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第一章 FPGA的结构、特点及应用范围1

第一节 FPGA概述1

第二节 XILINX FPGA的结构2

1.2.1 配置存储器3

1.2.2 CLB4

1.2.3 IOB5

1.2.4 可编程互连7

1.2.4.1 通用互连8

1.2.4.2 直接互连线10

1.2.4.3 长线11

1.2.4.4 内部总线12

1.2.5 晶振14

1.2.6 芯片品种14

第三节 应用范围17

第二章 FPGA设计实现流程及一个实例19

第一节 FPGA设计实现流程19

第二节 FPGA设计实现的一个实例20

2.2.1 系统描述20

2.2.2 设计输入22

2.2.3 转换22

2.2.4 功能验证29

2.2.5 布局布线31

2.2.6 后验证33

2.2.7 生成配置文件34

2.2.8 电路实现35

第三章 FPGA开发系统与设计方法37

第一节 FPGA开发系统介绍37

3.1.1 XILINX FPGA开发系统构成37

3.1.2 XILINX FPGA开发系统安装38

3.1.3 XILINX FPGA开发系统菜单命令42

3.1.4 使用菜单和命令45

第二节 UTILITIES与PROFILE菜单命令47

3.2.1 UTILITIES菜单命令47

3.2.2 PROFILE菜单命令48

第三节 设计输入52

3.3.1 ORCAD/SDT52

3.3.1.1 环境配置（DRAFT/C）52

3.3.1.2 绘制原理图（DRAFT）55

3.3.1.2.1 Again—再执行55

3.3.1.2.2 Block—块操作命令55

3.3.1.2.3 Condition—环境命令56

3.3.1.2.4 Delete—删除命令56

3.3.1.2.5 Edit—编辑命令57

3.3.1.2.6 Find—查找58

3.3.1.2.7 Get—取元件58

3.3.1.2.8 Hardcopy—打印命令59

3.3.1.2.9 Jump—跳转59

3.3.1.2.10 Library—元件库59

3.3.1.2.11 Macro—宏命令60

3.3.1.2.12 Place—放置命令61

3.3.1.2.13 Quit—退出命令62

3.3.1.2.14 Repeat—重复命令63

3.3.1.2.15 Set—设置命令63

3.3.1.2.16 Tag—标记命令64

3.3.1.2.17 Zoom—比例变化64

3.3.2 PALASM简介64

3.3.2.1 CHIP语句65

3.3.2.2 EQUATIONS语句66

3.3.2.3 STRING语句68

3.3.2.4 内部信号68

3.3.2.5 特殊PAL的特殊处理69

3.3.2.6 不支持的PAL特性69

3.3.2.7 PDS2XNF允许的扩充功能总结69

3.3.2.8 PDS2XNF能辨认的PAL型号69

3.3.2.9 将PALASN转换成XC2000系列LCA70

3.3.2.10 将PALASM转换成XC3000系列LCA70

3.3.2.11 信号命名原则70

3.3.2.12 将现有的PAL设计转换成PALASN71

3.3.2.13 使用PALASM作新设计的注意72

3.3.3 LCA元件库72

3.3.3.1 2000系列库概况72

3.3.3.1.1 XC2000系列基本组合逻辑73

3.3.3.1.2 XC2000系列基本镇存器和触发器73

3.3.3.1.3 XC2000系列基本I/O75

3.3.3.1.4 XC2000系列反相器和缓冲器75

3.3.3.1.5 XC2000系列符号宏列表77

3.3.3.2 3000系列库概况79

3.3.3.2.1 XC3000系列基本组合逻辑80

3.3.3.2.2 XC3000系列基本触发器80

3.3.3.2.3 XC3000系列基本I/O81

3.3.3.2.4 XC3000系列反相器和缓冲器84

3.3.3.2.5 XC3000系列PULLUP符号84

3.3.3.2.6 XC3000系列符号宏列表85

