智能交通灯的设计及fpga毕业论文hryw.docx

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1、20100届毕业业生毕业论文文题目:智智能交通通灯的设设计及其其FPGGA实现现院系名称称： 国际际学院专业班级级：电子子信息工工程技术术07级03班学生姓名名：李鹏鹏飞学号：200073393003200 指导教师师： 付付麦霞教教师职称称：讲师师20100年06 月02日I摘 要要交通灯是是城市交交通监管管系统的的重要组组成部分分，对于于保证机机动车辆辆的安全全运行，维持城城市道路路的顺畅畅起到了了重要作作用。随随着车辆辆的日益益增多，交交通问题题将日趋趋严重。 可通过过多修建建道路或或限制车车辆的办办法来解解决，但但道路的的增加是是有限的的，而限限制车辆辆会使汽汽车及其其相关产产业受到到

2、压制。目目前，发发达国家家的交通通主要是是向智能能化交通通方向发发展。如如给汽车车装上导导航仪等等办法，充充分利用用电子设设备提高高现有道道路交通通系统的的运输能能力。交交通灯是是管理城城市交通通的重要要工具，交交通灯对对道路交交通流的的影响近近年来引引起广大大学者的的广泛注注意。目目前绝大大部分交交通灯其其时间都都是设定定好的，不不管是车车流高峰峰还是低低谷，红红绿灯的的时间都都固定不不变，还还有一些些交通灯灯能根据据简单划划分的时时间段来来调整时时间，但但控制起起来都不不是很灵灵活，这这使得城城市车流流的调节节不能达达到最优优。本论文在在EDAA技术的的基础上上，利用用FPGGA的相相关知

3、识识设计了了智能交通通灯控制制系统，可可以根据据实际情情况对灯灯亮时间间进行自自由调整整，整个个设计系系统通过过Maxx+Pllus软件进进行了模模拟仿真真，并下下载到FFPGAA器件中中进行硬硬件的调调试，验验证了设设计的交交通信号号灯控制制电路完完全可以以实现预预定的功功能，具具有一定定的实用用性。关键词： 智智能交通通灯EDDA技术术FPGAAMaxx+PllusTitlle Thee deesiggn oof IInteelliigennt TTraffficc Liighttsbaaseddon FPGGA AbsttracctThe traaffiic llighhts in ur

4、bban traaffiic cconttroll syysteem pplayys aan iimpoortaant parrt oof eensuurinng tthe saffe ooperratiion of mottor vehhiclles andd pllayeed aan iimpoortaant rolle iin kkeeppinggsmoooth urbban roaads. Wiith thee inncreeasiing nummberr off veehiccless, ttraffficc prrobllemss wiill beccomee inncreeasi

5、inglly sseriiouss. IIt ccoulld bbe ssolvved by connstrracttingg moore roaad oor llimiite thee trraveel oof ttraffficc, buut tthe inccreaase in thee rooadllimiiteddwilll ssupppressse auttomootivve iinduustrry. At preesennt, thee trrafffic in devveloopedd coounttriees iis mmainnly to inttellligeencee

6、trrafffic dirrecttionn. SSuchh assfittingg a carr wiith navvigaatioon ssysttemss annd mmakiing fulll uuse of eleectrroniic eequiipmeent to impprovve tthe exiistiing roaad ttrannspoort sysstemm too deelivver. Trrafffic ligght plaays an impporttantt toool forr urrbann trrafffic mannageemennt aand traa

7、ffiic llighhts on thee immpacct oof rroadd trrafffic aroouseed wwidee atttenntioon oof sschoolarrsinn reecennt yyearrs. At preesennt mmostt off thheirr tiime traaffiic llighhts aree seet aand somme ttraffficc liightts ddiviide thee tiime by a ssimpple to adjjustt thhe ttimee, bbut conntrool tthemm u

8、nnfleexibble, whhichh maakess thhe rreguulattionn off urrbann trrafffic worrse.Thiss arrticcle in EDAA teechnnoloogy dessignn ann inntellliggentt trrafffic ligght conntrool ssysttem bassed on thee usse oof FFPGAA-reelatted knoowleedgee.Itt coouldd addjusst ffreeely acccorddingg too thhe aactuual sit

