FPGA应用设计初级培训课程

FPGA应用设计初级培训课程

课程背景

FPGA的初学者设计了这个课程，着重介绍FPGA技术基础、Verilog语言及基于嵌入式软核处理器的SOPC系统设计方法。

课程目标

     1.熟悉FPGA典型器件型号及结构
    2.熟练FPGA设计流程及开发方法
    3.掌握Verilog语言设计方法
    4.掌握状态机设计方法
    5.掌握FPGA的仿真及调试方法
    6.熟练SOPC系统设计流程
    7.掌握NIOS II/Microblaze硬件系统设计方法
    8.掌握NIOS II/Microblaze软件系统设计方法
    9.掌握自定义组件的硬件设计、驱动设计、及软件设计方法
    10.掌握嵌入式软核系统的调试方法
    11.掌握FPGA常用接口的设计方法
    12.掌握相关开发工具的使用方法

课程内容

1. FPGA典型应用及解决方案
   本节将介绍FPGA在不同领域应用的优势，帮助学员了解FPGA的应用场合及常见的解决方案。

2. FPGA典型器件型号及结构
   本节将介绍主流FPGA厂商的传统、主流及最新型号的器件特点，帮助学员掌握几种最常见的FPGA器件的结构，

了解最新的FPGA器件型号特点，掌握FPGA器件选型的原则和方法。

3. FPGA设计流程及开发方法
   本节围绕FPGA的设计流程，介绍主流FPGA厂商的开发工具链，重点讲授关键设计环节的工具特点，使学员掌握

FPGA设计流程的各个环节及对应的开发方法。

4. FPGA实验平台介绍
   本节简要介绍课程使用的实验开发平台：红色飓风系列开发板，对其资源配置、设计理念、使用方法等进行介

绍，使学员具备在此实验平台开展FPGA设计开发的基础。

5. 解剖一个典型的FPGA工程
   本节以一个典型的FPGA工程为基础，手把手为学员讲授FPGA工程中的关键要素，要素的设计方法及作用。帮助

学员迅速掌握FPGA开发的主要环节。

6. 实战训练
   本节由学员动手，在FPGA实验平台上完成第一个FPGA工程设计。学员根据实验手册一步一步的完成一个功能直

观步骤完整的FPGA设计，总结在FPGA设计过程中常见的错误和问题。

7. FPGA设计输入方法
   本节针对FPGA开发过程中的主要工作——设计输入——进行详细分析，帮助学员掌握常见设计输入方法，仿真

激励文件设计方法，理解硬件描述语言的可综合设计风格。

8. FPGA常用资源结构特点及调用方法
   本节将学习FPGA器件的工艺结构，详细介绍FPGA的各种逻辑资源特点及调用方法，帮助学员深刻理解FPGA的各

种内部资源，为系统的进行FPGA开发打下基础。

9. 有限状态机设计
   本节讲授数字系统设计中最常见的结构设计方法——有限状态机，通过学习学员将掌握状态机设计中的状态划

分原则及硬件描述语言实现方法。

10. FPGA设计原则及常用设计技巧
   本节介绍FPGA设计中应遵循的设计原则和常用设计技巧，通过学习学员可从更高的层次上理解数字系统的设计

11. 设计输入与验证实战训练
   本节让学员动手去完成既定的实验任务，在实践中掌握硬件描述语言的编写方法及系统设计的模块化设计方法

12. 实时硬件调试实战训练

本节通过实验演示及学员动手相结合，是学员掌握FPGA实时调试工具——虚拟逻辑分析仪——的使用方法，提

高FPGA调试测试的技能。

13. SOPC系统基础及典型解决方案
   本节讲授SOPC系统的基础知识及SOPC的构成要素，介绍当前典型的几种SOPC解决方案及优缺点，使学员对SOPC

有一个基本的认识。

14. Altera NIOS II解决方案
   本节基于Altera NIOS II软核处理器，通过一个典型的工业数据采集SOPC系统工程，详细介绍NIOS II SOPC解

决方案的构成要素。通过学习，学员将从整体上理解NIOS II SOPC解决方案的架构和重要的构成要素，学会使用原

理图和硬件描述语言的方式调用SOPC工程模块。
 

15. NIOS II解决方案的系统设计流程
   本节为学员讲述NIOS II解决方案的系统设计流程，通过学习学员可以从流程上清晰地理解SOPC设计的各个主要

环节。
 

16. SOPC Builder开发环境及使用方法
   本节基于实验平台的一个SOPC最小系统工程，介绍SOPC Builder工具环境的使用方法。学员可学会使用该工具

建立SOPC系统，掌握该工具提供的主要功能。

17. SOPC Builder实战训练
   本节由学员动手设计并实现一个简单的处理器控制系统，在实践中加深对SOPC硬件设计流程及常见组件的使用

方法，熟练SOPC Builder工具的操作。

18. NIOS II解决方案的软件架构
   本节主要讲授NIOS II解决方案的软件架构，主要围绕硬件抽象层，API和用户应用程序三个方面进行介绍，使

学员深入了解NIOS II解决方案的软件设计要素。
 

19. NIOS II IDE开发环境及使用方法
   本节为学员介绍NIOS II IDE软件及其工具链的使用方法，按照SOPC软件设计流程对重要的设计步骤进行讲解，

使学员学会使用NIOS II IDE工具，了解SOPC软件设计及调试方法。

20. NIOS II IDE实战训练
   本节由学员动手在前一天设计的简单的处理器控制系统上添加软件功能，理解SOPC系统中软件实现方法和硬件

实现方法的区别，掌握SOPC软件设计及调试方法，熟练NIOS II IDE工具的操作。

21. SOPC软件工程实例分析
   本节基于典型的工业数据采集SOPC系统的软件结构，为学员介绍常见的SOPC外围组件的软件控制方法，介绍自

定义外围组件的HAL设计及API封装方法，使学员具备开发SOPC外围接口的能力。
 

22. SOPC系统综合训练
   本节提出一个SOPC系统需求，要求学员设计一个图像显示系统的SOPC结构，并在实验平台上实现。通过这个综

合训练，使学员融会贯通的使用SOPC系统结构设计、FPGA硬件设计、SOPC软硬件协同设计等方法。具备从需求到实

现的设计开发能力。