Xilinx ISE Design Suite 10.x FPGA开发指南

第1章FPGA开发基础知识1

1.1可编程逻辑器件基础1

1.1.1可编程逻辑器件概述1

1.1.2可编程逻辑器件的发展历史1

1.1.3可编程逻辑器件开发工具2

1.2FPGA器件的基础知识3

1.2.1FPGA芯片的基本工作原理3

1.2.2XilinxFPGA的基本架构4

1.2.3典型的FPGA开发流程8

1.2.4基于FPGA的SoC设计方法10

1.2.5FPGA芯片与设计的性能指标11

1.3本章小结12

第2章XilinxFPGA资源简介13

2.1Xilinx最新FPGA13

2.1.1高端平台Virtex5系列13

2.1.2中低端平台Spartan3E系列24

2.2Xilinx主流芯片介绍26

2.2.1XilinxFPGA芯片介绍26

2.2.2XilinxPROM芯片介绍32

2.2.3Xilinx芯片的选型33

2.3XilinxFPGA的开发资源34

2.3.1XilinxFPGA在通信领域中的解决方案34

2.3.2XilinxFPGA在汽车电子领域中的解决方案36

2.3.3XilinxFPGA在工业/科学/医疗领域中的解决方案37

2.3.4XilinxFPGA在宇航和国防领域中的解决方案37

2.3.5XilinxFPGA在其他领域中的解决方案38

2.4XilinxFPGA的电子文档资源38

2.4.1Xilinx官方文档分类38

2.4.2ISE软件自带文档39

2.4.3Xilinx电子文档资源的搜索技巧40

2.4.4FPGA设计人员的进阶路线42

2.5XilinxFPGA芯片管脚解读43

2.5.1FPGA芯片的封装形式43

2.5.2FPGA芯片的管脚介绍45

2.5.3FPGA芯片管脚的分配策略49

2.6本章小结49

第3章新一代开发工具ISEDesignSuite10.151

3.1ISEDesignSuite10.1简介51

3.1.1ISEDesignSuite10.1综述51

3.1.2ISEDesignSuite10.1的创新特性51

3.2ISEDesignSuite10.1主要组件53

3.2.1ISEFoundation53

3.2.2EDK开发工具55

3.2.3DSP工具55

3.2.4ChipScopePro56

3.2.5PlanAhead56

3.3本章小结57

第4章ISEFoundation基本组件59

4.1ISEFoundation的介绍与安装59

4.1.1ISEFoundation简要介绍59

4.1.2ISE软件的安装59

4.1.3ISE软件的基本操作62

4.1.4ISE软件的开发操作流程66

4.2基于ISE的工程建立与设计输入67

4.2.1新建工程67

4.2.2HDL代码输入68

4.2.3状态机的输入与验证70

4.2.4原理图输入法78

4.2.5代码模板的使用80

4.2.6XilinxIPCore的使用81

4.3基于ISE的仿真86

4.3.1基于波形测试法的仿真86

4.3.2基于HDL测试代码的仿真89

4.4基于ISE的综合与实现90

4.4.1基于XilinxXST的综合91

4.4.2基于ISE的实现96

4.4.3基于目标和用户策略的设计方法104

4.4.4基于SmartXplorer/Xplorer的实现技术107

4.4.5基于SmartCompile的设计保存技术112

4.5用户约束文件116

4.5.1约束文件的基本知识117

4.5.2UCF文件的语法说明117

4.5.3管脚和区域约束语法118

4.5.4时序约束语法120

4.6管脚和区域约束工具FloorplanEditor124

4.6.1FloorplanEditor功能简介125

4.6.2利用PACE完成管脚分配125

4.6.3使用FloorplanEditor完成管脚分配和区域约束127

4.6.4FloorplanEditor的其他功能129

4.7时序约束工具ConstraintsEditor132

4.7.1ConstraintsEditor功能简介132

4.7.2利用ConstraintsEditor添加时序约束134

4.7.3利用ConstraintsEditor添加分组约束139

4.7.4利用ConstraintsEditor添加专用约束140

4.8基于ISE的器件配置141

4.8.1FPGA配置电路141

4.8.2iMPACT参数设置145

4.8.3配置FPGA器件150

4.8.4配置PROM器件153

4.9本章小结158

第5章ISEFoundation高级组件159

5.1在线逻辑分析仪ChipScopePro159

5.1.1ChipScopePro工具简介159

5.1.2ChipScopeCoreGenerator使用说明162

5.1.3ChipScopeCoreInserter使用说明167

