FPGA系统设计初级和中级

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课程背景 　　　　　　　FPGA系统设计初级和中级
        FPGA系统设计初级班培训课程主要帮助学员尽快掌握 CPLD/FPGA 的开发流程和设计方法，以工程实践为例，循序渐进的学习FPGA的集成开发环境，开发流程以及硬件电路设计等知识。每次课程都配有相关实战训练，每个实战训练题目都可以在Cyclone(飓风系列)的FPGA硬件平台上进行下载验证。通过实战，学员可以更好的理解消化课堂知识，工程实践水平会得到迅速提高。

    课程目标
        培养学员迅速掌握和使用CPLD/FPGA数字系统开发工具、开发流程，能够独立进行初步的FPGA系统设计。经过培训，学员可以掌握HDL语言的初步开发能力，并且解决FPGA产品开发过程中的常见问题，掌握基于FPGA的嵌入式系统（NIOSII）的设计和调试方法。

    培养对象
        FPGA系统的软件和硬件开发工程师；电子类专业的大学生和研究生；电子产品设计爱好者。

    入学要求
        学员学习本课程应具备下列基础知识：
        ◆电路系统的基本概念。

    班级规模及环境
       为了保证培训效果，增加互动环节，我们坚持小班授课，每期报名人数限5人，多余人员安排到下一期进行。
    上课时间和地点
上课地点：华东师范大学／银城大厦（上海市，地铁3号线或4号线金沙江路站旁）
最近开班有周末班/连续班/晚班
    学时
　    ◆课时： 共12天,96学时

        ◆外地学员：代理安排食宿（需提前预定）
        ☆合格学员免费颁发相关资格证书，提升您的职业资质
        作为最早专注于嵌入式培训的专业机构，曙海嵌入式学院提供的证书得到本行业的广泛认
        可，学员的能力得到大家的认同。
        ☆合格学员免费推荐工作  
    最新优惠
       ◆团体报名优惠措施：两人95折优惠，三人或三人以上9折优惠
　　　同时报选《FPGA应用设计高级班》，即享受400元现金优惠!

    质量保障
        1、培训过程中，如有部分内容理解不透或消化不好，可免费在以后培训班中重听；
        2、培训结束后免费提供一个月的技术支持，充分保证培训后出效果；
        3、培训合格学员可享受免费推荐就业机会。

    课程进度安排
课程大纲（本教学方案有两种语言版本，如果学员想学VHDL语言编程，我们可根据要求调整）
第一阶段

    第一阶段的课程主要帮助学员了解FPGA系统设计的基础知识，掌握FPGA最小系统硬件电路设计方法，学会操作QuartusII软件来完成FPGA的设计和开发。

1.可编程逻辑设计技术简介
2.下一代可编程逻辑设计技术展望
3.可编程逻辑器件硬件上的四大发展趋势
4.EDA软件设计方法及发展趋势
5.FPGA的设计流程
6.FPGA的常用开发工具
7.FPGA的基本结构
8.主流低成本FPGA Cyclone
9.新一代低成本FPGA Cyclone II
10.FPGA芯片的选型策略详解
11.FPGA关键电路的设计（最小电路设计）：
    11.1  FPGA管脚设计
    11.2  下载配置与调试接口电路设计
    11.3  高速SDRAM存储器接口电路设计
    11.4  异步SRAM（ASRAM）存储器接口电路设计
    11.5  FLASH存储器接口电路设计
    11.6  开关、按键与发光LED电路设计
    11.7  VGA接口电路设计
    11.8  PS/2鼠标及键盘接口电路设计
    11.9  RS-232串口
    11.10  字符型液晶显示器接口电路设计
    11.11  USB2.0接口芯片CY7C68013电路设计
    11.12  电源电路设计
    11.13  复位电路设计
    11.14  拨码开关电路设计
    11.15  i2c总线电路设计
    11.16  时钟电路设计
    11.17  图形液晶电路设计
12.Alter FPGA的结构
    12.1  Alter 高密度FPGA-Stratix的结构、内部逻辑单元及接口
    12.2  Alter 主流低成本FPGA-Cyclone,Cyclone II 的结构、内部逻辑单元及接口
    12.3  Alter FPGA的布线策略


1. 实战一：在Altera的FPGA开发板上运行一个接口实验程序-交通灯的设计实现，如何控制Red,Green,Yellow灯在南北东西各个方向的交替运作。

   训练课题：“交通灯的设计实现”
    实验要点：
    1.1  Quartus II工程创建及属性设置
    1.2  Quartus II源文件设计输入方式
    1.3  Quartus II约束设计
    1.4  Quartus II工程编译
    1.5  Quartus II功能仿真
    1.6  Quartus II时序仿真
    1.7  Quartus II硬件下载