9、tuattionn onn thhe llighhts timme TThiss deesiggn oof ssysttemuusedd foor ssimuulattionn thhrouugh thee Maax + Pllus, aand dowwnlooad to thee FPPGA harrdwaare devvicees tto ddebuug .It couuld verrifyy thhe ddesiign of thee trrafffic ligght conntrool ccirccuitt caan aachiievee thhe eexpeecteed ffuncc

10、tioonannd hhas a ccerttainn prractticaalitty.Keywwordds: Inttellligeent Traaffiic LLighhts EEDA FFPGAAMaxx+Pllus目录1 绪绪论- 1 -1.1 智能能交通的的国内外外发展状状况- 1 -1.1.1 国内的的研究现现状- 1 -1.1.2国外外的研究究现状- 2 -1.2 本课课题的研研究目的的和意义义- 44 -1.3 本文文的主要要工作- 4 -2 EEDA相相关知识识介绍- 5 -2.1 FPPGA概概述- 5 -2.1.1 FPGGA的基基本结构构- 55 -2.1.2FPPG

11、A编编程开发发- 55 -2.1.3 FPGGA设计计流程- 6 -2.2 VHHDL硬硬件描述述语言- 8 -2.2.1 VHDDL语言言特点- 100 -2.2.2 VHDDL语言言的基本本结构- 100 -2.2.3 结构体体的描述述方式- 111 -2.2.4 自上而而下（TTOP DOWWN）的的设计方方法- 11 -2.3 MAAX+PPLUSS III- 112 -2.3.1 Maxx+pllus概述- 12 -2.3.2Maax+ppluss设计过过程- 13 -3 智智能交通通灯控制制系统设设计及主主要功能能模块设设计与仿仿真- 15 -3.1 智能能交通灯灯系统设设计要求求

12、- 115 -3.2 智能能交通灯灯系统整整体设计计- 115 -3.3 计数数模块设设计- 16 -3.4 控制制器模块块的仿真真设计- 188 -3.5 分位位模块设设计- 18 -结论- 20 -致谢- 21 -参考文献献- 222 -V1 绪绪论交通信号号灯是交交通信号号中的重重要组成成部分，是是道路交交通的基基本语言言。交通通信号灯灯由红灯灯（表示示禁止通通行）、绿绿灯（表表示允许许通行）、黄黄灯（表表示警示示）组成成。道路交交通信号号灯是交交通安全全产品中中的一个个类别，是是为了加加强道路路交通管管理，减减少交通通事故的的发生，提提高道路路使用效效率，改改善交通通状况的的一种重重要

13、工具具。适用用于十字字、丁字字等交叉叉路口，由由道路交交通信号号控制机机控制，指指导车辆辆和行人人安全有有序地通通行。城城市交通通信号控控制是通通过对交交通流量量的调节节以达到到改善人人和货物物的安全全运输，提提高运营营效率。交交通系统统是一个个具有随随机性、模模糊性和和不确定定性的复复杂系统统，建立立数学模模型非常常困难，有有时甚至至无法用用现有的的数学方方法加以以描述。目目前大多多采用的的是自适适应信号号控制，它它需要数数学建模模，且不不考虑交交通延误误、停车车次数等等。所以以经典控控制法很很难得到到满意的的效果。而而智能控制制是一种种无须建建立数学学模型的的控制方方法，它它能模仿仿有经验

14、验的交警警指挥交交通时的的思路，达达到很好好的控制制效果。当今世界各国的大城市无不存在着交通拥挤问题。目前我国汽车保有量约占世界的2，交通事故死亡人数却占到15左右。交通安全问题成为严重制约和谐社会建设的重要因素。道路交通系统的运行也正面临着极大挑战，道路交通安全形势极其严峻。然而有限的土地和经济制约使得道路建设不可能达到相对满意的里程数，所以要求在不断扩张道路规模的同时，提高交通路网的通行能力。这就需要综合运用现代信息与通讯技术等手段来提高交通运输效率。智能交通系统ITS（Intelligent Transportation SystemITS）便是旨在对上述问题提出一些根本性解决方案。1.

