导言
在许多嵌入式体系的实践运用中，需求扩展FP-GA（现场可编程门阵列）模块，将CPU完结有困难或完结功率低的部分用FPGA完结，如数字信号处理、硬件数字滤波器、各种算法等，或许运用FPGA来扩展I／O接口，如完结多路PWM（脉宽调制）输出、完结PCI接口扩展等。经过合理的体系软硬件功用区分，结合优异高效的FPGA规划，整个嵌入式体系的功率和功用能够得到最大极限的进步。
在电机操控等许多运用场合，需求发生多路频率和脉冲宽度可调的PWM波形。本文用Altera公司FPGA产品开发东西QuartusⅡ，规划了6路PWM输出接口，并下载到FPGA，完结与CPU的协同作业。
1、 FPGA概述
PLD（可编程逻辑器材）可分为SPLD（简略可编程逻辑器材），CPLD（杂乱可编程逻辑器材）和FPGA，其实它们只是在起先有一些不同，现在的差异现已比较含糊了，PLD可统称为FPGA。现在国际上有十几家出产CPLD／FPGA的公司，知名度较大的有Altera，Xil-inx，Lattice，Actel等，其间Altera和Xilinx占有了60%以上的市场份额。
Altera公司是最大PLD供货商之一，20世纪90年代今后开展很快。主要产品有：MAX3000／7000、FLEX10K、APEX20K、ACEX1K、StraTIX、Cyclone等。开发软件为MaxplusⅡ和QuartusⅡ。普遍认为其开发东西MaxplusⅡ和QuartusⅡ是最成功的FPGA开发渠道之一，合作运用Altera公司供给的免费OEM HDL归纳东西能够到达较高的功率。
关于体系规划人员来说，FPGA是一种能够自己编程的芯片。它从芯片制作厂商那里出来时是内部没有连线的。用户能够进行规划输人（电路图输入、状态机输入或许HDL输入）；然后进行仿真和验证；接着用一些专用软件（如Synopsys FPGA-Compiler、Synplici-ty Synplify、Examplar Leonardo等）进行逻辑归纳；终究运用各个FPGA厂商本身的后端完结的软件（如Al-tera Quartus、Xilinx ISE等）进行布局布线，生成一个装备所需规划的电路连线联系的二进制流文件，经过一根衔接PC机和FPGA芯片的下载线，将装备文件下载到芯片中。
本文以运用QuartusⅡ软件规划PWM为例，介绍FPGA规划的流程，它包含规划输入、束缚输入、逻辑归纳、逻辑验证（归纳后仿真）、布局布线（器材完结）和器材验证等几部分。
2、 多路PWM的规划完结
PWM技能开始是在无线电技能中用于信号的调制，后来在电机调速中得到了很好的运用。在直流伺服操控体系中，经过专用集成芯片或中小规划数字集成电路构成的传统PWM操控电路往往存在电路规划杂乱、体积大、抗干扰能力差以及规划困难、规划周期长等缺陷，因而PWM操控电路的模块化、集成化已成为开展趋势。它不仅能够使体系体积减小、分量减轻且功耗下降，一起可使体系的可靠性大大进步。跟着电子技能的开展，特别是ASIC（专用集成电路）规划技能的日趋完善，数字化的EDA（电子规划自动化）东西给电子规划带来了巨大革新，在电机操控等许多运用场合，需求发生多路频率和脉冲宽度可调的PWM波形，这可经过FPGA丰厚的硬件资源和能够装备I／O引脚来完结。嵌入式体系中FPGA的运用规划关键是体系软硬件功用的区分。
CPU经过数据线向FPGA写入守时常数操控PWM的频率、初始相位和占空比，并经过外部发动信号操控PWM的发动。
写出完结相应功用的Verilog程序描绘。部分源程序如下：
QuartusⅡ中新建一个项目／文件时可选的规划输入（在Software Files和Other Files标签中还要其他规划输入办法挑选），该窗口从菜单“File”→“New”翻开，图中显现了“Device Design files”标签下的规划输入办法有AHDL（Altera 公司开发的HDL言语）、方块图／原理图、EDIF、Verilog和VHDL输入办法。另外在“Software Files‘’和”Other Files“标签下还有TCL言语、波形图等其他输入办法。
3、 逻辑仿真和器材验证
行为级仿真是在HDL源代码规划完结之后，经过规划测验渠道文件（鼓励和测验矢量）来验证规划的正确性。逻辑仿真是在逻辑归纳之后，对生成的门级网表进行验证。测验渠道文件与选用行为级仿真的测验渠道文件，这样能够确保规划验证的共同性。而且，逻辑验证是一种抱负的门级网表，不存在延时信息。器材验证也称地图后仿真，它是在FPGA完结之后，提取出门级网表和延时信息进行验证，测验渠道文件与行为级相同。器材验证成果是比较挨近实在硬件的成果。彻底经过这3层的验证，根本上能够确保规划的成果与测验渠道文件共同。
行为仿真和器材仿真也可直接在QuartusⅡ中进行，其间输入鼓励波形和输出调查节点在QuartusⅡ波形输入窗口进行设置，在规划经过功用仿真后，需求进一步挑选器材仿真以验证规划的正确性。器材仿真时包含了所挑选的对应FPGA预算延时或实践延时信息，故仿真速度较功用仿真慢许多。经过仿真能够及早发现规划中的过错，并根据具体情况进行修正，包含修正硬件完结架构、规划代码、束缚条件等一个或多个方面。器材仿真经往后，则能够将规划下载到芯片，进行硬件功用验证。
在564 ps时间CPU向PWM写入新的操控常数后，下一个周期的PWM输出占空比马上发生了相应改动。
相应规划在QuartusⅡ下编译经往后进行器材仿真的波形，由图4可见，其时序功用正确。经过器材下载编程办法下载到相应的FPGA，就能够结合整个嵌入式体系进行硬件调试。
4、 结束语
在FPGA开发软件中完结规划今后，软件会发生一个终究的编程文件，QuartusⅡ中是.pof或.sof。现在的FPGA根本都选用在体系编程办法，关于EEP-ROM／Flask／SRAM工艺的在体系可编程FPGA，厂家供给编程电缆，如Altera公司供给的下载电缆类型有ByteBlasterⅡ并口下载电缆、USB BlasterTMUSB口下载电缆、MasterBlaster 通讯缆线（USB或RS-232端口）等，其装备办法能够有自动／被迫串行装备办法、JTAG办法等。电缆一端装在计算机的相应接口上，另一端接至PCB（印制电路板）上的编程插头，它向体系板上的器材供给装备或编程数据，这便是所谓的ISP（在线体系编程）。
在电机操控等许多运用场合，需求发生多路频率和脉冲宽度可调的PWM波形，本文经过运用Altera公司FPGA产品开发东西QuartusⅡ，规划了6路PWM输出接口，并下载到FPGA，完结与CPU的协同作业。在嵌入式体系中经过FPGA扩展体系功用的规划是一种有用的办法。
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