基于SOPC的FSK数字调制与解调器湖南工程学院应用技术学院8445.docx

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1、湖南工程程学院应应用技术术学院毕业设计计论文题 目：基基于SOOPC的的FSKK数字调调制与解解调器研究与实实现专业班级级： 电电子信息息工程112811 学生姓名名：杨浩浩然 学学 号号：055完成日期期：20016年年5月224日指导教师师：贺富富朋讲师师 评阅教师师：陈军军根讲师师 20116 年年 66 月湖南工程程学院应应用技术术学院毕毕业设计计诚 信 承 诺诺 书本人慎重重承诺和和声明：所撰写写的基基于SOOPC的的FSKK数字调调制与解解调器是是在指导导老师的的指导下下自主完完成，文文中所有有引文或或引用数数据、图图表均已已注解说说明来源源，本人人愿意为为由此引引起的后后果承担担

2、责任。设计(论论文)的的研究成成果归属属本人和和学校所所有。 学学生(签签名)年 月月 日日基于SOPC的FSK数字调制与解调器研究与实现湖南工程程学院应应用技术术学院毕业设计计（论文文）任务务书设计（论论文）题题目：基基于SOOPC的的FSKK数字调调制与解解调器研研究与实实现姓名 杨杨浩然 专业业 电子子信息工工程 班班级12281学学号055指导老师师贺富朋朋职称讲师师教研室室主任陈陈军根一、 基本任务务及要求求：利用SOOPC技技术，设设计一套套FSKK数字通通信传输输系统，要要求建立立MFSSK的SOPPC技术术实现模模型，主主要完成成2FSSK调制制器与解解调器的的编程，并并通过软

3、软件仿真真，且通通过硬件件实现与与测试。重点研究内容：MFSK的实现原理；SOPC实现2FSK调制模型。二、 进度安排排及完成成时间：第1-33周 查阅资资料、撰撰写文献献综述及及开题报报告第4-55周 原理理框图、总总体方案案设计第6-99周 软、硬硬件部分分设计,调试结结果第 100-111周 撰写写毕业设设计说明明书第12周周 指导导老师检检查毕业业设计说说明书第13周周 修改改、装订订毕业设设计说明明书、指指导老师师评阅第14周周 毕业设设计答辩辩基于SOPC的FSK数字调制与解调器研究与实现目 录摘要:22ABSTTRACCT：3第一章绪绪论11.1 历史史发展：11.2 基本本定义

4、111.3 基本本原理221.4 主要要研究内内容2第二章调调制与解解调器研研究与实实现32.1 概述述32.2 二进进制频移移键控（FSK）的调制与解调32.2.1 FSKK信号的的产生332.2.2 直接调调频法332.2.3 频率键键控法442.3 FSSK信号号的解调调62.3.1 同步解解调法662.3.2 包络解解调法662.3.3 过零检检测法772.4 VeerillogHDLL和VHDDL简介介7第三章系系统总体体方案设设计与 FPGGA 设设计开发发93.1 FPPGA 设计流流程93.2 调制制器设计计113.2.1 调制原原理1113.2.2 调制器器子模块块设计113

5、3.2.3 调制程程序1773.2.4 调制程程序仿真真图及注注释1993.3 解调器器设计2203.3.1 解调原原理2003.3.2 解调器器子模块块设计2223.3.3 MFSSK解调调程序2263.3.4 解调程程序仿真真图及注注释288第五章结结论300参考文献献31致谢322基于SOOPC的的FSKK数字调调制与解解调器研究与实实现摘要:一直以来来调制解解调器都都是学校校数字信信号调制制教学的的重点内内容。但但学生实实验室中中的2FFSK调调制与解解调器采采用整体体电路的的方式进进行设计计，电路路板体积积较大且且灵活性性较差。而而此次毕毕业设计计，按照照各部分分电路的的不同功功能，