15、1智智能交通通的国内内外发展展状况1.1.1国内的的研究现现状随着公路路交通运运输的发发展，交交通拥挤挤、道路路阻塞和和交通事事故频繁繁发生等等问题越越来越严严重地困困扰着世世界各大大城市。在在我国，长长期以来来城市人人均道路路面积一一直处于于低水平平状态，近近十年有有了较快快发展，人人均面积积由2.8平方方米上升升到6.6平方方米。尽尽管其增增长幅度度较快，仍仍赶不上上城市交交通流量量年均220%的的增长速速度。目目前全国国32个百百万人口口以上的的大城市市中，有有27个城城市的人人均道路路面积低低于全国国平均水水平。另另外，最最近几年年也是大大城市机机动车增增长速度度最快的的年份，轿轿车、

16、客客车、面面包车以以及摩托托车的增增幅年均均在155%以上上。以广广州为例例，广州州市近110年来来机动车车年均增增长速度度为177%，其其中轿车车为199%，摩摩托车为为35%。相对对于交通通运输工工具的飞飞速发展展，我国国交通配配套设施施建设明明显滞后后，道路路安全网网络、道道路标识识、交通通指挥中中心仍然然不足。单单独从车车辆方面面或道路路方面考考虑，均均很难有有效地解解决交通通问题。通通过采用用信息通通信技术术、电子子技术以以及其他他科学技技术把它它们联系系起来，并并实现智智能化的的ITSS才能解解决根本本问题，交通信信息化需需要融合合科技力力量才能能使目前前的交通通问题得得到改善善。

17、我国城城市交通通信息化化目前还还处于起起步阶段段，无论论是交通通管理中中心、信信息服务务中心的的平台建建设，还还是交通通工具的的导航系系统配备备都不够够完善，智智能交通通系统中中的各部部门、各各环节之之间的衔衔接、配配合还存存在问题题。这些些因素严严重制约约着我国国城市交交通信息息化的发发展。全全国大中中城市普普遍存在在着道路路拥挤、车车辆堵塞塞、交通通秩序混混乱的现现象。概概括起来来，目前前我们城城市交通通主要呈呈现出下下列特点点和问题题：城市市规模逐逐步扩大大，运输输压力沉沉重；机动车车增长加加快，道道路容量量不足；路网不不合理，交交通管理理水平低低下；公共交交通萎缩缩，出行行结构不不合理

18、.我国的IITS研研究和实实施起步步较晚，990年代代中期以以来，在在交通部部的组织织下，我我国交通通运输界界的科学学家和工工程技术术人员开开始跟踪踪ITSS技术，并并取得了了长足进进步。我我国政府府在继续续加快基基础建设设的同时时，已提提出将智智能交通通作为我我国未来来交通运运输领域域发展的的重要方方向和优优先领域域予以重重点支持持。19988年1月月交通部部批准成成立了国国家智能能交通系系统工程程研究中中心，依依托单位位为交通通部公路路科学研研究所。在在交通部部的组织织下，该该中心承承担了部部重点科科研项目目 智智能交通通系统发发展战略略研究。通过过该项目目的研究究，提出出我国智智能交通通

19、系统发发展的整整体框架架，为交交通运输输界提供供指导性性意见。在在“十五五”期间间，由科科学技术术部牵头头，国家家智能交交通系统统工程技技术研究究中心承承担、全全国200余所高高校和研研究所参参与的国国家重大大攻关项项目“IITS体体系框架架”和“IITS标标准体系系及关键键标准制制定” 已经通通过国家家鉴定。这这将为我我国顺利利实施IITS打打下良好好的基础础。从上不难难看出我我国政府府对ITTS产业业的高度度重视和和大力支支持，以以及社会会各界对对此的关关注和积积极参与与。发展展类似于于智能交交通系统统这样的的高技术术产业，是是我国实实施第三三步战略略部署的的一个重重要环节节。从当当今的国