3.3.3.3 使用LCA特殊原理图符号选择项87

3.3.3.3.1 网标记（NET TAGs）88

3.3.3.3.2 规定一个LCA块位置（对XACT）89

3.3.3.3.3 规定一个LCA块名（对XACT）90

3.3.3.3.4 规定3000系列其它选择项90

3.3.3.3.5 CLB和IOB原始符号概述91

3.3.3.3.6 利用UPAD脚上的触发器94

3.3.3.3.7 基本时钟缓冲器97

3.3.3.3.8 晶振97

第四节 TRANSLATE文件转换98

3.4.1 ANNOTATE与CLEANUP98

3.4.1.1 ANNOTATE—原理图标注98

3.4.1.2 CLEANUP—原理图整理100

3.4.2 NETLIST—网表生成101

3.4.3 PIN2XNF—网表转换106

3.4.4 PDS2XNF—PAL设计转换114

3.4.5 XNFOPT—逻辑化简116

3.4.5.1 逻辑综合116

3.4.5.2 XNFOPT程序—用于LCA的逻辑优化116

3.4.6 XNFMERGE—合并122

3.4.6.1 XNFMERGE程序的作用122

3.4.6.2 XNFNERGE命令格式和选择项描述124

3.4.6.3 确定一个符号所引用的文件125

3.4.6.4 不同层次间信号的连接125

3.4.6.5 合并报告文件.NRG127

3.4.7 XNFDRC—设计规则检查127

3.4.8 XNFMAP—分块129

3.4.8.1 XNFMAP命令格式130

3.4.8.2 XNFMAP选择项130

3.4.8.3 用寄存器排序的输出信号名命名规范132

3.4.8.4 XNFMAP程序运行过程132

3.4.8.5 XNFMAP举例133

3.4.8.6 XNFMAP错误信息表139

3.4.9 MAP2LCA—映射147

3.4.9.1 MAP2LCA命令格式147

3.4.9.2 MMAP2LCA所用的文件148

3.4.9.3 NAP2LCA处理过程148

3.4.9.4 MAP2LCA错误信息148

3.4.9.5 MAP2LCA运行举例149

3.4.10 XMAKE—自动转换149

3.4.10.1 XMAKE命令格式150

3.4.10.2 XNAKE处理过程150

3.4.10.3 XMAKE选择项150

3.4.10.4 输出文件151

3.4.10.5 使用．MAK文件152

第五节 自动布局布线155

3.5.1 APR155

3.5.1.1 APR程序格式155

3.5.1.2 APR各选择项功能155

3.5.2 APRLOOP158

3.5.2.1 APRLOOP程序格式158

3.5.2.2 APRLOOP选择项158

3.5.3 使用APR限制159

3.5.4 APR使用的文件163

3.5.5 先进的选择项应用技术168

3.5.5.1 -G选择项的使用168

3.5.5.2 使用选择项组合168

3.5.6 APR退火过程信息170

第六节 验证171

3.6.1 验证概述171

3.6.1.1 验证的作用171

3.6.1.2 功能验证和后验证171

3.6.2 用于验证的网表转换程序172

3.6.2.1 ORCAD/VST设计流程172

3.6.2.2 LCA2XNF程序173

3.6.2.3 XNFCVT程序174

3.6.2.4 XNF2VST程序176

3.6.2.4.1 XNF2VST命令176

3.6.2.4.2 XNF2VST增加的信号名176

3.6.2.4.3 网命名规范178

3.6.2.4.4 XNF2VST输出文件180

3.6.2.4.5 XNF2VST错误信息181

3.6.2.5 CHECKNET程序182

3.6.3 ORCAD/VST模拟验证183

3.6.3.1 配置ORCAD/VST到XILINX183

3.6.3.2 运行ORCAD/VST模拟验证程序184

3.6.3.3 ORCAD/VST详细介绍188

3.6.3.3.1 推荐的ORCAD/VST目录安排188

3.6.3.3.2 ORCAD/VST配置188

3.6.3.3.3 Simulate程序命令190