6、将将2FSSK调制制与解调调系统中中的电路路进行模模块化，每每个模块块都设计计出参数数各异的的小模块块电路。关关于信号号的调制制，有两两种常用用的方法法，分别别是直接接调制和和间接调调制，其其中间接接调制则则采用频频移键控控方法，直直接调频频则采用用压控振振荡法。信信号的解解调总体体也可以以分为两两种方式式，相关关解调和和非相干干解调。在本次毕毕业设计计当中，非非相干解解调使用用了过零零检测法法，相干干解调则则采用了了锁相解解调法。使使得用户户在使用用时，可可根据需需求，选选择相应应的模块块进行拼拼接，从从而完成成不同方方式、参参数的22FSKK调制解解调器，这这比传统统的2FFSK调调制与解

7、解调器更更加灵活活和实用用，也能能使学生生的动手手能力得得到很好好的锻炼炼。关键词：数字调调制与解解调；调调制与解解调方式式；FSSK；SOPPCBaseed oon tthe SOPPC FFSK diggitaalmoduulattionn annd mmodeemABSTTRACCT：Moduulattionn teechnnoloogy cann bee diividded intto aanallog moddulaatioon ttechhnollogyy annd tthe diggitaal mmoduulattionn teechnnoloogy, thhe mmainn d

8、iiffeerennce is: annaloog mmoduulattionn iss foor cconttinuuouss moodullatiion of carrrieer frrequuenccy sshifft kkeyiing (2FSKK) aand phaase-shiift keyyingg (22FSKK) tthreee wwayss, ssignnal of cerrtaiin pparaametterss, aat tthe recceivvingg ennd oof ccarrrierr siignaal mmoduulattionn paarammeteers

9、 forr vaaluaatioon, andd thhe ddigiitall moodullatiion is witth ssomee diiscrretee sttatee too reepreesennt tthe carrrieer ssignnal traansmmittted infformmatiion, onlly tto tthe carrrieer ssignnal at thee reeceiivinng eend of disscreete moddulaatioon pparaametterss foor ttesttingg. AAnd anaalogg moo

10、dullatiion sysstemm off ammpliitudde mmoduulattionn, ffreqquenncy moddulaatioon aand phaase moddulaatioon, diggitaal mmoduulattionn syysteem hhas ampplittudee keeyinng (2FSKK), inccluddingg phhasee shhiftt keeyinng mmoduulattionn meethood hhavee sttronng aabillityy too reesisst nnoisse.Keywwordds：Di

11、ggitaal mmoduulattionn; deemoddulaatioon mmethhod; FSSK; SOPPC第一章 绪论论1.1 历史发发展：Modeem起初初是为119500年代的的半自动动地面防防空警备备系统（SAGE）研制，用来连接不同基地的终端，雷达站和指令控制中心到美国和加拿大的SAGE指挥中心。SAGE运行在专用线路上，但是当时两端使用的设备跟今天的Modem根本不是一回事。IBM是SAGE系统中计算机和Modem的供货商。几年后美国航空(American Airlines)的首席执行官(CEO)与IBM一位区域经理的一次会晤促成了mini-SAGE这种航空自动订票

12、系统。在这系统中，一个位于票务中心的终端连接在中心电脑上，用来管理机票有效性和时间。这个系统，叫做Sabre，是今天SABRE系统的早期原型。19600年代早早期，商商业计算算机的应应用逐渐渐普及，以以及上述述技术成成果，119588年 AAT&TT 发布布了第一一个商业业化moodemm, BBelll 1003. 使用两两个音调调表示11和0的的移频键键控技术术，1003已经经能够实实现3000 bbit/s的传传输速度度。很短短时间后后继版本本Belll 2212就就研制出出来，转转移到更更稳定的的移项键键控技术术把数据据速率提提高到112000 biit/ss。类似似Belll 220

13、1的的系统用用双向信信号集在在4对专专用线路路上实现现了24400 bitt/s。贺氏智能能Moddem是是一个重重大的进进步，119811年贺氏氏通讯研研制成功功。智能能Moddem是是一个简简单的3300bbpsMModeem，使使用的是是Belll1003信令令标准，内内置了一一个小型型控制器器，可以以让计算算机发送送命令来来控制电电话线，例例如摘机机，拨号号，重拨拨，挂机机等功能能。在智能MModeem之前前，几乎乎所有的的Moddem都都需要两两个步骤骤来产生生一个连连接：第第一步，人人工在电电话机上上拨叫对对方的号号码，然然后将听听筒放在在Moddem附附带的aacouustiic

