【文章內(nèi)容簡介】 發(fā)了整套工具 (包括 SOPC Builder， NiosⅡ集成設(shè)計環(huán)境和 QuartusⅡ開發(fā)軟件 )幫助用戶加速硬件和軟件的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)完整的基于可編程邏輯的SOPC 解決方案 8 Quartus II 是目前進(jìn)行 Altera 的 CPLD、 FPGA 和結(jié)構(gòu)化 ASIC 設(shè)計的最佳軟件， 具有強(qiáng)的的功能及良好的易用性 。相比較傳統(tǒng)的 Max+plusII 軟件和早期版本的 Quarters 軟件，它有更好的性能表現(xiàn)，更多的功能，能夠?qū)?CPLD和 FPGA 器件的最新系列進(jìn)行設(shè)計。 它能夠支持全系列的 MAX174。 II CPLD 以及 Cyclone?、 Stratix? 和 Stratix II FPGA 以及 HardCopy?結(jié)構(gòu)化 Asic，支持 MAX、 FLEX174。 和 ACEX174。 設(shè)計。 SOPC Builder 是在 Altera FPGA 中實(shí)施 IP 的關(guān)鍵工具。該系統(tǒng)級工具使用Altera 的 MegaWizard 技術(shù)自動生成 Avalon 的交換架構(gòu)，將設(shè)計中的不同功能模塊連接在一起。 SOPC Builder 還會生成定制軟件開發(fā)工具，根據(jù)需要為由NiosⅡ處理器控制的功能模塊提供合適的軟件頭文件 。 NiosⅡ IDE 是 NlosⅡ軟核處理器的主要開發(fā)工具。他為軟件開發(fā)提供了一個集成的設(shè)計開發(fā)環(huán)境，包括一個具有工程管理、源代碼開發(fā)、基于 JTAG調(diào)試功能的圖形用戶界面 (GUI)，大大簡化了大量復(fù)雜的 NiosⅡ 處理器設(shè)計 。 VHDL 語言介紹 VHDL 的 英 文 全 名 是 VeryHighSpeed Integrated Circuit Hardware Description Language，誕生于 1982 年。 1987 年底， VHDL 被 IEEE 和美國國防部確認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言 。自 IEEE公布了 VHDL的標(biāo)準(zhǔn)版本， IEEE1076（簡稱 87 版 )之后，各 EDA 公司相繼推出了自己的 VHDL 設(shè)計環(huán)境，或宣布自己的設(shè)計工具可以和 VHDL 接口。此后 VHDL 在電子設(shè)計領(lǐng)域得到了廣泛的接受，并逐步取代了原有的非標(biāo)準(zhǔn)的硬件描述語言。 1993 年， IEEE 對 VHDL進(jìn)行了修訂，從更高的抽象層次和系統(tǒng)描述能力上擴(kuò)展 VHDL 的內(nèi)容，公布了新版本的 VHDL，即 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)的 10761993 版本，（簡稱 93 版）。現(xiàn)在，9 VHDL 和 Verilog 作為 IEEE 的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言，又得到眾多 EDA 公司的支持，在電子工程領(lǐng)域，已成為事實(shí)上的通用硬件描述語言。有專家認(rèn)為，在新的世紀(jì)中， VHDL 于 Verilog 語言將承擔(dān)起大部分的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)。 VHDL 主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，行為，功能和接口。除了含有許多具有硬件特征的語句外， VHDL 的語言形式和描述風(fēng)格與句法是十分類似于一般的計算機(jī)高級語言。 VHDL 的程序結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將一 項工程設(shè)計，或稱設(shè)計實(shí)體（可以是一個元件，一個電路模塊或一個系統(tǒng)）分成外部（或稱可是部分，及端口 )和內(nèi)部（或稱不可視部分），既涉及實(shí)體的內(nèi)部功能和算法完成部分。在對一個設(shè)計實(shí)體定義了外部界面后，一旦其內(nèi)部開發(fā)完成后，其他的設(shè)計就可以直接調(diào)用這個實(shí)體。