Xilinx ISE 9.x FPGA/CPLD设计指南

第1章FPGA设计简介1

1.1FPGA结构简介2

1.1.1总体结构2

1.1.2可配置逻辑块CLB3

1.1.3输入输出模块(Input/OutputBlock)6

1.1.4块RAM(BlockRAM)9

1.2最新FPGA产品──Virtex-510

1.2.1Virtex-5的特点10

1.2.2Virtex-5LX/LXT平台简介12

1.2.3Virtex-5核心技术15

1.3Virtex-5应用简介18

1.3.1使用Virtex-5解决设计难题18

1.3.2有线应用21

1.3.3无线通信22

1.3.4广播解决方案23

1.3.5PCIExpress设计24

1.4实践──探索FPGA内部结构25

1.4.1浏览总体资源25

1.4.2探索资源细节27

1.5FPGA核心设计流程30

1.6FPGA设计工具简介32

1.6.1XilinxFPGA设计必备工具──ISE32

1.6.2XilinxFPGA设计可选工具35

1.6.3嵌入式开发套件──EDK36

1.6.4XilinxFPGA的DSP设计工具36

1.6.5最常用的FPGA仿真工具──ModelSim37

1.7实践──运行第一个ISE实例39

1.8XilinxFPGA设计资源44

1.8.1Virtex-5相关文档44

1.8.2ISE文档45

1.8.3应用指南48

1.9小结48

1.10问题与思考49

第2章ISE集成开发环境示例51

2.1示例背景51

2.2新建工程52

2.3新建源代码55

2.3.1新建Verilog源代码55

2.3.2新建VHDL源代码60

2.4设计仿真63

2.5完成设计68

2.6时序约束70

2.7设计实现以及验证时序约束73

2.8位置约束以及重新实现74

2.9配置FPGA76

2.10使用CoreGenerator实现设计81

2.11小结86

2.12问题与思考86

第3章仿真工具87

3.1ModelSim的用户接口89

3.1.1行为仿真92

3.1.2时序仿真95

3.2ModelSim仿真窗口综述97

3.2.1主窗口97

3.2.2数据流窗口98

3.2.3列表窗口100

3.2.4存储器窗口102

3.2.5进程窗口102

3.2.6对象窗口103

3.2.7源文件窗口103

3.2.8实例化窗口104

3.2.9波形窗口104

3.3仿真环境的建立106

3.3.1各仿真切入点需要的库文件106

3.3.2仿真库的命名107

3.3.3仿真库文件说明107

3.3.4库文件编译108

3.4一个简单的仿真示例113

3.4.1在ModelSim环境下进行仿真113

3.4.2在ISE集成环境中进行仿真121

3.5ModelSim中的调试方法123

3.5.1源文件窗口调试124

3.5.2波形窗口调试126

3.5.3数据流窗口调试129

3.5.4存储器窗口调试133

3.5.5局部变量窗口调试136

3.5.6列表窗口调试139

3.6ModelSim的其他常用操作141

3.6.1自动仿真141

3.6.2WLF文件143

3.6.3波形比较146

3.6.4SDF文件150

3.6.5VCD文件151

3.7ISim的示例演示154

3.8小结154

3.9问题与思考155

第4章逻辑综合以及Xplorer157

4.1XST综述157

4.1.1XST综合属性设置158

4.2Xplorer169

4.2.1Xplorer概述169

4.2.2Xplorer的工作模式170

4.3小结172

4.4问题与思考172

第5章约束173

5.1概述173

5.2时序约束175

5.2.1周期约束(PERIOD约束)175

5.2.2偏移约束(OFFSET约束)178

5.2.3专门约束181

5.3分组约束184

5.3.1TNM约束184

5.3.2TNM_NET约束187

5.3.3TIMEGRP约束187

5.3.4TPTHRU约束188

5.3.5TPSYNC约束188

5.4约束编辑器──ConstraintsEditor189

5.4.1ConstraintsEditor的用户界面189

5.4.2附加全局约束190

5.4.3附加端口约束192

5.4.4附加分组约束和时序约束193

5.4.5附加专用约束197

5.5引脚与区域约束编辑器──PACE198

5.5.1PACE的用户界面199

5.5.2附加区域约束202

5.5.3附加I/O引脚约束203

5.6约束文件204

5.6.1约束文件的概念204

5.6.2UCF、NCF文件的基本语法规则205

5.7小结207

5.8问题与思考207

第6章配置和运行FPGA设计209

6.1概述209