14、 ccoupplerr里，一一个用两两个橡胶胶杯组成成的用来来在声音音信号和和电信号号之间转转换的设设备。使使用智能能Moddem就就不再需需要accoussticc cooupller，而而是直接接将moodemm连接在在标准电电话线或或插座上上。然后后电脑就就能自动动完成接接通电话话并拨叫叫号码的的功能。1.2 基本定定义调制解调调器是MModuulattor（调制器）与Demodulator（解调器）的简称，中文称为调制解调器（港台称之为数据机），根据Modem的谐音，亲昵地称之为“猫”。它是在发送端通过调制将数字信号转换为模拟信号，而在接收端通过解调再将模拟信号转换为数字信号的一种装置

15、。所谓调制制，就是是把数字字信号转转换成电电话线上上传输的的模拟信信号；解解调，即即把模拟拟信号转转换成数数字信号号。合称称调制解解调器。调制解调调器的英英文是MMODEEM，它它的作用用是模拟拟信号和和数字信信号的“翻翻译员”。电电子信号号分两种种，一种种是模模拟信号号，一一种是数字信信号。我我们使用用的电话话线路传传输的是是模拟信信号，而而PC机之之间传输输的是数数字信号号。所以以当你想想通过电电话线把把自己的的电脑连连入Innterrnett时，就就必须使使用调制制解调器器来翻翻译两两种不同同的信号号。连入入Intternnet后后，当PPC机向向Intternnet发发送信息息时，由由

16、于电话话线传输输的是模模拟信号号，所以以必须要要用调制制解调器器来把数数字信号号翻译译成模模拟信号号，才能能传送到到Intternnet上上，这个个过程叫叫做调调制。当当PC机机从Innterrnett获取信信息时，由由于通过过电话线线从Innterrnett传来的的信息都都是模拟拟信号，所所以PCC机想要要看懂它它们，还还必须借借助调制制解调器器这个“翻译”，这个过程叫作“解调”。总的来说就称为“调制解调”。1.3 基本原原理一般人的的语音频频率范围围是3000334000Hz，为为了进行行话音信信号在普普通的电电话系统统中传输输，在线线路上给给它分配配一定的的带宽，国国际标准准取4KKHz

17、为为一个标标准话路路所占用用的频带带宽度。在在这个传传输过程程中：语语音信号号以3000334000Hz频频率输入入，发送送方的电电话机把把这个语语音信号号转变成成模拟信信号，这这个模拟拟信号经经过一个个频分多多路复用用器进行行变化，使使得线路路上可以以同时传传输多路路模拟信信号，当当到达接接收端以以后再经经过一个个解频的的过程把把它恢复复到原来来的频率率范围的的模拟信信号，再再由接收收方电话话机把模模拟信号号转换成成声音信信号。计算机内内的信息息是由“00”和“11”组成成数字信信号，而而在电话话线上传传递的却却只能是是模拟电电信号。不不采取任任何措施施利用模模拟信道道来传输输数字信信号必然

18、然会出现现很大差差错（失失真），故故在普通通电话网网上传输输数据，就就必须将将数字信信号变换换到电话话网原来来设计时时所要求求的音频频频谱内内（即3300HHz334000Hz）。调制就是是用基带带脉冲对对载波波波形某个个参数进进行控制制，形成成适合于于线路传传送的信信号。解调就是是当已调调制信号号到达接接收端时时，将经经过调制制器变换换过的模模拟信号号去掉载载波恢复复成原来来的基带带数字信信号。采用调制制解调器器也可以以把音频频信号转转换成较较高频率率的信号号和把较较高频率率的信号号转换成成音频信信号。所所以调制制的另一一目的是是便于线线路复用用，以便便提高线线路利用用率。基于载波波信号的的

19、三个主主要参数数，可以以把调制制方式分分为三种种：调幅幅、调频频和调相相。1.4 主要要研究内内容利用SOOPC技技术，设设计一套套FSKK数字通通信传输输系统，要要求建立立MFSSK的SSOPCC技术实实现模型型，主要要完成22FSKK调制器器与解调调器的编编程，并并通过软软件仿真真，且通通过硬件件实现与与测试。重点研究究内容：MFSSK的实实现原理理；SOOPC实实现2FFSK调调制模型型。第二章 调制制与解调调器研究究与实现现2.1 概述述随着电子子计算机机的普及及，数据据通信技技术正在在迅速发发展。数数字频率率调制是是数据通通信中常常见的一一种调制制方式。频频移键控控（FSSK）方方法