這種將設(shè)計實(shí)體分成內(nèi)外部分的概念是 VHDL 系統(tǒng)設(shè)計的基本點(diǎn)。應(yīng)用 VHDL 進(jìn)行工程設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)是多方面的。 （ 1）與其他的硬件描述語言相比， VHDL 具有更強(qiáng)的行為描述能力，從而決定了他成為系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域最佳的硬件描述語言。強(qiáng)大的行為描述能力是避開具體的器件結(jié)構(gòu)，從邏輯 行為上描述和設(shè)計大規(guī)模電子系統(tǒng)的重要保證。 （ 2） VHDL 豐富的仿真語句和庫函數(shù)，使得在任何大系統(tǒng)的設(shè)計早期就能查驗設(shè)計系統(tǒng)的功能可行性，隨時可對設(shè)計進(jìn)行仿真模擬。 （ 3） VHDL 語句的行為描述能力和程序結(jié)構(gòu)決定了他具有支持大規(guī)模設(shè)計的分解和已有設(shè)計的再利用功能。符合市場需求的大規(guī)模系統(tǒng)高效，高速的完成必須有多人甚至多個代發(fā)組共同并行工作才能實(shí)現(xiàn)。 （ 4）對于用 VHDL 完成的一個確定的設(shè)計，可以利用 EDA 工具進(jìn)行邏輯綜合和優(yōu)化，并自動的把 VHDL 描述設(shè)計轉(zhuǎn)變成門級網(wǎng)表。 （ 5） VHDL 對設(shè)計的描述具有相對獨(dú) 立性，設(shè)計者可以不懂硬件的結(jié)構(gòu)，10 也不必管理最終設(shè)計實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)器件是什么，而進(jìn)行獨(dú)立的設(shè)計。 C 語言 介紹 C 語言是一種計算機(jī)程序設(shè)計語言。它既有高級語言的特點(diǎn)，又具有匯編語言的特點(diǎn)。它可以作為系統(tǒng)設(shè)計語言，編寫工作系統(tǒng)應(yīng)用程序，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計語言，編寫不依賴計算機(jī)硬件的應(yīng)用程序。因此，它的應(yīng)用范圍廣泛。主要有以下特點(diǎn)： C 語言在很多方面都可以用，不僅僅是在軟件開發(fā)上，各類科研都是需要用到 C 語言的。具體應(yīng)用比如我是學(xué)硬件的，單片機(jī)以及嵌入式系統(tǒng)都可以用 C 來開發(fā)。 C 語言發(fā)展如此迅速 , 而 且成為最受歡迎的語言之一 , 主要因為它具有強(qiáng)大的功能。特別是加入一些匯編語言子程序后，更能顯示 C 語言的優(yōu)勢。 歸納起來 C 語言具有下列特點(diǎn) : C 是中級語言它把高級語言的基本結(jié)構(gòu)和語句與低級語言的實(shí)用性結(jié)合起來。 C 語言可以象匯編語言一樣對位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作 , 而這三者是計算機(jī)最基本的工作單元。 C 是結(jié)構(gòu)式語言結(jié)構(gòu)式語言的顯著特點(diǎn)是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化 , 即程序的各個部分除了必要的信息交流外彼此獨(dú)立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦?, 便于使用、維護(hù)以及調(diào)試。 C 語言是以函數(shù)形式提供給用戶的 , 這些函數(shù)可 方便的調(diào)用 , 并具有多種循環(huán)、條件語句控制程序流向 , 從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。 C 語言功能齊全 C 語言具有各種各樣的數(shù)據(jù)類型 , 并引入了指針概念 , 可使程序效率更高。另外 C 語言也具有強(qiáng)大的圖形功能 , 支持多種顯示器和驅(qū)動器。而且計算功能、邏輯判斷功能也比較強(qiáng)大 , 可以實(shí)現(xiàn)決策目的編游戲，編 3D 游戲，做數(shù)據(jù)庫，做聯(lián)眾世界，做聊天室，做 PHOTOSHOP 做 FLASH，11 做 3DMAX。 