EP4CGX150核心板 - 嘉立创EDA开源硬件平台

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2、流畅支持超过3w器件或10w焊盘的设计规模,支持面板和外壳设计

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专业版 EP4CGX150核心板

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简介:随着超大规模集成电路工艺的进展,集成电路的集成度不断增加,规模越来越大,基于芯核的设计已成为EDA发展的必然趋势,由于注重设计思想和设计知识,减少了设计成本和设计周期,IP核成为片上系统的重要设计手段

开源协议: Public Domain

(未经作者授权,禁止转载)

创建时间: 2022-03-04 16:45:10
更新时间: 2023-05-12 21:41:26
描述

注意:现在的FPGA芯片很贵,我在咸鱼找了好久,终于发现这款比较便宜的芯片了,大概50元左右。这是唯一一个低于百元的了。。。。。

只要有加热台,BGA封装还是挺好焊接的,虽然第一次焊接失败了,第二次焊接才成功。

附件给的是官方源码,大佬们可以自行研究,毕竟这个课题有点老了

1.题目要求

本设计主要属于IP核一类的软核设计,软核包括逻辑描述、器件内部连线表和不能用外部一起进行的可测性设计。软核可经用户修改,以实现所需要的电路系统,它主要用于接口、编码、译码、算法和信道加密等对速度性能要求范围较宽的复杂系统。

2.题目分析

本文采用Intel公司的旋风四系列FPGA芯片,在EDA软件平台的支持下,进行基于FPGA的8051芯片的设计。在已公开的8051源代码的基础上,减少了设计面积,提高了处理速度。本设计采用超高速集成电路硬件描述语言(VHDL)进行编写,用Modelsim进行了功能仿真,在通过现有的51系列单片机的开发环境Keil,将51代码结合到FPGA中进行综合,最后下载到FPGA芯片中,进行物理验证,结果表明软核达到预期的效果。

3.总体方案设计图

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4.原理图设计说明

FPGA芯片型号为EP4CGX150DF27I7,该芯片的特点主要是成本低、功耗低,拥有150000的逻辑单元,高达360个18乘18的乘法器,通用PLL4个,全局时钟网络8个,高达6.4M的嵌入式存储器,实现DSP处理密集型,最大可用IO口可达475个EP4CGX150DF27I7在本次的设计中采用了核心板的方式设计,有利于二次开发和调试,也能够更加方便的查找问题。

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由于FPGA芯片内部没有像单片机那样的内部晶体驱动器,所以FPGA采用的是有源晶振,有源晶振不需要目标芯片的内部振荡器,不仅减少了芯片的使用引脚,提高了频率输出的稳定性

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Cyclone IV GX FPGA需要三组供电,分别为内核供电、PLL模拟电路供电和IO单元供电FPGA内核供电为1.2V,本设计采用的是DC-DC电源供电,使用TPS564201降压型来设计该转换电路与线性稳压器相比,在电压稳定的情况下可提供较大的电流。

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程序存储器选用的Flash型号为W25Q128,存储容量为16Mbit。相较于EPROM,FLASH的存储容量更大。使用SPI协议实现FPGA芯片与Flash存储器的通信Flash具有掉不丢失数据的特点。将FPGA的D5、D6、E5和E6引脚连接到存储模块,再将程序存储在Flash中,FPGA上电后就能直接运行Flash中的程序,保证FPGA断电后程序不丢失。

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5.代码说明

算术逻辑单元一个纯组合逻辑,不需要时钟信号。它涵盖了加法、减法、乘法和除法的算术运算,以及与、或、异或、比较、取反和移位运算。

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中心控制器是单片机不可或缺的核心,也是单片机的心脏,主要功能是处理来自其他模块的数据。中心控制器主要由有限状态机FSM和控制存储器MEM两部分组成

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传统51系列单片机内部设置的两个16位定时/计数器T0T1都具有计数方式和定时方式两种工作方式。对每个定时/计数器,在特殊功能寄存器TMOD中都有控制位来选择T0T1为定时器还是其暑期。本设计为了便于简单调试,定时/计数器的功能并没有与IO口进行功能复用,而是单独将定时/计数器的输入控制作为IO口。工作方式013位定时/计数,工作方式116位定时/计数器,工作方式28自动重装载定时/计数器,免去了方式0方式1需要手动重新装入计数初值的麻烦。工作方式3只适用与定时器T0

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为了便于设计,串行口没有与8051IO口进行复用,而是独立成为串行接口设有两个互相独立的接收、发送缓冲器,可以同时发送和接收数据两个缓冲器统称为串行通信特殊功能寄存器SBUF串行口有四种工作方式,其中两种方式的波特率是可变的,另两种是固定的,以供不同应用场合选用。波特率由内部定时/计数器产生,用软件设置不同的波特率和选择不同的工作方式。

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ROM和RAM可通过该软件集成的MegaWizard插件管理器、SOPC构造器或DSP构造器、Qsys设计系统例化。

6.测试说明

将各个模块进行综合,锁定引脚,将keil编译生成的hex文件装入生成的ROM里面,再通过Quartus软件自带的Signaltap捕获波形,配置好Signaltap文件,重新编译之后下载到板子上,点击运行,就可以看见波形。

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6.PCB图

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设计图
原理图
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PCB
1 /
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