20、简单单，易于于实现，并并且解调调不须恢恢复本地地载波，可可以异步步传输，抗抗噪声和和抗衰落落性能也也较强。因因此，FFSK调调制技术术在通信信行业得得到了广广泛地应应用，并并且主要要适用于于用于低低、中速速数据传传输。数字频率率调制又又称频移移键控（FFSK），二二进制频频移键控控记作22FSKK。数字字频移键键控是用用载波的的频率来来传送数数字消息息，即用用所传送送的数字字消息控控制载波波的频率率。2FFSK信信号便是是符号“1”对应于于载频ff1，而而符号“0”对应于于载频ff2（与与f1不不同的另另一载频频）的已已调波形形，而且且f1与与f2之之间的改改变是瞬瞬间完成成的。wqww+=设

21、计目的的：熟练练地掌握握mattlabb在数字字通信工工程方面面的应用用；了解解信号处处理系统统的设计计方法和和步骤；理解22FSKK调制解解调的具具体实现现方法，加加深对理理论的理理解，并并实现22FSKK的调制制解调，画画出各个个阶段的的波形；学习信信号调制制与解调调的相关关知识；通过编编程、调调试掌握握mattlabb软件的的一些应应用，掌掌握2FFSK调调制解调调的方法法。2.2 二进进制频移移键控（FFSK）的的调制与与解调频移键控控（FSSK）使使用不同同频率的的载波来来传送数数字信号号，用书书自己带带信号控控制载波波信号的的频率。二二进制频频移键控控用两个个不同频频率的载载波来代

22、代表数字字信号的的两种电电平。接接收端收收到不同同的载波波信号在在进行逆逆变换成成为两个个数字信信号，完完成信息息传输过过程。 2.2.1 FSKK信号的的产生FSK信信号的产产生有两两种方法法：直接接调频法法和频率率键控法法。2.2.2 直接调调频法直接调频频法使用用数字基基带信号号来直接接控制载载频振荡荡器的振振荡频率率的。图图2.11所示是是直接调调频法的的具体电电路之一一。二极极管VDD1、VVD2的的导通与与截止受受数字基基带信号号的控制制，当基基带信号号为负时时（相当当于“0”码），VVD1、VVD2导导通，CC1经VVD2与与LC槽槽路关联联，使振振荡频率率降低（设设此时频频率为

23、ff1），当当基带信信号为正正时（相相当于“1”码），VVD1，VVD2截截止，CC1不并并入槽路路，振荡荡频率提提高（设设为f22），从从而实现现了调频频。图 2.12.2.3 频率键键控法频率键控控法也称称频率选选择法，图图2.22是它实实现的原原理图。他他有两个个独立的的振荡器器，数字字基带信信号控制制转换开开关，选选择不同同频率的的高频震震荡信号号实现FFSK调调制。图 2.2键控法产产生的FFSK信信号频率率稳定度度可以做做的很高高并且没没有过渡渡频率，它它的转换换速度快快，波形形好。频频率键控控法在转转换开关关发生转转换的瞬瞬间，两两个高频频振荡的的输出电电压通常常不可能能相等，于

24、于是 ufsk (t)信号在在基带信信息变换换时电压压会发生生跳变，这这种现象象也称为为相位不不连续，这这是频率率键控特特有的状状况。在图2.3中，与与非门33和4起起到了转转换开关关的作用用。当数数字基带带信号为为1时，与与非门44打开，ff1输出出；当数数字基带带信号为为0时，与与非门33打开，ff2输出出，从而而实现了了FSKK调制。图 2.3键控法也也常常利利用数字字基带信信号去控控制可变变分频器器的分频频来改变变输出载载波频率率，从而而实现FFSK调调制图22.4是是一个111/113可控控分频器器原理图图。当数数字基带带信号为为1时，第第四级双双稳态电电路输出出的反馈馈脉冲被被加到