20、国际政治治经济发发展趋势势也不难难看出，高高技术产产业已经经成为当当前世界界经济发发展的动动力，成成为世界界大国争争夺的战战略制高高点。高高技术产产业的发发展水平平，不但但决定着着国际竞竞争力的的高低，而而且决定定着一个个国家在在世界经经济中的的分工地地位，从从而决定定了在国国际贫富富两极分分化中的的国家前前途。十五及以后后一段时时期，是是我国经经济社会会发展的的重要阶阶段，是是进行经经济结构构战略性性调整的的关键时时期，加加快发展展智能交交通系统统这样的的高技术术产业是是经济结结构战略略性调整整的重要要任务之之一，所所以国家家对ITTS产业业的支持持和重视视将会持持续下去去并会不不断加强强。

21、1.1.2国外的的研究现现状从国际上上智能交交通系统统的发展展历史来来看，各各国普遍遍认为起起步于660770年代代的交通通管理计计算机化化就是智智能交通通系统的的萌芽。随随着社会会的发展展和技术术的进步步，交通通管理和和交通工工程逐步步发展成成智能交交通系统统，但是是智能交交通系统统与原来来意义上上的交通通管理和和交通工工程有着着本质的的区别，智智能交通通系统强强调的是是系统性性、信息息的交互互性以及及服务的的广泛性性，其核核心技术术是交通通流理论论、信息息技术、通通信技术术、智能能控制技技术和系系统工程程等。智能交通通系统目目前在欧欧美等发发达国家家正得到到广泛应应用。据据则，应应用智能能

22、交通系系统后，可可有效提提高效能能运输效效益，使使交通拥拥挤降低低20%，延误误损失减减少100-255%，车车祸降低低50-80%，油料料消耗减减少300%。美国ITTS发展展状况：美国是是应用IITS较较为成功功的国家家之一。119955年3月月，美国国交通部部出版了了“国家家智能交交通系统统项目规规划”，明明确规定定了智能能交纱统统的7大大领域和和29个个用户服服务功能能，并确确定了到到20005年的的年度开开发计划划。7大大领域包包括：出出行和交交通管理理系统，出出行需求求管理系系统，公公共交通通运营系系统，商商用车辆辆运营系系统，电电子收费费系统，应应急管理理系统，先先进的车车辆控制

23、制和安全全系统。据据报道，目目前ITTS在美美国的应应用已达达80%以上。而而且相关关的产品品也较先先进。美美国ITTS应用用在车辆辆安全系系统（占占51%），电电子收费费（占337%），公公路及车车辆管理理系统（占占28%），导导航定位位系统（占占20%），商商业车辆辆管理系系统（占占14%）方面面发展较较快。美美国联邦邦政府119900-19997年年用于IITS研研究开发发的年度度预算总总计为112.9935亿亿美元，220年发发展规划划投资预预算约为为4000亿美元元。美国国政府要要求将IITS的的发展与与建设纳纳入各级级政府的的基本投投资计划划之中，大大部分资资金由联联邦、州州和各级

24、级地方政政府提供供，也注注重调动动私营企企业的投投资积极极性。日本ITTS发展展状况：日本早早在19973年年就开始始了对智智能交通通系统的的研究。日日本ITTS规划划体系包包括：先先进的导导航系统统，安全全辅助系系统，交交通管理理最优化化系统，道道路交通通管理高高效化系系统，公公交支援援系统，车车辆运营营管理系系统，行行人诱导导系统和和紧急车车辆支援援系统。日日本的IITS主主要应用用在交通通信息提提供、电电子收费费、公共共交通、商商业车辆辆管理以以及紧急急车辆优优先等方方面，目目前在日日本已有有超过118000万人的的汽车导导航系统统用户。日日本政府府19996-119977年用于于ITS

25、S研究开开发的预预算为1161亿亿日元，用用于ITTS实用用化和基基础设施施建设的的预算为为12885亿日日元。119966年，“推推进ITTS总体体构想”推推出了一一个投资资预算77.8兆兆日元的的20年年规划。日日本走政政府与民民间企业业相互合合作的道道路，如如车辆信信息通讯讯系统（VVICSS）的运运作方式式极大地地调动了了企业的的积极性性，加速速了日本本ITSS的开发发与应用用。欧洲ITTS发展展状况：欧洲在在ITSS应用方方面的进进展介于于日本和和美国之之间。目目前正在在进行TTeleemattic的的全面开开发，计计划在全全欧洲建建立专门门的交通通（以道道路交通通为主）无无线数据据

