这一章将要介绍Digilent的基于FPGA电路板以及其编程软件Adept。作为通用方式,Adept用来将逻辑电路下载到电路板中,而这一基本逻辑电路通常是用来做实验的。在以后的实验中,你将使用Xilinx CAD工具,Digilent电路板和Adept软件可以设计和执行各方向的电路,从基本的逻辑器件到更高级的数字系统。Digilent是主要是由所谓“现场可编程门阵列”(FPGA)芯片组成,该芯片由Xilinx公司设计制造。所有电路板包括了所有的电路元素(包括有电源系统,时钟源,复位,编程电路以及输入输出I/O),所以你可以只关心你的系统级设计,而不必担心硬件本身。
FPGA可以在其内部配置各类型的电路成千上万次,这一特性使得它是学习研究数字电路系统的理想工具。事实上,正是这一特性,也使得FPGA已经应用在电子工业领域内的各个方面。FPGA由于可以快速配置成各种电路(甚至是整个计算机系统),所以它使得电子工程师在将设计投入商业制造前可以充分的对其设计进行研究。在近几年,FPGA的价格持续下将,目前很多用户都已经在其最终产品上使用它们,这类产品都能够现场的对硬件进行更新。随着时间的推移,FPGA还会进入更多的电子产品中,也许最终甚至取代微处理器或其它的控制处理类芯片。
在本章节之间,你应该…….
获得Digilent电路板的参考手册和原理图;
熟悉电子电路和电源系统的基本概念;
理解电压,电流,阻抗,电源以及功率;
熟悉基本的电路器件,比如电阻,电容,二极管,发光二极管,开关,三极管以及简单的集成电路;
在基本的电路上能够灵活使用欧姆定律;
熟悉基本逻辑操作,与,或,非,与非,或非,异或以及异或非(EQV)。
读完本章节后,你应该…
正确的理解Digilent电路板功能;
能够使用Adept对板卡进行编程;
能够认识电子器件,比如电阻电容和逻辑芯片。
完成本章节,你需要准备….
一台Windows操作系统的个人计算机,并安装有Xilinx ISE/WedPack软件
Digilent基于FPGA的电路板卡
上电之后,用户首先要对Digilent板卡上的FPGA进行配置(编程),然后FPGA才能正常工作并完成指定功能 。在配置过程中,一个“位”文件要被下载到FPGA的内存单元中,以定义电路的逻辑功能和内部连线。使用Xilinx公司提供的免费ISE/WebPack CAD软件可以根据各种方式创建位文件,比如VHDL,Verilog或是原理图文件。在程序文件创建后,就可以使用Digilent Adept软件将之下载到板卡中(也可以使用Xilinx iMPACT软件,但需要Digilent JTAG3编程连接线)。一旦FPGA程序下载完成,只要电源一直供电,它就始终保持其配置电路。
所有的Xilinx芯片都可以使用一种称为JTAG口的接口进行程序下载(JTAG是Joint Test Action Group即边界扫描协议的缩写,该协议由所有其成员公司制定,以保证该测试和编程接口的通用性)。JTAG口通常用来在计算机和集成电路之间传递测试数据,并且也可以用来传递配置数据。所有的JTAG口都已经公布了其信号定义,时序以及控制协议,但是数据格式由各芯片生产公司来指定。Xilinx公司已经为其产品开发出了编程算法以及编程软件,并可以使用满足JTAG协议的JTAG口,并正确完成编程算法。
Digilent板卡上的FPGA可以用两种方式下载编程:通过个人计算机上的USB电缆;还有通过用户可编程的板载Platform Flash ROM。一旦编程完成,只要FPGA一上电或是重启,Platform Flash可以自动将其存储的位文件传到FPGA中去。在Digilent板卡上有“模式跳线”来选择JTAG/基于PC的下载编程和基于ROM的下载编程。然后,JTAG/基于PC的编程模式可以在任何时候使用,但基于ROM的编程模式只能在上电周期和重启时使用(当按下Digilent板卡上的FPGA-reset按钮时,FPGA重启)。FPGA会一直保持其配置知道下一个上电周期,但是Platform Flash ROM将一直保持其位文件,除非它被重新下载编程,与上电事件无关。
使用Adept给Digilent板卡编程,要将USB电缆连到板卡上(如果不使用USB电缆,将板卡上的电源插口或电池接口连到一个合适的电源上,并将板卡上的电源开关设置到VEXT)。启动Adept软件,等待至其识别出FPGA和Platform Flash ROM。使用浏览功能来选定FPGA所需要的.bit文件或是Platform Flash ROM所需要的.mcs文件。在需要的编程起见上点击右键,并选择“program”菜单条。这样配置文件就被发送到FPGA或Platform Flash ROM中去了,并且软件还会指示是否下载编程成功。在FPGA成功配置后,“配置完成”显示灯也会亮起来。在Digilent网站上有更为详细的Adept软件使用说明文档和附录。


