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1、EDA技术及其应用,第4章 宏功能模块应用,4.1流水线乘法累加器设计,4.1.1 电路结构与工作原理,图3-1 流水线乘法累加器顶层设计,4.1流水线乘法累加器设计,4.1.2 电路结构与工作原理,图3-2 定制新的宏功能块,1.调用乘法器,3.1流水线乘法累加器设计,3.1.2 电路结构与工作原理,图3-3 选择LPM宏功能模块,1.调用乘法器,3.1流水线乘法累加器设计,3.1.2 电路结构与工作原理,图3-4 设置乘法器参数,1.调用乘法器,4.1流水线乘法累加器设计,4.1.2 电路结构与工作原理,图3-5 设置乘法器结构类型,1.调用乘法器,4.1流水线乘法累加器设计,4.1.2
2、电路结构与工作原理,图3-6将LPM乘法器设置为流水线工作方式,1.调用乘法器,4.1流水线乘法累加器设计,4.1.2 电路结构与工作原理,图3-7 设置LPM加法器类型,2.调用加法器和锁存器,4.1流水线乘法累加器设计,4.1.2 电路结构与工作原理,图3-8 选择加法器数据输入类型,2.调用加法器和锁存器,4.1流水线乘法累加器设计,4.1.2 电路结构与工作原理,图3-9 为加法器增加进位输出,2.调用加法器和锁存器,4.1流水线乘法累加器设计,4.1.2 电路结构与工作原理,图3-10 为加法器增加流水线功能,2.调用加法器和锁存器,4.1流水线乘法累加器设计,4.1.2 电路结构与
3、工作原理,图3-11 为LPM寄存器选择D触发器类型,2.调用加法器和锁存器,4.1流水线乘法累加器设计,4.1.3 电路时序仿真与测试,图3-12 基于逻辑宏单元的设计报告,4.1流水线乘法累加器设计,4.1.3 电路时序仿真与测试,图3-13 基于专用嵌入式乘法器模块的设计报告,4.1流水线乘法累加器设计,4.1.3 电路时序仿真与测试,图3-14 基于逻辑宏单元的流水线乘法累加器时序分析报告,4.1流水线乘法累加器设计,4.1.3 电路时序仿真与测试,图3-15基于专用嵌入式乘法器模块的流水线乘法累加器时序分析报告,4.1流水线乘法累加器设计,4.1.3 电路时序仿真与测试,图3-16
4、MULTADD工程仿真波形,4.2 逻辑数据采样电路设计,图3-17 逻辑数据采样电路顶层设计,3.2 逻辑数据采样电路设计,图3-18 调用LPM RAM宏功能模块,4.2 逻辑数据采样电路设计,图3-19 LPM RAM参数设置,4.2 逻辑数据采样电路设计,图3-20 增加时钟使能控制,4.2 逻辑数据采样电路设计,图3-21 允许在系统存储器内容编辑器能对此RAM编辑,4.2 逻辑数据采样电路设计,图3-22 调用LPM计数器,4.2 逻辑数据采样电路设计,图3-23 设置为加法计数器,4.2 逻辑数据采样电路设计,图3-24 设置为二进制计数器,4.2 逻辑数据采样电路设计,图3-2
5、5 增加异步清0控制,4.2 逻辑数据采样电路设计,图3-26 键入默认参数,4.2 逻辑数据采样电路设计,图3-27加入默认参数,4.2 逻辑数据采样电路设计,图3-28 逻辑数据采样电路时序仿真波形,4.3 在系统存储器数据读写编辑器应用,图3-29 引脚锁定,1.锁定引脚,4.3 在系统存储器数据读写编辑器应用,图3-30 In-System Memory Content Editor编辑窗中硬件通信口设置,2.打开在系统存储单元编辑窗,4.3 在系统存储器数据读写编辑器应用,图3-31 In-System Memory Content Editor扫描FPGA结果,2.打开在系统存储单
6、元编辑窗,4.3 在系统存储器数据读写编辑器应用,图3-32 In-System Memory Content Editor上载FPGA中RAM数据,3.读取RAM中的数据,4.3 在系统存储器数据读写编辑器应用,图3-33 利用In-System Memory Content Editor读取LPM_RAM中数据,3.读取RAM中的数据,4.3 在系统存储器数据读写编辑器应用,图3-34利用In-System Memory Content Editor向LPM_RAM下载数据文件,4.编辑下载RAM中的数据,5.输入输出数据文件,4.4 简易正弦信号发生器设计,图3-35 正弦信号发生器结构
7、框图,4.4.1 工作原理,4.4 简易正弦信号发生器设计,4.4.2 定制初始化数据文件,1建立.mif格式文件,【例3-1】WIDTH=8;DEPTH=64;ADDRESS_RADIX=HEX;DATA_RADIX=HEX;CONTENT BEGIN 0:FF;1:FE;2:FC;3:F9;4:F5;（数据略去）3D:FC;3E:FE;3F:FF;END;,4.4 简易正弦信号发生器设计,4.4.2 定制初始化数据文件,1建立.mif格式文件,【例3-2】#include#include math.hmain()int i;float s;for(i=0;i sin_ rom.mif;,4
