FPGA芯片内部系统控制与配置电路模块的设计与验证

摘要

FPGA(可编程门阵列)作为 SOPC(片上可编程系统)的重要组成部分，以其丰富的可编程逻辑资源实现 SOPC的灵活性，方便融合各种不同的软核实现系统的扩展。国外的FPGA发展已经日新月异，而在国内FPGA芯片的研究正处于起步的阶段，尤其是在关系国计民生的一些重要领域。所以研发具有自主知识产权的FPGA芯片无疑成为当务之急，对于发展我们的民族产业同样具有重大的意义。
　　本文设计了 FPGA芯片内部的配置控制电路，为 FPGA设计软件和可编程逻辑硬件资源提供数据接口，保证将配置数据正确的下载到对应的逻辑存储单元中。通过对 FPGA的软硬件接口环境的分析和抽象建模，本文提出的配置电路包含配置接口电路，配置寄存器，总线译码部分和配置电路控制模块。本设计具有复用性好，支持多种不同的配置方式，配置速率较快等性能。具体的性能指标为串行模式下实现配置速率70MHz，并行模式下实现配置速率70MHz，JTAG配置模式下实现配置速率50MHz，JTAG回读速率33MHz，并行回读速率50MHz。
　　本课题采用SMIC0.18um-M工艺对于FPGA芯片内部配置和控制电路进行了RTL代码编写，物理综合和仿真验证。通过FPGA测试板验证，最终设计出符合设计规范的FPGA配置控制电路。经过流片验证的结果表明本设计具有配置速率快，可复用性强，支持多种配置方式，配置成功率高的特点。

目录

FPGA芯片内部系统控制与配置电路模块的设计与验证

DESIGN AND VERIFICATION OF FPGA CONFIGURATION CONTROL CIRCUIT

摘 要

Abstract

目 录

绪 论

1.1 课题背景

1.1.1 国内外研究现状及分析

1.1.2 主要研究内容及研究方案

1.2 本文的主要研究内容和论文结构

第2章 FPGA芯片内部配置电路设计总体方案

2.1 FPGA配置电路软硬件环境

2.1.1 FPGA芯片内部配置电路软件环境

2.1.2 FPGA芯片内部配置电路硬件环境

2.2 FPGA芯片内部配置电路设计方案

2.3 本章小结

第3章 FPGA芯片内部配置电路详细设计

3.1 配置电路总体框图

3.2 配置接口部分

3.2.1 通用配置接口

3.2.2 JTAG配置接口

3.3 配置寄存器

3.4 总线译码部分

3.4.1 配置位流的数据包格式

3.5 配置电路控制模块

3.5.1 启动时序电路

3.5.2 帧地址控制电路

3.5.3 控制命令配置电路

3.6 本章小结

第4章 FPGA芯片内部配置电路验证及后端开发

4.1 FPGA芯片内部配置电路验证

4.2 FPGA芯片内部配置电路后端开发

4.3 本章小结

结论

参考文献

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致 谢