第二阶段

    熟练掌握硬件描述语言(Verilog HDL)是FPGA工程师的基本要求。通过本节课程的学习，学员可以了解目前最流行的Verilog HDL语言的基本语法，掌握Verilog HDL语言中最常用的基本语法。通过本节课程学习，学员可以设计一些简单的FPGA程序，掌握组合逻辑和时序逻辑电路的设计方法。通过实战训练，学员可以对Verilog HDL语言有更深入的理解和认识。

1.Verilog HDL语言简介
2.Verilog HDL语言逻辑系统
3.Verilog HDL操作数和操作符
4.Verilog HDL和VHDL语言的对比
5.Verilog HDL循环语句
6.Verilog HDL程序的基本结构
7.Verilog HDL语言的数据类型和运算符
8.Verilog HDL语言的赋值语句和块语，阻塞和非阻塞赋值语句的区别
9.Verilog HDL语言的条件语句，包括IF语句和CASE语句的典型应用
10.Verilog HDL语言的其他常用语句
11.Verilog HDL语言实现组合逻辑电路
12.Verilog HDL语言实现时序逻辑电路


1. 实战训练二：
   训练课题：“多路选择器的设计”
    实验要点：
    1.1  Quartus II软件操作
    1.2  组合逻辑电路设计实现
    1.3  IF语句和CASE语句的使用
2. 实战训练三：
   训练课题：“跑马灯设计实现”
    实验要点：
    2.1  Quartus II软件操作
    2.2  时序逻辑电路设计实现
    2.3  分频原理和实现方法
3. 实战训练四：
   训练课题：“７段数码管测试实验-以动态扫描方式在８位数码管“同时”显示０-７”
   实验要点：
    3.1  Quartus II软件操作
    3.2  了解如何按一定的频率轮流向各个数码管的COM端送出低电平，同时送出对应的数据给各段。
    3.3  介绍多个数码管动态显示的方法。

第三阶段

    虽然利用第二阶段课程学到的HDL基本语法可以完成大部分的FPGA功能，但相对复杂的FPGA系统设计中，如果能够合理的应用Verilog HDL的高级语法结构，可以达到事半功倍的效果。通过第三天课程的学习，学员可以掌握任务（TASK），函数（FUNCTION）和有限状态机（FSM）的设计方法，可以更好的掌握FPGA的设计技术。此外，本节课程还介绍了QuartusII软件的两个常用的高级工具－SignalTAP和LogicLock，可以提高FPGA设计和调试的效率。

1. TASK和FUNCTION语句的应用场合
2. Verilog HDL高级语法结构－任务（TASK）
3. Verilog HDL高级语法结构－任务（FUNCTION）
4. 有限状态机(FSM)的设计原理及其代码风格
5. 逻辑综合的原则以及可综合的代码设计风格
6. SignalTap II在线逻辑分析仪使用方法
7. Logic Lock逻辑锁定工具使用技巧

1. 实战训练五：
   训练课题：“典型状态机设计实例”
   实验要点：
    1.1  FSM设计方法
    1.2  状态机的编码（Binary、gray-code、one-hot等）
    1.3  状态机的初始化状态和默认状态（完整状态机设计）
    1.4  状态机的状态定义风格
    1.5  状态机的编写风格
2. 实战训练六：
   训练课题：“拨码开关设计实验”
   实验要点：
    2.1  Quartus II原理图输入方式
    2.2  SignalTap II在线调试
    2.3 了解拨码开关的工作原理及电路设计
3. 实战训练七：
   训练课题：“矩阵键盘设计实验”
   实验要点：
    3.1  Quartus II原理图输入方式
    3.2 了解矩阵键盘的工作原理及电路设计

第四阶段

    随着FPGA芯片的性能和密度不断提高, 基于FPGA的SOPC系统正在逐渐成熟并且在很多领域得到了应用。第四阶段课程主要给学员介绍Altera公司基于NIOSII软核的SoPC系统设计流程和方法。通过硬件开发板上的SoPC系统设计实验，学员能够体会SoPC技术给系统设计带来的灵活性。最后通过FPGA综合设计实验，学员完成对四天学习内容的回顾和总结。

1. 基于FPGA的SOPC系统组成原理和典型方案
2. Altera公司的NIOS II 解决方案
3. 基于NIOS II的硬件系统设计流程
4. 基于NIOS II的软件系统设计流程
5. 基于NIOS II的软件系统调试方法