8、.4 简易正弦信号发生器设计,图3-36 将波形数据填入mif文件表中,4.4.2 定制初始化数据文件,2建立.hex格式文件,4.4 简易正弦信号发生器设计,图3-37 ASM格式建hex文件,4.4.2 定制初始化数据文件,2建立.hex格式文件,4.4 简易正弦信号发生器设计,图3-38 sdata.hex文件的放置路径,4.4.2 定制初始化数据文件,2建立.hex格式文件,4.4 简易正弦信号发生器设计,图3-39 简易正弦信号发生器顶层电路设计,4.4.3 定制LPM元件,3.4 简易正弦信号发生器设计,图3-40 选择data_rom模块数据线和地址线宽度,3.4.3 定制LPM
9、元件,3.4 简易正弦信号发生器设计,图3-41 调入ROM初始化数据文件并选择在系统读写功能,3.4.3 定制LPM元件,4.4 简易正弦信号发生器设计,图3-42 修改初始化数据文件路径,4.4.3 定制LPM元件,4.4 简易正弦信号发生器设计,图3-43 设定为加法计数器,4.4.3 定制LPM元件,4.4 简易正弦信号发生器设计,图3-44 当前工程仿真波形输出,4.4.4 完成顶层设计,4.4 简易正弦信号发生器设计,图3-45利用In-System Memory Content Editor读取LPM_ROM中数据,4.4.4 完成顶层设计,4.5 嵌入式逻辑分析仪使用方法,图3
10、-46 SignalTapII编辑窗,4.5.1 SignalTap II一般使用方法和实例,1打开SignalTapII编辑窗,4.5 嵌入式逻辑分析仪使用方法,图3-47 选择需要测试的信号,4.5.1 SignalTap II一般使用方法和实例,2调入待测信号窗,3.5 嵌入式逻辑分析仪使用方法,图3-48 设置SignalTapII工作参数,3.5.1 SignalTap II一般使用方法和实例,2调入待测信号窗,3.5 嵌入式逻辑分析仪使用方法,图3-49设置SignalTapII的触发信号和触发方式,3.5.1 SignalTap II一般使用方法和实例,3SignalTap II
11、参数设置,4.5 嵌入式逻辑分析仪使用方法,图3-50 SignalTap II文件存盘,4.5.1 SignalTap II一般使用方法和实例,4文件存盘,3.5 嵌入式逻辑分析仪使用方法,图3-51 设置全程编译中加入SignalTapII核文件,3.5.1 SignalTap II一般使用方法和实例,4文件存盘,4.5 嵌入式逻辑分析仪使用方法,图3-52下载含有SignalTapII的.sof文件并启动SignalTapII,4.5.1 SignalTap II一般使用方法和实例,5编译下载,6启动SignalTapII进行采样与分析,3.5 嵌入式逻辑分析仪使用方法,图3-53 设置
12、SignalTapII窗口中波形数据显示方式,3.5.1 SignalTap II一般使用方法和实例,5编译下载,6启动SignalTapII进行采样与分析,4.5 嵌入式逻辑分析仪使用方法,图3-54 SignalTapII嵌入式逻辑分析仪获得的波形,4.5.1 SignalTap II一般使用方法和实例,6启动SignalTapII进行采样与分析,4.5 嵌入式逻辑分析仪使用方法,图3-55 利用In-System Memory Content Editor修改LPM_ROM中数据后SignalTapII测得的波形,4.5.1 SignalTap II一般使用方法和实例,6启动Signal
13、TapII进行采样与分析,4.5 嵌入式逻辑分析仪使用方法,图3-56 选择高级触发条件,4.5.2 编辑SignalTapII的触发信号,4.5 嵌入式逻辑分析仪使用方法,图3-57 进入“触发条件函数编辑”窗口,4.5.2 编辑SignalTapII的触发信号,4.5 嵌入式逻辑分析仪使用方法,图3-58 编辑触发函数,4.5.2 编辑SignalTapII的触发信号,4.6 FIFO模块定制,图3-59 FIFO编辑窗,4.6 FIFO模块定制,图3-60 FIFO的仿真波形,4.7 嵌入式锁相环ALTPLL调用,图3-61 选择输入参考时钟为20MHz,4.7.1 建立嵌入式锁相环元件
14、,4.7 嵌入式锁相环ALTPLL调用,图3-62 选择控制信号,4.7.1 建立嵌入式锁相环元件,4.7 嵌入式锁相环ALTPLL调用,图3-63 选择e0的输出频率为200MHz,4.7.1 建立嵌入式锁相环元件,4.7 嵌入式锁相环ALTPLL调用,图3-64 ALTPLL元件的仿真波形,4.7.2 测试锁相环,4.7 嵌入式锁相环ALTPLL调用,图3-65 增加了锁相环的电路,4.7.2 测试锁相环,4.8 优化设计,图3-66 未使用流水线,4.8.1 流水线设计,4.8 优化设计,图3-67 使用流水线,4.8.1 流水线设计,4.8 优化设计,图3-68 流水线工作图示,4.8