25、第第一级和和第二级级双稳态态电路上上，此时时分频比比为133；当基基带信号号为0时，第第四级双双稳态电电路输出出的反馈馈脉冲被被加到第第一季和和第二级级双稳态态电路上上，分频频比变为为11.由于分分频比改改变，使使输出信信号频率率变化，从从而实现现FSKK调制。采采用可变变分频器器产生的的FSKK信号相相位通常常是连续续的，因因此在基基带信息息变化时时 好，FFSK信信号会出出现过渡渡频率。为为减小过过渡时间间，可变变分频器器应工作作于较高高的频率率，而在在可变分分频器后后再插入入固定分分频器，是是输出频频率满足足FSKK信号要要求的频频率。图 2.4FSK信信号有相相位不连连续和相相位连续续

26、两种情情况，相相位不连连续的FFSK信信号可以以视为两两个频率率，分别别为f11和f22的ASSK信号号叠加，如如图2.5所示示。图 2.52.3 FSSK信号号的解调调数字频率率键控（FFSK）信信号常用用的解调调方法有有很多种种，如同同步解调调法、过过零检测测法和差差分检波波法等。2.3.1 同步解解调法同步解调调中，FFSK信信号解调调原理方方框图如如图2.6所示示。图 2.6从图2.6可见见，FSSK信号号的同步步解调器器分成上上下两个个支路，输输入的FFSK信信号经过过f1和和f2两两个带通通滤波器器后变成成了上下下两路AASK信信号，之之后其解解调原理理与ASSK类似似蛋判决决需通

27、过过对上下下两支路路比较来来进行。假假设上支支路低通通滤波器器输出为为x1，下下支路低低通滤波波器输出出为x22，则判判决标准准是：当输入的的FSKK信号振振荡频率率为f11时，上上支路经经带通后后有正弦弦信号AAcoss2f1tt存在，与与ASKK系统接接收到1码时情情况相似似，经过过低通滤滤波器，xx1-xx2=AA-00,按按判决准准则应判判输入为为f2.因此可可以判决决出FSSK信号号。2.3.2 包络解解调法FSK信信号包络络解调方方框图如如图2.7所示示。从图图2.77可见，FFSK信信号包络络解调相相当于两两路ASSK信号号包络解解调。用用两个窄窄带的分分路滤波波器分别别滤出频频

28、率为ff1及ff2的高高频率脉脉冲，经经过包络络检波后后分别取取出它们们的包络络。把两两输出同同时送到到抽样判判决器比比较，从从而判决决输出基基带数字字信号。图 2.7设频率ff1代表表数字信信号1；f2代代表0，则则抽样判判决器的的判决准准则式中，xx1,xx2分别别为抽样样时刻两两个包络络检波器器的输出出值。这这里的抽抽样判决决器，要要比较xx1,xx2的大大小，或或者说把把差值xx1-xx2与零零电平进进行比较较。因此此，有时时称这种种比较判判决器的的判决门门限为零零电平。当FSKK信号为为f1时时，上支支路相当当于ASSK系统统接收1码的情情况，其其输出xx1为正正弦波加加窄带高高斯噪

29、声声的包络络，他服服从莱斯斯分布；而下支支路相当当于ASSK系统统接收0码的情情况，输输出x22为上支支路输出出的瞬时时值服从从瑞利分分布。如如果FSSK信号号为f22，上下下两支路路的情况况正好相相反，此此时上支支路输出出的瞬时时值服从从瑞利分分布，下下支路输输出的瞬瞬时值服服从莱斯斯分布。由以上分分析可知知，无论论输出的的信号是是f1还还是f22,两路路输出总总是一路路为莱斯斯分布，另另一路为为瑞利分分布。而而判决准准则仍不不变，因因此可抽抽样判决决出FSSK信号号。2.3.3过零零检测法法过零检测测法是利利用信号号波形在在单位时时间内与与零电平平轴交叉叉的次数数来测定定信号频频率的。输输

