FPGA设计与开发（系统设计与接口实现）-火龙果软件- UML软件工程组织

课程讲授基于FPGA的数字系统和接口电路设计的关键技术，从常用外设接口、ADC/DAC、SERDES高速接口、RapidIO接口、PCI-E接口和存储器接口等方面引导学员深入学习理解FPGA数字系统以及接口开发的本质。
本课程首先从硬件设计角度来阐述FPGA系统在设计中应该注意的问题，使学员在短时间内掌握FPGA数字系统的设计要领。其次，介绍常规接口开发的相关方法，开发常用的UART、SPI、I2C等接口的驱动开发方法。第三，讲述板级对外通信接口，包括USB接口、以太网接口的设计与实现。第四，以视频接口ADC/DAC、高速ADC（200Mbps采样）/DAC为例介绍如何基于Xilinx FPGA完成电路设计、驱动设计以及系统实现所需的各个方面。第五，重点讲述SERDES关键技术和开发，Rapid IO和PCI-E等高速接口。第六，介绍SRAM、DDR2/3 SDRAM存储控制器等常用存储器的使用，并分别给出相应的设计方法。

课程内容结合了大量培训讲师的科研教学实践成果，理论丰富，实验内容合理，具有非常强的系统性和实用性，可以引导学员快速提高FPGA数字系统设计水平，从而能够更快地完成设计，缩短开发时间，降低开发成本。

本课程为FPGA开发的基础课程，只需要学员具备基础的数字电路知识即可展开，期望以软、硬结合的方式将培训人员带入FPGA设计领域，并熟练掌握FPGA外设开发。

配合一套Arty A7 Board Artix-7 Xilinx FPGA 开发板的开发实验平台板进行实验，该开发板会配套赠送，并赠送全部课堂实验。

此外，基于Xilinx芯片的数字接口开发技术同样适用于Altera、Lattice等厂家的FPGA芯片，因此本门课程具有典型的指导价值。

培训目标：

掌握基本的FPGA硬件电路设计，包括FPGA和外设电路设计原则。

掌握FPGA外设开发基本技能。

掌握FPGA常用外设接口的设计与实现，包括RS232、I2C、SPI、USB和以太网接口。

掌握高速ADC、DAC原理及其驱动电路的设计与实现以及高速视频ADC、DAC 接口设计。

掌握高速串行接口实现方案，重点学习Xilinx FPGA内嵌的Rocket I/O、GTP和GTX硬核的使用方法。

掌握Rapid IO、PCI-E等主流高速总线的工作原理、解决方案和对应电路设计以及驱动编写。

掌握SRAM、DDR I/II SDRAM、Flash等存储器的工作原理、接口电路以及对应的驱动设计。

培训工具

软件工具： Xilinx Vivado

硬件工具：高性能PC机　，Arty A7 Board Artix-7 Xilinx FPGA

开发板

培训对象：使用Xilinx FPGA器件开发的工程师。

学员基础：具有数字电路的基础知识。

授课方式： 定制课程 + 案例讲解 + 小组讨论，60%案例讲解，40%实践演练

培训内容：2天

主题1：基本接口的设计和实现	学习常用外设接口的硬件电路设计以及相应的实现方式。介绍的接口包括RS485、RS232、I2C、SPI、USB和以太网接口，使得学员能够掌握FPGA应用系统中大多数外设接口的设计与实现的方法和技能。学习内容一、基本接口的协议标准和HDL代码实现 1．RS232接口的FPGA设计方法； 2．I2C接口的FPGA设计方法； 3．SPI接口的FPGA设计方法； 4．USB接口的FPGA设计方法。以太网接口的FPGA设计方法，以及对应的驱动和协议栈处理。
主题2：ADC/DAC接口专题	学习高速ADC、DAC原理及其驱动电路的设计与实现，包括视频专用编解码芯片与通用的高速ADC/DAC芯片。学习内容 1．通用高速ADC、DAC选型考虑以及评价、应用基础； 2．通用高速ADC、DAC芯片的采样定理、电路设计以及接口驱动的HDL实现； 3．掌握视频解码与编码芯片的接口设计技巧，以及对ITU656数据格式解码； 4．掌握音频接口ADC、DAC的工作原理以及电路设计和相应的驱动代码设计； 5. 掌握高速视频VGA DAC 接口设计方法和相应驱动；
主题3：SERDES接口专题	学习高速串行接口的实现方案以及相应的电路和驱动代码设计，重点掌握Xilinx FPGA内嵌的Rocket I/O、GTP和GTX硬核的使用方法。 1．掌握高速串行接口的工作原理、常用解决方案及其对应的电路设计和FPGA驱动代码的编写； 2．Xilinx GTP Serdes模块的特征和使用方法； 3. Xilinx SERDES开发示例。
主题4：Rapid IO接口专题	学习Rapid IO的实现方案以及关键点，重点掌握基于Xilinx FPGA的Rapid IO开发流程与方法。 1. 掌握Rapid IO接口的工作原理、常用解决方案及其对应的电路设计和FPGA驱动代码的编写 2. Xilinx Rapid IO开发示例。
主题5：PCI-E和千兆以太网接口专题	学习PCI-E和千兆以太网的实现方案以及关键点，重点掌握基于Xilinx FPGA的PCI-E和千兆以太网的开发流程与方法。 1．掌握PCI-E接口的工作原理、常用解决方案及其对应的电路设计和FPGA驱动代码的编写； 2．Xilinx PCI-E开发示例。 3．掌握千兆以太网接口的工作原理、常用解决方案及其对应的电路设计和FPGA驱动代码的编写； Xilinx 千兆以太网开发示例。
主题6：存储器设计专题	学习存储器接口电路的设计和实现。课程内容主要包括SRAM、SDR SDRAM、DDR 2/3 SDRAM、Flash等存储器的工作原理、接口电路以及对应的驱动设计。 1．源同步设计方法以及FPGA内部跨时钟域设计技巧。 2．数字系统的时钟解决方案（DCM/PLL、时钟芯片），LVDS和LVPEL等差分传输标准的应用。 3．SRAM接口的电路设计和HDL代码实现。 4．MIG（Memory Interface Generator）IP Core的使用。 5．DDR2/DDR3 MIG开发讲解； 6．DDR3板级开发演示实例。 7.系列的高速存储接口设计方案