Xilinx ISE 9.X FPGA/CPLD设计指南

第1章　FPGA设计简介　1
1.1　FPGA结构简介　2
1.1.1　总体结构　2
1.1.2　可配置逻辑块CLB　3
1.1.3　输入输出模块(Input/Output Block)　6
1.1.4　块RAM(BlockRAM)　9
1.2　最新FPGA产品──Virtex-5　10
1.2.1　Virtex-5的特点　10
1.2.2　Virtex-5 LX/LXT平台简介　12
1.2.3　Virtex-5核心技术　15
1.3　Virtex-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
1.3.5　PCI Express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
1.5　FPGA核心设计流程　30
1.6　FPGA设计工具简介　32
1.6.1　Xilinx FPGA设计必备工具──ISE　32
1.6.2　Xilinx FPGA设计可选工具　35
1.6.3　嵌入式开发套件──EDK　36
1.6.4　Xilinx FPGA的DSP设计工具　36
1.6.5　最常用的FPGA仿真工具──ModelSim　37
1.7　实践──运行第一个ISE实例　39
1.8　Xilinx FPGA设计资源　44
1.8.1　Virtex-5相关文档　44
1.8.2　ISE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FPGA　76
2.10　使用Core Generator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
3.1　ModelSim的用户接口　89
3.1.1　行为仿真　92
3.1.2　时序仿真　95
3.2　ModelSim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
3.5　ModelSim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
3.6　ModelSim的其他常用操作　141
3.6.1　自动仿真　141
3.6.2　WLF文件　143
3.6.3　波形比较　146
3.6.4　SDF文件　150
3.6.5　VCD文件　151
3.7　ISim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Xplorer　157
4.1　XST综述　157
4.1.1　XST综合属性设置　158
4.2　Xplorer　169
4.2.1　Xplorer概述　169
4.2.2　Xplorer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
5.3.1　TNM约束　184
5.3.2　TNM_NET约束　187
5.3.3　TIMEGRP约束　187
5.3.4　TPTHRU约束　188
5.3.5　TPSYNC约束　188
5.4　约束编辑器──Constraints Editor　189
5.4.1　Constraints Editor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──PACE　198
5.5.1　PACE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
5.6.2　UCF、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
6.2　FPGA配置简介　210
6.2.1　FPGA的配置模式　210
6.2.2　FPGA的配置流程　212
6.2.3　FPGA配置电路简介　214
6.3　配置文件的种类　218
6.4　iMPACT的使用　220
6.4.1　iMPACT的用户界面　220
6.4.2　用iMPACT下载配置文件　223
6.5　System ACE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ChipScope Pro　235
7.1　概述　235
7.2　ChipScope Pro简介　237
7.3　ChipScope Pro的使用流程　239
7.4　ChipScope Pro Core Inserter 应用实例　241
7.5　ChipScope Pro Analyzer　247
7.6　ChipScope Pro Serial IO Toolkit　252
7.6.1　RocketIO Multi-Gigabit简介　253
7.6.2　使用ChipScope Pro Serial IO Toolkit　254
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──Floorplanner　259
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
8.2　FPGA底层编辑器──FPGA Editor　270
8.2.1　FPGA底层编辑器的用户接口　270
8.2.2　FPGA底层编辑器的作用　271
8.2.3　FPGA底层编辑器输入输出文件　273
8.2.4　FPGA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XPower　281
8.3.1　XPower综述　281
8.3.2　XPower的用户界面　282
8.3.3　用XPower分析功耗　284
8.4　时序分析器──Timing Analyzer　287
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
9.1　PicoBlaze嵌入式系统示例　303
9.1.1　PicoBalze嵌入式演示系统描述　303
9.1.2　PicoBlaze演示系统各模块说明　304
9.1.3　PicoBlaze汇编语言与KCPSM3编译器　309
9.1.4　KCPSM3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
9.2　MicroBlaze嵌入式系统示例　315
9.2.1　EDK工具介绍　316
9.2.2　MicroBlaze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IP　324
9.2.7　MHS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
10.1　I2C总线简介　339
10.1.1　I2C总线上的数据传输　341
10.1.2　I2C总线寻址　343
10.1.3　时钟同步与仲裁　344
10.1.4　I2C协议的扩展　346
10.2　I2C总线应用实例──AT24C系列EEPROM　346
10.2.1　AT24C02概述　346
10.2.2　写操作　347
10.2.3　读操作　348
10.2.4　AT24C在IC卡中的应用简介　349
10.3　I2C总线控制器设计详解　349
10.3.1　I2C总线控制器总体描述　350
10.3.2　μC接口设计　351
10.3.3　I2C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