26、通信网网，并正正在开发发先进的的出行信信息服务务系统（AATISS），车车辆控制制系统（AAVCSS），商商业车辆辆运行系系统（AACVOO），电电子收费费系统等等。在220世纪纪80年年代中期期，欧洲洲10多多个国家家投资550多亿亿美元，旨旨在完善善道路设设施，提提高服务务水平。欧欧盟从119844年到119988年仅用用于ITTS共同同研究开开发项目目的预算算就达2280亿亿欧洲货货币单位位。其他国家家ITSS发展状状况：韩国IITS示示范工程程选在光光州市，预预计耗资资1000亿韩元元，选取取了交通通感诮信信号系统统，公共共车乘客客信息系系统，动动态线路路引导系系统，自自动化，及及时播

27、报报系统，电电子收费费系统，停停车预报报系统，动动态测重重系统，IITS中中心等99项内容容；马来西西亚ITTS建设设集中在在多媒体体超级走走廊，从从位于吉吉隆坡888层的的国油双双峰塔开开始，南南伸至雪雪邦新国国际机场场，达7750平平方公里里。目标标是利用用兆位光光纤网络络，把多多媒体资资讯城，国国际机场场，新联联邦首都都等大型型基础设设施联系系起来；新加坡坡ITSS建设集集中在先先进的城城市交通通管理系系统方面面，该系系统除了了具有传传统功能能，如信信号控制制，交通通检测，交交通诱导导外，还还包括用用电子计计费卡控控制车流流量。在在高峰时时段和拥拥挤路段段还可以以自动提提高通行行费，尽尽

28、可能合合理地控控制道路路的使用用效率。1.2本本课题的的研究目目的和意意义通过设计计一个交交通信号号灯控制制系统，从从而锻炼炼自己的的动手能能力，深深入了解解一下交交通灯的的工作原原理。综综合应用用微机原原理等课课程方面面的知识识，熟练练掌握仿仿真系统统的使用用方法，达达到提高高综合应应用相关关知识的的能力，掌掌握系统统全部设设计过程程的目的的。通过过课程设设计，熟熟练掌握握汇编语语言的编编程方法法，将理理论联系系到实践践中去，提提高我们们的动脑脑和动手手的能力力，提高我我们的逻逻辑抽象象能力。随着社会会的发展展，人们们的消费费水平不不断的提提高，私私人车辆辆不断的的增加。人人多、车车多道路路

29、少的道道路交通通状况已已经很明明显了。车车辆的增增加反映映出了国国家的整整体进步步，但是是也给人人民带来来了其他他的一些些负面的的影响。我我国是113亿多多人口的的大国，到到20006年，全全国的机机动车保保有量超超过了880000万，而而全国公公路通车车总里程程只有114.88万公里里。静态态比例为为：人均均车辆越越0.55辆，而而人均道道路只有有0.0000111公里里；每辆辆车均道道路占有有量约为为0.0002公公里；且且其中990%的的道路属属于机动动车与非非机动车车和行人人混杂。今今后几年年机动车车辆数字字还在急急剧增加加，道路路超负荷荷承载，致致使交通通事故逐逐年增加加。因此此我们

30、需需要开发发新型的的交通控控制系统统。1.3本本文的主主要工作作本文在EEDA技技术的基基础上，利利用FPPGA的的相关知知识设计计了交通通灯控制制系统，可可以根据据实际情情况对灯灯亮时间间进行自自由调整整，整个个设计系系统通过过Maxx+Pllus软件进进行了模模拟仿真真，并下下载到FFPGAA器件中中进行硬硬件的调调试，验验证了设设计的交交通信号号灯控制制电路完完全可以以实现预预定的功功能，具具有一定定的实用用性。2EDAA相关知知识介绍绍2.1FFPGAA概述2.1.1FPPGA的的基本结结构FPGAA是高密密度的PPLD，其其集成度度可达33万门片以上上。图22.1是是Xillinxx