6.2FPGA配置简介210

6.2.1FPGA的配置模式210

6.2.2FPGA的配置流程212

6.2.3FPGA配置电路简介214

6.3配置文件的种类218

6.4iMPACT的使用220

6.4.1iMPACT的用户界面220

6.4.2用iMPACT下载配置文件223

6.5SystemACE配置方案简介230

6.6小结232

6.7问题与思考233

第7章在线逻辑分析仪ChipScopePro235

7.1概述235

7.2ChipScopePro简介237

7.3ChipScopePro的使用流程239

7.4ChipScopeProCoreInserter应用实例241

7.5ChipScopeProAnalyzer247

7.6ChipScopeProSerialIOToolkit252

7.6.1RocketIOMulti-Gigabit简介253

7.6.2使用ChipScopeProSerialIOToolkit254

7.7小结257

7.8问题与思考257

第8章其他ISE集成工具259

8.1布局规划器──Floorplanner259

8.1.1布局规划器的用户界面259

8.1.2布局规划器的特点及作用261

8.1.3布局规划设计流程262

8.1.4设计示例264

8.2FPGA底层编辑器──FPGAEditor270

8.2.1FPGA底层编辑器的用户接口270

8.2.2FPGA底层编辑器的作用271

8.2.3FPGA底层编辑器输入输出文件273

8.2.4FPGA底层编辑器的工作流程273

8.2.5使用FPGA底层编辑器的预备知识273

8.2.6设计示例276

8.3功耗评估工具XPower281

8.3.1XPower综述281

8.3.2XPower的用户界面282

8.3.3用XPower分析功耗284

8.4时序分析器──TimingAnalyzer287

8.4.1时序分析器的用户界面288

8.4.2时序分析中需要主要的问题289

8.4.3时序分析在设计流程中的位置290

8.4.4时序分析器中的基本时序路径291

8.4.5时序分析器的使用方法298

8.5小结301

8.6问题与思考302

第9章基于FPGA的嵌入式系统设计303

9.1PicoBlaze嵌入式系统示例303

9.1.1PicoBalze嵌入式演示系统描述303

9.1.2PicoBlaze演示系统各模块说明304

9.1.3PicoBlaze汇编语言与KCPSM3编译器309

9.1.4KCPSM3语法基本结构311

9.1.5示例程序说明311

9.1.6系统集成315

9.2MicroBlaze嵌入式系统示例315

9.2.1EDK工具介绍316

9.2.2MicroBlaze嵌入式系统示例描述316

9.2.3嵌入式系统示例程序各模块介绍316

9.2.4建立工程317

9.2.5向工程添加IP核321

9.2.6导入定制IP324

9.2.7MHS和MSS文件328

9.2.8综合,生成下载BIT文件330

9.2.9建立应用程序332

9.2.10编译应用软件并直接初始化到内存中333

9.2.11演示程序函数334

9.3参考资料与网上资源336

9.4小结337

9.5问题与思考337

第10章ISE实战──I2C接口设计339

10.1I2C总线简介339

10.1.1I2C总线上的数据传输341

10.1.2I2C总线寻址343

10.1.3时钟同步与仲裁344

10.1.4I2C协议的扩展346

10.2I2C总线应用实例──AT24C系列EEPROM346

10.2.1AT24C02概述346

10.2.2写操作347

10.2.3读操作348

10.2.4AT24C在IC卡中的应用简介349

10.3I2C总线控制器设计详解349

10.3.1I2C总线控制器总体描述350

10.3.2μC接口设计351

10.3.3I2C接口设计357

10.3.4混合仿真验证368

10.3.5上板调试376

10.4小结376

10.5问题与思考376

　　本书结合作者多年工作经验，立足于工程实践，选用大量典型实例，以FPGA/CPLD设计流程为主线，详细阐述了ISE集成开发环境的使用，并提供了多个示例进行说明，并配有一定数量的练习题。随书配套光盘收录了所有实例的完整工程目录、源代码、详细操作步骤和使用说明，便于读者边学边练，提高实际应用能力。本书可作为高等院校通信工程、电子工程、计算机、微电子与半导体学等专业的教材，也可作为硬件工程师和IC工程师的实用工具书。　　本书以FPGA/CPLD设计流程为主线，详细阐述了ISE集成开发环境的使用，并提供了多个示例进行说明。书中在介绍FPGA/CPLD概念和设计流程的基础上，依次论述了工程管理与设计输入、仿真、综合、约束、实现与布局布线、配置调试等在ISE集成环境中的实现方法和技巧。