3.6.3.3.4 ORCAD/VST实用程序TVGEN和SPOOLTV203

3.6.3.3.5 模拟验证举例206

3.6.3.4 VST验证限制206

3.6.4 DOWNLOAD电缆实体验证207

3.6.4.1 下装电缆和目标系统的连接207

3.6.4.2 使用下装电缆208

3.6.4.3 下装电缆自检210

3.6.4.4 下装电缆与XACTOR比较211

第七节 XACT212

3.7.1 XACT执行器212

3.7.1.1 PROGRAMS菜单命令213

3.7.1.2 DESIGN菜单命令214

3.7.1.3 PROFILE菜单命令215

3.7.1.4 XACT打印机支持218

3.7.2 EDITLCA程序（手工布局布线）220

3.7.2.1 显示结构220

3.7.2.1.1 PIE显示结构220

3.7.2.1.2 块编辑器显示结构222

3.7.2.2 命令输入225

3.7.2.3 EDITLCA菜单命令226

3.7.2.3.1 NET菜单命令227

3.7.2.3.2 PIN菜单命令229

3.7.2.3.3 BLK菜单命令231

3.7.2.3.4 CONFIG菜单命令234

3.7.2.3.5 SCREEN菜单命令239

3.7.2.3.6 MISC菜单命令243

3.7.2.3.7 PROFILE菜单命令248

3.7.2.3.8 APRCON菜单命令250

3.7.3 NAKEBITS程序251

3.7.3.1 CONFIG菜单命令251

3.7.3.2 DOWNLOAD菜单命令253

3.7.3.3 MISC菜单命令253

3.7.3.4 PROFILE菜单命令255

3.7.3.5 TIE选择项256

3.7.4 MAKEPROM程序257

3.7.4.1 PROM菜单命令258

3.7.4.2 MISC菜单命令259

3.7.4.3 PROFILE菜单命令260

3.7.4.4 典型命令序列260

第八节 建库262

3.8.1 建立用户符号库262

3.8.1.1 建立库元件符号262

3.8.1.2 产生库元件的网表文件263

3.8.1.3 验证所建的库的功能264

3.8.2 建立用户宏265

第四章 FPGA电路实现及应用266

第一节 LCA芯片管脚说明266

4.1.1 固定脚描述266

4.1.2 有特殊功能的用户I/O脚267

4.1.3 无限制用户I/O脚268

4.1.4 XC3000系列脚分配268

第二节 LCA编程及几种配置模式269

4.2.1 LCA编程269

4.2.1.1 初始化269

4.2.1.2 配置数据272

4.2.2 主模式272

4.2.2.1 串行主模式272

4.2.2.2 并行主模式273

4.2.3 外设模式274

4.2.4 从模式275

4.2.5 菊花链275

4.2.6 特殊配置功能277

4.2.6.1 输入门限277

4.2.6.2 读回配置277

4.2.6.3 重新编程277

4.2.6.4 DONE上拉278

4.2.6.5 DOME定时278

4.2.6.6 RESET定时278

4.2.6.7 晶振分频278

第三节 常用电路的设计278

4.3.1 通用可编程定时器/计数器的设计278

4.3.1.1 同步时序逻辑实现可编程定时器／计数器278

4.3.1.2 异步时序逻辑实现可编程定时器／计数器279

4.3.1.3 时序译码电路芯片——一个实用的XC3064设计280

4.3.2 总线电路的设计281

4.3.2.1 输入脚283

4.3.2.2 输出脚283

4.3.2.3 输出三态脚283

4.3.2.4 输入输出双向脚283

4.3.2.5 双口RAM控制芯片——一个实用的XC3042设计283

4.3.3 特殊设计举例284

4.3.3.1 使用CLB和IOB符号284

4.3.3.2 使用PAL符号287

4.3.3.3 预先定义管脚排列287

4.3.3.4 一片EPROM配置多片LCA288

附录A：FPGA设计总结——各设计命令总结列表289

附录B：LCA器件管脚排列303

附录C：LCA器件电性能参数312