31、公司的的FPGGA，它它由三种种编程单单元和一一个用于于存放编编程数据据的静态态存储器器构成。这这三种可可编程单单元是IIOB（IInpuutOOutpput Bloock可可编程输输入输输出单元元），CCLB（CConffiguurabble Loggic Bloock可可编程逻逻辑单元元）和IIR（IInteercoonneect Ressourrce互互连资源源）。它它们的工工作状态态全部由由编程存存储器中中的数据据设定。CCLB提提供用 户所需需要的逻逻辑功能能。由于于这三部部分都是是可编程程的，所所以改变变芯片的的功能除除了靠改改变各CCLB之之间的连连接，也也可以通通过改变变各个C

32、CLB所所实现的的逻辑功功能来完完成。 FPGGA中的的编程信信息将存存储在专专用的静静态RAAM中；RAMM触发器器的每一一位，存存储一个个编程信信息。系系统上电电时，编编程信息息就由外外部传入入到这些些存储单单元中， FPGGA就可可以按照照这些信信息来形形成内部部的构造造和连接接，以实实现所需需要的功功能。图2.11 FFPGAA基本结结构2.1.2FPPGA编编程开发发FPPGA中中有大量量实现组组合逻辑辑的资源源，可以以完成较较大规模模的组合合逻辑电电路设计计，而其其中相当当数量的的存储电电路（触触发器）又又可完成成复杂的的时序逻逻辑电路路设计。通通过使用用各种EEDA工工具，用用原

33、理图图或硬件件描述语语言，可可以很方方便地将将复杂的的电路在在FPGGA中实实现。像像典型的的数字系系统分频频器，数数字钟，数数字频率率计等等等都可用用 FPPGA完完成。FPPGA的的开发系系统包括括软件和和硬件两两个部分分。开发发系统软软件指专专用的编编程语言言和相应应的汇编编程序或或编译程程序。开开发系统统硬件部部分包括括计算机机和编程程器。编编程器是是对FPPGA进进行写入入和擦除除的专用用装置，能能够提供供写入或或擦除操操作所需需要的电电源电压压和控制制信号，并并通过串串行接口口从计算算机接收收编程数数据，最最终写进进FPGGA之中中。90年代代初Laattiice首首先推出出了一种

34、种新型可可编程逻逻辑器件件ISPPPLLD（IInSSysttemPProggrammmabble PLDD在系统统可编程程逻辑器器件），将将原属于于编程器器的写入入擦除除控制电电路及高高压脉冲冲发生电电路集成成于FPPGA中中，这样样，在编编程时就就不必使使用编程程器，而而且由于于只需外外加5VV电压，所所以不必必将FPPGA从从系统中中取出，从从而实现现“在系系统”编编程。FPGAA设计主主要分为为设计输输入、综综合、功功能仿真真（前仿仿真）、设设计实现现、时序序仿真（后后仿真）、配配置下载载六个步步骤。设设计输入入包括硬硬件描述述语言HHDL、状状态图与与原理图图三种方方式。对对于简单单

35、的设计计，可以以使用原原理图或或ABBEL进进行设计计；对于于较复杂杂的设计计，可以以用行为为描述语语言（如如VHDDL语言言）和原原理图或或二者结结合进行行设计。功功能仿真真用来验验证设计计的逻辑辑功能；在设计计的过程程中，对对部分功功能或整整个设计计均可进进行仿真真。设计计实现是是指从设设计输入入文件到到位流文文件（只只对FPPGA而而言）。在在该过程程中，经经软件自自动地对对设计文文件进行行映射、布布局、布布线，产产生相应应的位流流数据文文件。时时序仿真真是在设设计实现现后，针针对器件件的布局局、布线线方案进进行时延延仿真和和分析定定时关系系。2.1.3FPGGA设计计流程FPGAA设计