5.1.4ChipScopeCoreAnalyzer使用说明172

5.1.5ChipScopeProSerialI/OToolkit使用说明175

5.1.6ChipScopePro应用实例186

5.2平面布局规划器PlanAhead192

5.2.1PlanAhead10.1的安装及新特性193

5.2.2PlanAhead设计流程194

5.2.3利用PinAhead进行I/O引脚规划199

5.2.4使用ExploreAhead优化实现结果207

5.3时序分析器TimingAnalyzer213

5.3.1时序分析基础213

5.3.2XilinxFPGA中的时钟资源220

5.3.3ISE时序分析器的软件操作224

5.3.4TimingAnalyzer应用实例237

5.4布局规划器Floorplanner238

5.4.1Floorplanner简介238

5.4.2Floorplanner软件操作240

5.4.3Floorplanner应用实例248

5.5底层编辑器FPGAEditor250

5.5.1FPGAEditor简介250

5.5.2FPGAEditor软件操作251

5.5.3FPGAEditor应用实例262

5.6功耗分析工具XPower264

5.6.1功耗分析简介264

5.6.2XPower估计器265

5.6.3XPower分析器269

5.6.4低功耗设计技术275

5.6.5XPower分析器应用实例277

5.7本章小结278

第6章ISE与第三方软件279

6.1ModelSim仿真软件的使用279

6.1.1ModelSim仿真软件的安装279

6.1.2在ModelSim中指定Xilinx的仿真库281

6.1.3ModelSim的基本操作282

6.1.4ModelSim的高级操作284

6.2综合工具SynplifyPro296

6.2.1SynplifyPro综合软件的安装296

6.2.2SynplifyPro的使用297

6.3ISE与MATLAB的联合使用302

6.3.1利用MATLAB辅助FPGA的逻辑设计303

6.3.2利用MATLAB完成DSP系统开发304

6.3.3利用MATLAB自动生成滤波器代码306

6.4本章小结309

第7章FPGA底层单元与逻辑开发实例311

7.1FPGA底层单元开发311

7.1.1Xilinx全局时钟网络的使用311

7.1.2DCM模块的使用312

7.1.3Xilinx内嵌块存储器的使用320

7.1.4硬核乘加器DSP48的使用330

7.2FPGA常用IPCore使用实例338

7.2.1Cordic算法IPCore的使用338

7.2.2FFT算法IPCore的使用344

7.2.3FIR滤波器IPCore的使用356

7.3开发实例LMS算法的Verilog实现370

7.3.1LMS算法的原理370

7.3.2LMS算法的MATLAB实现373

7.3.3LMS算法的FPGA实现375

7.3.4LMS算法的软件调试385

7.4本章小结391

附录VerilogHDL语言基础393

参考文献409

　　本书主要涉及ISEDesignSuite中有关逻辑设计的内容，分为7章。第1章介绍FPGA开发的基础知识，包括XilinxFPGA的器件架构和开发流程。第2章介绍XilinxFPGA开发资源，涉及Xilinx文档类型、FPGA开发人员进阶路线以及Xilinx最新的FPGA芯片和Xilinx公司在诸多领域的解决方案。第3章简要介绍了ISEDesignSuite10.1套件的创新特点和主要组件。第4章详细讲解了逻辑开发工具ISE的使用方法，这些开发工具包括HDL输入工具、原理图输入工具、状态机生成器、仿真工具、综合工具、实现工具、用户约束文件、各类约束编辑工具以及FPGA下载工具。第5章主要针对ISE中的高级开发工具(如时序分析器、布局规划器、平面布局工具、FPGA底层编辑器、功耗分析器以及在线调试工具)进行详细讲解。有效使用这些工具，可极大提高设计性能，并提高设计生产力。第6章主要讲解第三方设计工具，包括综合工具Synplify、仿真工具Modelsim和非常流行的MATLAB软件。第7章给出了FPGA底层单元和LMS算法的逻辑开发实例，期望从工程开发角度给予读者尽可能多的参考。本书适合从事Xilinx系列FPGA设计和开发工作的工程师，以及通信、电子和计算机等相关专业的研究生和高年级本科生使用。　　本书以XilinxFPGA逻辑开发流程为主线，以浅入深出、图文并茂的方式，全面、详细地介绍了Xilinx公司的终极开发套件ISEDesignSuite10.1中逻辑开发的操作方法，并精选了多个实际开发案例进行深入讲解。书中内容结合了作者多年的实际开发经验，具有很高的实践指导价值。　　本书针对性较强，可满足实际工程开发的需求。本书可作为电子和通信工程师的实用工具书，还可作为高等院校通信工程、电子工程、计算机以及微电子与集成电路等相关专业的高年级本科生以及研究生的教材和学习参考书。