15、.1 流水线设计,4.8 优化设计,图3-69 不合理的结构,4.8.2 寄存器平衡技术,4.8 优化设计,图3-70 寄存器平衡结构,4.8.2 寄存器平衡技术,4.9 时序设置与分析,图3-71 全编译前时序条件设置（设置时钟信号CLK不低于130MHz）,4.9.1 时序约束设置,4.9 时序设置与分析,图3-72 由Timing Wizard窗口设置时序条件,4.9.1 时序约束设置,4.9 时序设置与分析,图3-73 时序分析报告窗,4.9.2 查看时序分析结果,习习题,4-1.归纳利用QuartusII进行原理图输入设计的流程：从电路编辑输入一直到SignalTap II测试。4-
16、2.如何为设计中的SignalTap II加入独立采样时钟？4-3.参考QuartusII的Help，详细说明Assignments菜单中Settings对话框的功能。（1）说明其中的Timing Requirements&Qptions的功能、使用方法和检测途径。（2）说明其中的Compilation Process的功能和使用方法。（3）说明 Analysis&Synthesis Setting 的功能和使用方法，以及其中的 Synthesis Netlist Optimization的功能和使用方法。（4）说明Fitter Settings中的Design Assistant和Simul
17、ator功能，举例说明它们的使用方法。4-4.概述Assignments菜单中Assignment Editor的功能，举例说明。,习 题,4-5.LPM_ROM、LPM_RAM、LPM_FIFO等模块与FPGA中嵌入的EAB等模块有怎样的联系？4-6.参考QuartusII的Help（Contents），详细说明LPM元件altcam、altsyncram、lpm_fifo、lpm_shiftreg的使用方法，以及其中各参量的含义和设置方法。4-7.试归纳QuartusII的In-System Memory Content Editor有那些用途。如果要设计一CPU，如何为它配置含有汇编程序
18、代码的ROM（文件）？4-8.试说明，为什么对组合电路加入了流水线结构后，总延时不但没有减少，反而有所增加的情况下，数据的处理速度却能大幅提高？4-9.应用流水线结构，为什么要进行寄存器平衡？,实验与实践,4-1.流水线乘法累加器设计,4-2.简易逻辑分析仪设计,4-3.简易正弦信号发生器设计,实验与实践,4-4.8位16进制频率计设计,图3-74 频率计电路框图,实验与实践,4-5.利用LPM_ROM设计乘法器,【例4-3】WIDTH=8;DEPTH=256;ADDRESS_RADIX=HEX;DATA_RADIX=HEX;CONTENT BEGIN 00:00;01:00;02:00;03
19、:00;04:00;05:00;06:00;07:00;08:00;09:00;10:00;11:01;12:02;13:03;14:04;15:05;16:06;17:07;18:08;19:09;20:00;21:02;22:04;23:06;24:08;25:10;26:12;27:14;28:16;29:18;30:00;31:03;32:06;33:09;34:12;35:15;36:18;37:21;38:24;39:27;40:00;41:04;42:08;43:12;44:16;45:20;46:24;47:28;48:32;49:36;50:00;51:05;52:10;53
20、:15;54:20;55:25;56:30;57:35;58:40;59:45;60:00;61:06;62:12;63:18;64:24;65:30;66:36;67:42;68:48;69:54;70:00;71:07;72:14;73:21;74:28;75:35;76:42;77:49;78:56;79:63;80:00;81:08;82:16;83:24;84:32;85:40;86:48;87:56;88:64;89:72;90:00;91:09;92:18;93:27;94:36;95:45;96:54;97:63;98:72;99:81;END;,实验与实践,4-6 简易存储示波器设计,图3-75简易存储示波器电路图,实验与实践,4-7 LPM_FIFO实验,图3-76 lpm_fifo的实验结构图,实验与实践,4-7 LPM_FIFO实验,图3-77 lpm_fifo的仿真波形图,