30、入的uFSK信信号经限限幅放大大后成为为矩形脉脉冲波，再再经微分分电路得得到双向向尖脉冲冲，然后后整流得得到单向向尖脉冲冲，每个个尖脉冲冲表示信信号的一一个过零零点，尖尖脉冲的的重复频频率就是是信号频频率的两两倍。将将尖脉冲冲去出发发一个单单稳点路路，产生生一定宽宽度的矩矩形脉冲冲序列，该该序列的的平均分分量与脉脉冲重复复频率成成正比，即即与输入入信号频频率成正正比。所所以经过过低通滤滤波器输输出的平平均分量量的变化化反映了了输入信信号频率率的变化化，这样样就把码码元01在幅度度上区分分开来，恢恢复出数数字基带带信号。2.4VVeriiloggHDLL和VHHDL简简介VeriiloggHDL

31、L和VHHDL是是目前世世界上最最流行的的两种硬硬件描述述语言（HHDL：HarrdwaareDesscriiptiionLannguaage），均均为IEEEE标标准，被被广泛地地应用于于基于可可编程逻逻辑器件件的项目目开发。二二者都是是在200世纪880年代代中期开开发出来来的，前前者由GGateewayyDessignnAuttomaatioon公司司（该公公司于119899年被CCadeencee公司收收购）开开发，后后者由美美国军方方研发。HDL语语言以文文本形式式来描述述数字系系统硬件件结构和和行为，是是一种用用形式化化方法来来描述数数字电路路和系统统的语言言，可以以从上层层到下层

32、层来逐层层描述自自己的设设计思想想。即用用一系列列分层次次的模块块来表示示复杂的的数字系系统，并并逐层进进行验证证仿真，再再把具体体的模块块组合由由综合工工具转化化成门级级网表，接接下去再再利用布布局布线线工具把把网表转转化为具具体电路路结构的的实现。目目前，这这种自顶顶向下的的方法已已被广泛泛使用。概概括地讲讲，HDDL语言言包含以以下主要要特征：1HDDL语言言既包含含一些高高级程序序设计语语言的结结构形式式，同时时也兼顾顾描述硬硬件线路路连接的的具体结结构。?通通过使用用结构级级行为描描述，可可以在不不同的抽抽象层次次描述设设计。HHDL语语言采用用自顶向向下的数数字电路路设计方方法，主

33、主要包括括3个领领域5个个抽象层层次。2HDDL语言言是并行行处理的的，具有有同一时时刻执行行多任务务的能力力。这和和一般高高级设计计语言（例例如C语语言等）串串行执行行的特征征是不同同的。3HDDL语言言具有时时序的概概念。一一般的高高级编程程语言是是没有时时序概念念的，但但在硬件件电路中中从输入入到输出出总是有有延时存存在的，为为了描述述这一特特征，需需要引入入时延的的概念。HHDL语语言不仅仅可以描描述硬件件电路的的功能，还还可以描描述电路路的时序序。2.11.1VerriloogHDLL语言的的历史19833年，GGateewayyDessignnAuttomaatioon（GGDA）

34、硬硬件描述述语言公公司的PPhillipMooorbyy首创了了VerriloogHDLL。后来来Mooorbyy成为VVeriiloggHDLL-XLL的主要要设计者者和Caadennce公公司的第第一合伙伙人。119844至19986年年，Mooorbby设计计出第一一个关于于VerriloogHDLL的仿真真器，并并提出了了用于快快速门级级仿真的的XL算算法，使使VerriloogHDLL语言得得到迅速速发展。119877年Syynonnsyss公司开开始使用用VerriloogHDLL行为语语言作为为综合工工具的输输入。119899年Caadennce公公司收购购了Gaatewway公

35、公司，VVeriiloggHDLL成为CCadeencee公司的的私有财财产。119900年初，CCadeencee公司把把VerriloogHDLL和VeerillogHDLL-XLL分开，并并公开发发布了VVeriiloggHDLL。随后后成立的的OVII（OppenVerriloogHDLLIntternnatiionaal）组组织负责责VerriloogHDLL的发展展并制定定有关标标准，OOVI由由VerriloogHDLL的使用用者和CCAE供供应商组组成。119933年，几几乎所有有ASIIC厂商商都开始始支持VVeriiloggHDLL，并且且认为VVeriiloggHDLL-

