前言

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，系統(tǒng)向著高速度、低功耗、低電壓和網(wǎng)絡(luò)化、移動化方向發(fā)展，各個領(lǐng)域?qū)﹄娐返囊笤絹碓礁撸瑐鹘y(tǒng)單一功能的集成電路很難滿足發(fā)展的需求，而可編程邏輯器件（CPLD/FPGA）可以方便地通過對邏輯結(jié)構(gòu)的修改和配置，完成對系統(tǒng)和設(shè)備的升級。

FPGA（Field Programmable Gate Array）即現(xiàn)場可編程門陣列，是在 PAL, GAL, EPLD, CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是ASIC領(lǐng)域中的一種半定制電路，這種電路既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路有限的缺點。FPGA 的主要設(shè)計和生產(chǎn)廠家有Xilinx, Altera, Lattice, Actel, Atmel和QuickLogic等公司，其中規(guī)模最大的是Xilinx, Altera, Lattice三家公司。

Xilinx 公司是 FPGA 器件的發(fā)明者，目前已成為全球最大的可編程邏輯器件制造商，特別是在通信領(lǐng)域，Xilinx 不僅是一個提供通信器件的供貨商，同時還是通信標(biāo)準(zhǔn)制定的參與者，以及系統(tǒng)集成和系統(tǒng)解決方案的策劃者。許多高等學(xué)校、研究院所、企業(yè)公司都采用Xilinx的方案與芯片進(jìn)行研究與開發(fā)。

本教程依托的實驗與設(shè)計平臺由Xilinx公司設(shè)計的XUP Virtex-Ⅱ Pro開發(fā)系統(tǒng)所構(gòu)成，在利用該系統(tǒng)進(jìn)行FPGA的學(xué)習(xí)和實踐過程中，首先需要整體了解FPGA的基本工作原理，然后需要學(xué)習(xí)Verilog語言，另外最好還需要有微處理器以及嵌入式微處理器的相關(guān)知識，這樣才能更好地理解本教程所述內(nèi)容，也才能更好地利用FPGA來完成所要面對的工作。

第1章對FPGA的原理和技術(shù)進(jìn)行了概要的描述；第2章給出了從事FPGA研究和設(shè)計所需要具備的一些基礎(chǔ)知識；第3章介紹了合眾達(dá)公司提供的SEED-XDTK XUPV2Pro系統(tǒng)平臺的結(jié)構(gòu)以及模塊的原理和特性；第4章介紹了ISE 9.1，EDK 9.1，ChipScope Pro 9.1，KCPSM3等仿真與設(shè)計工具的安裝與使用說明；第5章通過一系列的實驗，描述了ISE工具軟件在FPGA的項目設(shè)計的作用和基本操作步驟；第6章通過一系列的實驗，描述了ChipScope Pro工具軟件的應(yīng)用方法；第7章通過描述SOPC基礎(chǔ)實驗，使學(xué)習(xí)者能夠打下開展SOPC設(shè)計的基礎(chǔ)；第8章通過實驗介紹了如何使用FPGA來實現(xiàn)一些常見的數(shù)字電路的功能；第9章給出了一些比較典型的設(shè)計實例。

本書具有的主要特色是：結(jié)合Xilinx公司V2的FPGA芯片，通過一系列的實驗環(huán)節(jié)，介紹了 FPGA芯片及開發(fā)平臺的結(jié)構(gòu)、工作原理、主要技術(shù)和應(yīng)用設(shè)計與實現(xiàn)的流程。本書注重動手能力的培養(yǎng)，重視具體設(shè)計與實現(xiàn)，書中的所有過程都體現(xiàn)了由基礎(chǔ)理論到應(yīng)用設(shè)計的描述，從而引導(dǎo)學(xué)習(xí)者由淺入深地實現(xiàn)從數(shù)字電路基本功能的設(shè)計到微處理器控制下的應(yīng)用設(shè)計。特別是本教程通過大量的簡單設(shè)計實例，將FPGA與微處理器的嵌入式設(shè)計引入到了學(xué)習(xí)過程中，強化了學(xué)習(xí)者對片上系統(tǒng)的理解和應(yīng)用。

本書可作為電子信息類本科生和碩士研究生學(xué)習(xí)FPGA應(yīng)用技術(shù)的教材，也可供從事電子電路系統(tǒng)設(shè)計的工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)參考。希望通過本教程的學(xué)習(xí)能夠讓學(xué)習(xí)者較快地了解和掌握FPGA的基本知識和應(yīng)用技術(shù)，以及FPGA的設(shè)計思想和設(shè)計方法。本書的建議授課學(xué)時數(shù)為54～72學(xué)時。為方便教學(xué)，本書為任課教師提供免費電子教學(xué)課件，可登錄華信教育資源網(wǎng)（http://www.huaxin.edu.cn）注冊下載或發(fā)送電子郵件至duandh@phei.com.cn索取，歡迎任課教師及時反饋授課心得和建議。

本書承華中科技大學(xué)楊曉非教授和武漢理工大學(xué)吳友宇教授審閱，他們對本書的編寫提出了不少寶貴意見和有益的建議，在此表示誠摯的感謝。

限于編者的水平和經(jīng)驗，書中難免存在錯誤和不妥之處，敬請廣大讀者批評指正。

編著者

2009年3月