C 語言適用范圍大 C 語言還有一個突出的優(yōu)點(diǎn)就是適合于多種操作系統(tǒng) , 如 DOS、 UNIX,也適用于多種機(jī)型。 C 語言對操作系統(tǒng) 和系統(tǒng)使用程序以及需要對硬件進(jìn)行操作的場合，用 C 語言明顯優(yōu)于其它解釋型高級語言，有一些大型應(yīng)用軟件也是用 C 語言編寫的。 C 語言具有繪圖能力強(qiáng)，可移植性，并具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，因此適于編寫系統(tǒng)軟件，三維，二維圖形和動畫。它是數(shù)值計算的高級語言。 VHDL 與 C 語言的區(qū)別 vhdl 是一門硬件描述語言，采用的是自頂向下的設(shè)計思想，即先描述一個電路的總體功能，然后給予具體地實(shí)現(xiàn)。就像搭建電路一樣，先給出總體框圖然后分塊實(shí)現(xiàn)。一個電路當(dāng)然就有級聯(lián)的和并聯(lián)電路就是所謂的用“并行語句和順序語句”來描述。而 c 語言目前還沒有一個編譯器能把它翻譯為硬件描述語言，盡管 Verilog 有點(diǎn)像 c 所謂象是他們的設(shè)計思路有點(diǎn)象，具體的語法規(guī)則還是有很大差異。 c 語言目前幾乎都是在 cpu 中運(yùn)行所以只能按指令的形式按順序執(zhí)行下來。 FPGA 設(shè)計流程 在 FPGA 系統(tǒng)設(shè)計完成前，有 2 個不同的階段：設(shè)計階段、調(diào)試和檢驗階段，如圖 所示。設(shè)計階段的主要任務(wù)是輸入、仿真和實(shí)現(xiàn)；調(diào)試和檢驗階段的主要任務(wù)是檢驗設(shè)計，校正發(fā)現(xiàn)的錯誤。 12 圖 2. 1 FPGA 設(shè)計流程圖 顯示接口及顯示設(shè) 備的選擇 ：帶有 VGA 接口的液晶顯示器 VGA 數(shù)據(jù)線 VGA（ Video Graphics Array）是 IBM 于 1987 年提出的一個使用模擬信號的電腦顯示標(biāo)準(zhǔn)，這個標(biāo)準(zhǔn)已對于現(xiàn)今的個人電腦市場已經(jīng)十分過時。即使如此， VGA 仍然是最多制造商所共同支援的一個低標(biāo)準(zhǔn)，個人電腦在加載自己的獨(dú)特驅(qū)動程式之前，都必須支援 VGA 的標(biāo)準(zhǔn)。 顯示接口的發(fā)展與種類 VGA 接口： VGA 的英文全稱是 Video Graphic Array，即顯示繪圖陣列。VGA 支持在 640X480 的較高分辨率下同時顯示 16 種色彩或 256 種灰 度，同時在 320X240 分辨率下可以同時顯示 256 種顏色，這在當(dāng)時絕對是巨大的飛13 躍。我們的眼球?qū)︻伾拿舾羞h(yuǎn)大于分辨率，所以即使分辨率較低圖像依然生動鮮明。 VGA 由于良好的性能迅速開始流行，廠商們紛紛在 VGA 基礎(chǔ)上加以擴(kuò)充，如將顯存提高至 1M 并使其支持更高分辨率如 800X600 或 1024X768，這些擴(kuò)充的模式就稱之為 VESA（ Video Electronics Standards Association，視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會）的 Super VGA 模式，簡稱 SVGA，現(xiàn)在的顯卡和顯示器都支持 SVGA 模式。不管是 VGA 還是 SVGA，使用的連線都是 15 針的梯形插頭，傳輸模擬信號。 AV 接口： AV 接口實(shí)現(xiàn)了音頻和視頻的分離傳輸，這就避免了因為音 /視頻混合干擾而導(dǎo)致的圖像質(zhì)量下降，但由于 AV 接口傳輸?shù)娜匀皇且环N亮度 /色度 (Y/C)混合的視頻信號，仍然需要顯示設(shè)備對其進(jìn)行亮 / 色分離和色度解碼才能成像，這種先混合再分離的過程必然會造成色彩信號的損失，色度信號和亮度信號也會有很大的機(jī)會相互干擾從而影響最終輸出的圖像質(zhì)量。 AV 還具有一定生命力，但由于它本身 Y/C 混合這一不可克服的缺點(diǎn)因此無法在一些追求視覺極限的場合中使用。 DVI 接口： DVI 接口的英文全稱是 Digital Visual Interface，其標(biāo)準(zhǔn)是 1999年由 Intel、 Compaq、 IBM、 HP、 NEC、 Fujitsu 等公司共同組成數(shù)字顯示工作組 DDWG（ Digital Display Working Group）推出的數(shù)字顯示接口。