36、XLL是最好好的仿真真器。同同时，OOVI推推出2.0版本本的VeerillonggHDLL规范，IIEEEE则将OOVI的的VerriloogHDLL2.00作为IIEEEE标准的的提案。119955年122月，IIEEEE制定了了VerriloogHDLL的标准准IEEEE13364-19995。目目前，最最新的VVeriilogg语言版版本是220000年IEEEE公公布的VVeriilogg20001标准准，其大大幅度地地提高了了系统级级和可综综合性能能。2.11.2VerriloogHDLL的主要要能力VeriiloggHDLL既是一一种行为为描述语语言，也也是一种种结构描描述语言言

37、。如果果按照一一定的规规则和风风格编写写代码，就就可以将将功能行行为模块块通过工工具自动动转化为为门级互互连的结结构模块块。这意意味着利利用Veerillog语语言所提提供的功功能，就就可以构构造一个个模块间间的清晰晰结构来来描述复复杂的大大型设计计，并对对所需的的逻辑电电路进行行严格的的设计。此外，VVeriiloggHDLL语言还还有一个个重要特特征就是是：和CC语言风风格有很很多的相相似之处处，学习习起来比比较容易易。2.11.3VerriloogHDLL和VHHDL的的区别VeriiloggHDLL和VHHDL都都是用于于逻辑设设计的硬硬件描述述语言。VVHDLL在19987年年成为I

38、IEEEE标准，VVeriiloggHDLL则在119955年才成成为IEEEE标标准，这这是因为为前者是是美国军军方组织织开发的的，而后后者则是是从民间间公司转转化而来来，要成成为国际际标准就就必须放放弃专利利。相比比而言，VVeriiloggHDLL具有更更强的生生命力。VeriiloggHDLL和VHHDL的的相同点点在于：都能形形式化地地抽象表表示电路路的行为为和结构构；支持持逻辑设设计中层层次与范范围的描描述；可可以简化化电路行行为的描描述；具具有电路路仿真和和验证机机制；支支持电路路描述由由高层到到低层的的综合转转换；与与实现工工艺无关关；便于于管理和和设计重重用。但Verrilo

39、ogHDLL和VHHDL又又有各自自的特点点，由于于VerriloogHDLL推出较较早，因因而拥有有更广泛泛的客户户群体、更更丰富的的资源。VVeriiloggHDLL还有一一个优点点就是容容易掌握握，如果果具有CC语言学学习的基基础，很很快就能能够掌握握。而VVHDLL需要AAda编编程语言言基础，一一般需要要半年以以上的专专业培训训才能够够掌握。传传统观点点认为VVeriiloggHDLL在系统统级抽象象方面较较弱，不不太适合合特大型型的系统统。但经经过Veerillog20001标准准的补充充之后，系系统级表表述性能能和可综综合性能能有了大大幅度提提高。当当然，这这两种语语言也仍仍处于

40、不不断完善善的过程程中，都都在朝着着更高级级描述语语言的方方向前进进。第三章 系统统总体方方案设计计与 FFPGAA 设计计开发3.1FFPGAA 设计计流程FPGAA 的设设计流程程即使用用编程工工具和相相应 EEDA（电电子设计计自动化化）开发发软件对对FPGGA 芯芯片进行行设计开开发的一一个过程程。一个个 FPPGA 完整设设计流程程包括的的主要步步骤有：功能定定义/器器件选型型、电路路设计输输入、功功能仿真真、逻辑辑综合、综综合后仿仿真、实实现与布布局布线线、布线线后时序序仿真、板板级仿真真与验证证及芯片片编程与与调试等等。一个个 FPPGA的的完整设设计流程程如图 3-11 所示示

41、。1. 功能定定义/器器件选型型 在一个 FPGGA 设设计项目目开始前前，首先先要进行行系统功功能的定定义和设设计模块块的划分分，根据据项目任任务的要要求，综综合考虑虑 FPPGA 芯片本本身的各各种资源源、工作作速度和和芯片成成本等因因素，来来选择合合适的 FPGGA 芯芯片和合合理的设设计方案案。一般般采用自自顶向下下的设计计方法，把把系统由由上至下下逐层次次地划分分为若干干设计模模块，直直到划分分为底层层的基本本单元为为止。2. 电路设设计输入入 FPGAA 设计计开发人人员将所所设计的的电路功功能描述述输入 FPGGA 开开发软件件。设计计输入方方法有：硬件描描述语言言（HDDL）、