1. 实战训练八：
   训练课题：“存储器读写测试”
   实验要点：
    2.1  QuartusII SOPC Builder使用方法
    2.2  NIOSII IDE软件开发流程
    2.3  CFI接口FLASH芯片的读写方法
    2.4  NIOSII的CFI接口外设驱动调用方法

2. 实战训练九：
   训练课题：“FPGA综合设计实验”
   训练内容： 针对一个综合性实验题目，学员独立完成需求分析，结构设计，代码设计，仿真验证和程序下载固化。
   实验要点：
第五阶段
Alter的IP工具
1.IP的概念、Alter的IP
1.1 IP的概念
1.2 Alter可提供的 IP
1.3 Alter IP在设计中的作用
2.使用Alter的基本宏功能
2.定制基本的宏功能
2.1定制基本宏功能
2.2实现基本宏功能
2.3设计实例
3.使用Alter的IP核
3.1定制IP核
3.2实现IP核
3.3设计实例  
第六阶段
QUARTUS II 的常用辅助设计工具
1.I/O分配验证
1.1 I/O分配验证功能简介
1.2 I/O分配验证流程
1.3 用于I/O分配验证的输入
1.4 运行I/O分配验证
2. 功率分析
2.1Excel-base功率计算器
2.2Simulation-based功率估算
3.RTL阅读器
3.1RTL阅读器用户界面
3.2原理图的分页和模块层次的切换
3.3过滤原理图
3.4将原理图中的节点定位到源设计文件
3.5在原理图中查找节点或网线
3.6使用RTL阅读器分析设计中的问题
4.时序收敛平面布局规划器（Time Closure Floorplan）
4.1使用Time Closure Floorplan分析设计
4.2Time Closure Floorplan优化设计
5.Chip Editor底层编辑器
5.1Chip Editor功能详解
5.2使用Chip Editor的设计流程
5.3Chip Editor视图
5.4资源特性编辑器
5.5 Chip Editor的一般应用
6.工程更改管理(ECO)
6.1 ECO的应用范围
6.2 ECO的操作流程
6.3 使用Change Manager查看和管理更改
6.4 ECO验证
7.第三方EDA工具
7.1NativeLink与WYSIWYG
7.2 3种EDA工具的使用流程
7.3 QUARTUS II支持的第三方工具
8.综合的概念与Synplify/Synplify Pro综合工具
8.1Synplify Pro用户界面
8.2 Synplify Pro综合流程
8.3 Synplify Pro的其他综合技巧

第七阶段

    1.实战训练十：
   训练课题：“数码管进位与刷新综合设计实验”

    步骤一、详细一个铺垫性实验，通过它讲解数码管各种进位的方法，与进位代码的编写，其中注意：
　 a.数码管整体刷新和数码管动态扫描显示的区别和联系，怎样编写代码
　 b.编程中注意FPGA的精髓：并行运行
　 c.注意在传递数据的过程中，采用什么方法比较好
　步骤二、学员自己编写一个数字时钟程序
　 a.训练学员举一反三的能力
　 b.注意一些特殊用法
　步骤三、总结学员的出错原因，给出解决方法

    2.实战训练十一：

训练课题：“蜂鸣器怎样演奏音乐，怎样演奏梁祝的曲子”

    步骤一、详细一个铺垫性实验，通过它讲解怎样通过分频来实现音阶和音调，其中注意：
　 a.状态机的高级用法
　 b.怎样分频
　 c.注意在传递数据的过程中，采用什么方法比较好
    步骤二、学员自己编写一个数字时钟程序
　 a.训练学员举一反三的能力
　 b.注意一些特殊用法
    步骤三、总结学员的出错原因，给出解决方法

    3.实战训练十二：
    1. 内容的回顾与难点消化，解疑答惑
    2.编程中举一反三和融汇贯通训练
    3.  FPGA的程序固化方法  
第八阶段
知识详解：
    1.字符型液晶显示原理
    2.图形液晶显示原理
    3.彩色液晶显示原理详解，TFT 液晶显示原理详解
    4.UFB、STN、TFT比较  
1. 实战训练十二：
   训练课题：1602字符型液晶显示实验
   训练内容： 通过实验充分理解字符型液晶的显示原理，是怎样通过通过代码体现的，针对一个综合性实验题目，学员独立完成需求分析，结构设计，代码设计，仿真。

2. 实战训练十三：
   训练课题：“128x64图形液晶显示实验”
   训练内容： 通过实验充分理解字图形液晶的显示原理，是怎样通过通过代码体现的针对一个综合性实验题目，学员独立完成需求分析，结构设计，代码设计，仿真。  


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