它的基礎(chǔ)是Silicon Image 公司的 Panel Link 接口技術(shù)， Panel Link 接口技術(shù)采用的是最小化傳輸差分信號（ Transition Minimized Differential Signaling， TMDS）作 為基本電氣連接。計算機(jī)中生成的圖像信息傳送到顯示處理單元（顯卡）中，經(jīng)處理并編碼成數(shù)據(jù)信號，數(shù)據(jù)信號中包含了一些像素信息、同步信息以及一些控制信息，信息通過 3 個通道輸出。同時還有一個通道用來傳送使發(fā)送和接收端14 同步的時鐘信號。每一個通道中數(shù)據(jù)以差分信號方式傳輸，因此每一個通道需要 2 根傳輸線。由于采用差分信號傳輸，數(shù)據(jù)發(fā)送和接收中識別的都是壓差信號，因此傳輸線纜長度對信號影響較小，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸。在接收端對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，并處理生成圖像信息供數(shù)字顯示設(shè)備顯示。在DVI 標(biāo)準(zhǔn)中對接口的物理方式、電氣 指標(biāo)、時鐘方式、編碼方式、傳輸方式、數(shù)據(jù)格式等進(jìn)行了嚴(yán)格的定義和規(guī)范。 HDMI 接口： HDMI，英文全稱是 High Definition Multimedia Interface，中文名稱是高清晰多媒體接口的縮寫。 2020 年 4 月，日立、松下、飛利浦、索尼、湯姆遜、東芝和 Silicon Image 七家公司聯(lián)合組成 HDMI 組織。 HDMI 能高品質(zhì)地傳輸未經(jīng)壓縮的高清視頻和多聲道音頻數(shù)據(jù)，最高數(shù)據(jù)傳輸速度為5Gbps。同時無需在信號傳送前進(jìn)行數(shù) /?；蛘吣?/數(shù)轉(zhuǎn)換，可以保證最高質(zhì)量的影音信號傳送。 HDMI 不僅可以滿足 目前最高畫質(zhì) 1080P 的分辨率，還能支持 DVD Audio 等最先進(jìn)的數(shù)字音頻格式，支持八聲道 96kHz 或立體聲 192kHz數(shù)碼音頻傳送，而且只用一條 HDMI 線連接，免除數(shù)字音頻接線。同時 HDMI標(biāo)準(zhǔn)所具備的額外空間可以應(yīng)用在日后升級的音視頻格式中。足以應(yīng)付一個1080p 的視頻和一個 8 聲道的音頻信號。而因為一個 1080p 的視頻和一個 8 聲道的音頻信號需求少于 4GB/s，因此 HDMI 還有很大余量。這允許它可以用一個電纜分別連接 DVD 播放器，接收器和 PRR。此外 HDMI 支持 EDID、 DDC2B，因此具有 HDMI 的設(shè) 備具有“即插即用”的特點(diǎn)，信號源和顯示設(shè)備之間會自動進(jìn)行“協(xié)商”，自動選擇最合適的視頻 /音頻格式。 數(shù)字接口與模擬接口的比較 DVI接口的傳輸信號采用全數(shù)字格式，與之對應(yīng)的是采用模擬信號的 VGA15 接口。 VGA 和 DVI 的區(qū)別， VGA 模擬信號的傳輸首先是將電腦內(nèi)的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，將信號發(fā)送到 LCD 顯示器，而顯示器再將該模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，形成畫面展示在大家面前，正因為如此，中間的信號丟失嚴(yán)重，雖然可以通過軟件的方法修復(fù)部分畫面，但是隨著顯示器的分辨率越高畫面就會越模糊。一般模擬信號在超過 1280 1024 分辨率以上的情況下就會出現(xiàn)明顯的誤差，分辨率越高越嚴(yán)重。而 DVI 數(shù)字接口可以直接將電腦信號傳輸給顯示器，中間幾乎沒有信號損失，不過在 800 600 這種分辨率下，和模擬信號的效果幾乎沒有差別，這也就是很多人覺得 DVI 接口沒有用處的原因。 選擇結(jié)論 ： VGA 接 口 VGA 和 DVI 做為目前最常見的接口，占領(lǐng)著市場的大部分份額。但是數(shù)字接口的優(yōu)勢是傳統(tǒng)模擬接口無法代替的。 VGA 接口很長一段時間內(nèi)將會存在于小尺寸面板及低端 LCD 顯示器中。 本系統(tǒng)是僅需工作在 640*480 分辨率下，本著就地取材的出 發(fā)