42、原原理图和和状态机机输入等等。由于于 HDDL 输输入法采采用自顶顶向下模模块化设设计，输输入效率率高，可可移植和和通用性性好，易易于维护护等突出出优势，应应用最广广，在实实际开发发中主流流应用的的硬件描描述语言言有 VVHDLL 和 Verriloog HHDL。图表 33.13. 功能仿仿真 电路设计计完成后后，需要要在编译译前对所所设计的的电路进进行逻辑辑功能验验证，以以验证电电路功能能是否符符合设计计要求。此此时的功功能仿真真又称为为前仿真真，是不不包含各各种延迟迟信息，仅仅对逻辑辑功能进进行验证证的一种种仿真。在在仿真过过程中发发现错误误，需要要及时返返回修改改设计。功功能仿真真是整

43、个个系统设设计中，非非常关键键的一环环。常用的仿仿真工具具有：MMenttor 公司的的 Moodellsimm，Syysnoopsyys 公公司的 VCSS 等。4. 逻辑综综合逻辑综合合是指将将 HDDL 语语言或原原理图等等较高抽抽象层次次的描述述，编译译转换为为底层与与、或、非非门和触触发器等等基本逻逻辑单元元构成的的逻辑连连接网表表（Neetliist）的的过程。经经逻辑综综合后产产生的并并非真实实门级电电路，需需经布局局布线后后得到具具体真实实的门级级电路。常用的综综合工具具有：SSysnnopssys 公司的的 Syynpllifyy/Syynpllifyy Prro，及及 FP

44、PGA 厂商自自己的综综合工具具软件，如如 Xiilinnx 公公司开发发软件 ISEE 中集集成的 XSTT。5. 综合后后仿真 综合后仿仿真是为为检查综综合结果果是否符符合设计计要求，由由于综合合工具的的日益成成熟，一一般的设设计也可可省略这这一步。综综合后仿仿真会将将综合生生成的标标准延时时文件反反标注到到仿真模模型中，因因此综合合后仿真真可估计计门延时时，但还还不能估估计线延延时。 在功能仿仿真中介介绍的仿仿真工具具，也支支持综合合后仿真真。6. 实现与与布局布布线 设计实现现是将综综合得到到的逻辑辑连接网网表通过过 FPPGA 厂商的的开发软软件，映映射到具具体型号号 FPPGA 芯

45、片上上的过程程。Xiilinnx FFPGAA 的实实现过程程可分为为：翻译译（Trransslatte）、映映射（MMap）和和布局布布线（PPlacce & Rooutee）三个个步骤。在在实现的的过程中中，需要要添加用用户约束束，如管管脚约束束和时序序约束。在在实现完完成后，软软件工具具会生成成各种报报告，如如时序报报告，资资源使用用情况报报告等，用用户需要要仔细检检查相关关报告。由于 FFPGAA 芯片片的内部部结构只只有 FFPGAA 厂商商最为了了解，因因此实现现不使用用第三方方工具软软件，必必须选择择 FPPGA 厂商提提供的工工具软件件。常用用的实现现工具有有：Xiilinnx

46、 公公司的 ISEE，及 Altteraa 公司司的 QQuarrtuss。7. 时序仿仿真 时序仿真真，是通通过将布布局布线线得到的的各种延延时信息息反注解解到设计计网表中中，来检检查电路路设计中中有无时时序违规规。时序序仿真包包含门延延时、线线延时等等各种延延时信息息，通过过时序仿仿真来检检测电路路设计是是否满足足时序约约束条件件及器件件的建立立、保持持时间等等时序规规则，以以消除电电路中可可能存在在的竞争争冒险及及时序不不稳定现现象，是是非常重重要的。在功能仿仿真中介介绍的仿仿真工具具，都能能够有效效支持时时序仿真真。8. 板级仿仿真与验验证 一般认为为，当系系统工作作频率超超过 550MHHz 时时，就会会遇到信信号完整整性问题题，同时时随着系系统和器器件工作作频率的的不断提提升，信信号完整整性的问问题会愈愈发显著著。因此此对于高高速电路路设计，还还需要考考虑 PPCB 设计可可能遇到到的信号号完整性性及电磁磁干扰等等问题，采采用第