基于fpga的简单运算器-课程设计

洛阳理工学院课程设计报告课程名称脉冲与数字电路设计题目简单运算器专业通信工程班级B1005000学号B100000姓名LLL完成日期2012年6月7日课程设计任务书设计题目：基于FPGA的简单运算器_________________________________________________________设计内容与要求：设计能够进行基本的+、-、/、*运算的简单运算器，并且下载验证成功指导教师：XXX2012年6月7日课程设计评语成绩：指导教师：_______________年月日洛阳理工学院课程设计报告1摘要本设计是一个运算器，由按键输入模块、控制信号产生模块、修正结果模块和显示模块四个模块外加逻辑运算部分总成。能够对数据进行各种运算，包括两个数的加减、与和异或。该运算器用QuartusII仿真软件设计，并测试功能正常，下载验证成功。关键词：运算器按键输入模块控制信号模块修正结果模块显示模块运算器模块洛阳理工学院课程设计报告2目录摘要..............................................................................................................1前言..............................................................................................................4第一章系统原理....................................................................................71.1编码原理..........................................................................................7第二章系统工作过程................................................................................82.1按键输入模块.................................................................................82.1.1工作原理.................................................................................82.1.2仿真分析...............................................................................102.2控制信号产生模块.......................................................................112.2.1工作原理...............................................................................112.2.2仿真分析...............................................................................132.3修正结果模块................................................................................132.3.1工作原理...............................................................................132.3.2仿真分析...............................................................................162.4显示模块.......................................................................................162.4.1工作原理...............................................................................162.5运算器模块...................................................................................182.5.1工作原理...............................................................................18第三章下载验证......................................................................................203.1各模块封装....................................................................................203.1.1KEY........................................................................................20洛阳理工学院课程设计报告33.1.2CP3.........................................................................................203.1.3XZJG......................................................................................213.1.4XIANSHI................................................................................213.1.5ysq...........................................................................................213.2引脚锁定设置................................................................................223.3配置文件下载...............................................................................233.4硬件测试.......................................................................................23结论......................................................................................................24参考文献..............................................................................................25洛阳理工学院课程设计报告4前言世界上第一片FPGA由美国Xilinx公司于1985年率先推出。进入21世纪之后，以FPGA为核心的单片系统（SOC）和可编程系统（SOPC）有了显著的发展，单片FPGA的集成规模已达到几百万门，其工作速度已超过300MHz。FPGA在结构上已经实现了复杂系统所需要的主要功能，并将多种功能集成在一片FPGA器件中，如嵌入式存储器、嵌入式乘法器、嵌入式处理器、高速I/O缓冲器、外置存储器接口和实现数字信号处理的DSP等功能。随着FPGA性能的不断完善，FPGA器件的种类日益丰富，受到世界范围内电子设计人员的普遍欢迎，并占据了较大的市场，其生产厂家也由原来的Xilinx公司一家增加到Altera、Actel、lattice等十几家公司。Altera公司的主要产品有：属于FPGA的FLEX、ACEX、APEX、Mercury、Excalibur、Stratix和Cyclone等系列；属于CPLD的MAX和Classic系列。开发工具有，被普遍认为是最优秀PLD开发平台之一的MAX+PlusII和支持APEX、Mercury、Excalibur、Stratix和Cyclone系列器件的QuartusII开发软件。Cyclone系列器件是Altera公司推出的低价位FPGA产品，是Stratix系列的简化版，分为CycloneI和CycloneII两个系列。CycloneI系列产品为基于1.5V、采用0.13um全铜SRAM工艺的低成本FPGA。CycloneII系列产品基于1.2V，采用0.09um全铜CMOS工艺，SRAM编程技术，其成本更低、容量更高、速度更快。它和高性能的StratixII系列的FPGA是目前Altera公司主流产品。我的运算器主要是用VHDL语言编写，以CycloneⅡ器件为依托，并下载到Altera仿真工具箱CycloneⅡ-EP2C5T144C8验证功能成功，能够初步完成运算器的雏形。随着大规模集成电路技术和计算机技术的高速发展，在涉及通信、国防、工业自动化、计算机设计与应用、仪器仪表等领域的电子系统设计工作中，FPGA技术的含量正以惊人的速度提升。电子类的新技术项目的开发也更多地依赖于FPGA技术的应用，特别是随着HDL等硬件描述语言综合功能和性能的提高，计算机中许多重要的元件（包括CPU）都用硬件描述语言来设计和表达，许多微机CPU、硬核嵌入式系统（如ARM、MIPS）、软核嵌入式系统（如NiosII）、大型CPU，乃至整个计算机系统都用FPGA来实现，即所谓的单片系统SOC或SOPC(SystemOnaChip、SystemOnaProgrammerableChip)。计算机和CPU的设计技术及洛阳理工学院课程设计报告5其实现途径进入了一个全新的时代！不但如此，传统的CPU结构模式，如冯诺依曼结构和哈佛结构正在接受巨大的挑战。例如美国WincomSystems公司推出一款令人惊叹的服务器，其核心部分是由FPGA完成的超强功能CPU。该系统工作能力超过50台DELL或IBM计算机，或SUNMicrosystems公司的服务器。该服务器的处理速度要比传统服务器快50到300倍。我们知道，传统的PC机及服务器通常采用诸如Intel公司的奔腾处理器或SUN公司的SPARC芯片作为中央处理单元，而WincomSystems的这款产品却没有采用微处理器，而是由FPGA芯片驱动。FPGA芯片的运行速度虽比奔腾处理器慢，但可并行处理多项任务，而微处理器一次仅能处理一项任务。因此，WincomSystems的服务器只需配置几个价格仅为2000多美元的FPGA芯片，便可击败SUN公司的服务器或采用Intel处理器的计算机。50多年前，匈牙利数学家冯诺依曼提出了计算机的设计构想：通过中央处理器从储存器中存取数据，并逐一处理各项任务。然而现在，却采用FPGA取代传统微处理器获得了更高的性能，致使美国Xilinx公司的首席执行官WillemRoelandts认为：“由冯诺依曼提出的电脑架构已经走到尽头”，“可编程芯片将掀起下一轮应用高潮”。FPG