II處理器的啟動(dòng)。 　　在HardCopy II結(jié)構(gòu)化ASIC中實(shí)現(xiàn)Nios II處理器 　　Nios II系列嵌入式處理器具有三個(gè)處理器內(nèi)核，可實(shí)現(xiàn)較大范圍的嵌入式處理應(yīng)用。這些軟IP處理器內(nèi)核可以工作在任何最新一代Altera FPGA以及HardCopyamp。reg。系列結(jié)構(gòu)化ASIC上。設(shè)計(jì)人員可以選擇使用高性能內(nèi)核、低成本內(nèi)核或者性價(jià)比合適的內(nèi)核。Nios II系列處理器可實(shí)現(xiàn)如下任務(wù)： 　　做為系統(tǒng)處理器運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 　　實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的狀態(tài)機(jī) 　　分擔(dān)現(xiàn)有處理器載荷 　　執(zhí)行I/O和數(shù)據(jù)處理任務(wù) 　　加速數(shù)字信號(hào)處理(DSP)算法 在HardCopy II結(jié)構(gòu)化ASIC中運(yùn)行時(shí)，Nios II嵌入式處理器出眾的處理能力滿足了高性能片上系統(tǒng)(SOC)的要求。Nios II嵌入式處理器能夠提供系統(tǒng)級(jí)處理器性能，實(shí)現(xiàn)處理器和系統(tǒng)功能以及邏輯在單個(gè)器件中的集成。HardCopy II結(jié)構(gòu)化ASIC和Nios II嵌入式處理器結(jié)合使用能夠滿足計(jì)算、大容量存儲(chǔ)、電信和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的要求。HardCopy器件設(shè)計(jì)流程使設(shè)計(jì)人員可以在一個(gè)FPGA中測試、驗(yàn)證其設(shè)計(jì)。然后將經(jīng)過驗(yàn)證的設(shè)計(jì)遞交給HardCopy設(shè)計(jì)中心，以沒有風(fēng)險(xiǎn)的無縫移植方式在結(jié)構(gòu)化ASIC中實(shí)現(xiàn)。HardCopy結(jié)構(gòu)化ASIC是唯一能夠?qū)崿F(xiàn)在正式投產(chǎn)前，硬件功能在FPGA中驗(yàn)證以及系統(tǒng)軟件在真實(shí)系統(tǒng)配置環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計(jì)、測試的器件。 由于設(shè)計(jì)在移交給Altera之前在FPGA中進(jìn)行了測試，因此Altera從第一個(gè)原型開始就可以保證實(shí)現(xiàn)芯片的全部功能。 Nios II處理器在全世界已經(jīng)發(fā)售了15,000多個(gè)開發(fā)套件，世界前20名OEM均采用了該處理器。Nios II處理器是目前最流行的可配置軟核處理器。Nios II處理器具有很大的靈活性，得到了廣泛應(yīng)用，在特性、成本和性能上達(dá)到了最佳，是一款避免昂貴的產(chǎn)品過時(shí)、幫助您將產(chǎn)品盡快推向市場的處理器。 51系列單片機(jī)IP核原理及應(yīng)用 MC8051 IP核基本結(jié)構(gòu)及原理 MC8051是與MCS一5l系列微處理器指令集完全兼容的8位嵌入式微處理器，通過芯核重用技術(shù)，可廣泛應(yīng)用在一些面積要求比較苛刻，而對速度要求不是很高的片上系統(tǒng)中。 MC8051功能特點(diǎn)采用完全同步設(shè)計(jì)：指令集和標(biāo)準(zhǔn)8051微控制器完全兼容；指令執(zhí)行時(shí)間為l～4個(gè)時(shí)鐘周期，執(zhí)行性能優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)805l微控制器8倍左右；用戶可選擇定時(shí)／計(jì)數(shù)器、串行接口單元的數(shù)量，最多可增加到256組；新增特殊功能寄存器用于選擇不同的定時(shí)／計(jì)數(shù)器、串行接口單元；可選擇是否使用乘法器(乘法指令MUL)；可選擇是否使用除法器(除法指令DIV)；可選擇是否使用十進(jìn)制調(diào)整功能(十進(jìn)制調(diào)整指令DA)；I/0口不復(fù)用，無雙向數(shù)據(jù)I／O端口，輸入、輸出端口獨(dú)立；內(nèi)部帶256Byte RAM；⑾最多可擴(kuò)展至64 KB的ROM和64 KB的RAM；與工藝無關(guān)，可通過修改VHDL源代碼擴(kuò)展及參數(shù)化設(shè)置 MC8051結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)層次圖1