36、人人体分为为设计输输入、综综合、功功能仿真真（前仿仿真）、实实现、时时序仿真真（后仿仿真）、配配置下载载等六个个步骤，设设计流程程如图22.2所示示。下面面分别介介绍各个个设计步步骤。时序仿真时序分析配置器件仿真网表报告文件位流文件必要的修改设计实现设计综合功能仿真必要的修改设计输入图2.2 FPGA设计流程图（1）设设计输入入设计输入入包括使使用硬件件描述语语言HDDL、状状态图与与原理图图输入三三种方式式。HDDL设计计方式是是现今设设计大规规模数字字集成电电路的良良好形式式，除IIEEEE标准中中VHDDL与VVeriilogg HDDL两种种形式外外，尚有有各自FFPGAA厂家推推出的

37、专专用语言言，如QQuarrtuss下的AAHDLL。HDDL语言言描述在在状态机机、控制制逻辑、总总线功能能方面较较强，使使其描述述的电路路能特定定综合器器（如SSynoopsyys公司司的FPPGA Commpiller II或或FPGGA EExprresss）作用用下以具具体硬件件单元较较好地实实现；而而原理图图输入在在顶层设设计、数数据通路路逻辑、手手工最优优化电路路等方面面具有图图形化强强、单元元节俭、功功能明确确等特点点，另外外，在AAlteera公公司Quuarttus软软件环境境下，可可以使用用Mommoryy Edditoor对内内部meemorry进行行直接编编辑置入入数

38、据。常常用方式式是以HHDL语语言为主主，原理理图为辅辅，进行行混合设设计以发发挥二者者各自特特色。通常，FFPGAA厂商软软件与第第三方软软件设有有接口，可可以把第第三方设设计文件件导入进进行处理理。如QQuarrtuss与Foounddatiion都都可以把把EDIIF网表表作为输输入网表表而直接接进行布布局布线线，布局局布线后后，可再再将生成成的相应应文件交交给第三三方进行行后续处处理。（2）设设计综合合综合，就就是针对对给定的的电路实实现功能能和实现现此电路路的约束束条件，如如速度、功功耗、成成本及电电路类型型等，通通过计算算机进行行优化处处理，获获得一个个能满足足上述要要求的电电路设

39、计计方案。也也就是是是说，被被综合的的文件是是HDLL文件（或或相应文文件等），综综合的依依据是逻逻辑设计计的描述述和各种种约束条条件，综综合的结结果则是是一个硬硬件电路路的实现现方案，该该方案必必须同时时满足预预期的功功能和约约束条件件。对于于综合来来说，满满足要求求的方案案可能有有多个，综综合器将将产生一一个最优优的或接接近最优优的结果果。因此此，综合合的过程程也就是是设计目目标的优优化过程程，最后后获得的的结构与与综合器器的工作作性能有有关。FPGAA Coompiilerr III是一个个完善的的FPGGA逻辑辑分析、综综合和优优化工具具，它从从HDLL形式未未优化的的网表中中产生优优

40、化的网网表文件件，包括括分析、综综合和优优化三个个步骤。其其中，分分析是采采用Syynoppsyss标准的的HDLL语法规规则对HHDL源源文件进进行分析析并纠正正语法错错误；综综合是以以选定的的FPGGA结构构和器件件为目标标，对HHDL和和FPGGA网表表文件进进行逻辑辑综合；而优化化则是根根据用户户的设计计约束对对速度和和面积进进行逻辑辑优化，产产生一个个优化的的FPGGA网表表文件，以以供FPPGA布布局和布布线工具具使用，即即将电路路优化于于特定厂厂家器件件库，独独立于硅硅持性，但但可以被被约束条条件所驱驱动。利用FPPGA Commpiller II进进行设计计综合时时，应在在当前

41、PProjjectt下导入入设计源源文件，自自动进行行语法分分析，在在语法无无误并确确定综合合方式、目目标器件件、综合合强度、多多层保持持选择、优优化目标标等设置置后，即即可进行行综合与与优化。在在此可以以将两步步独立进进行，在在两步之之间进行行约束指指定，如如时钟的的确定、通通路与端端口的延延时、模模块的算算子共享享、寄存存器的扇扇出等。如如果设计计模型较较大，可可以采用用层次化化方式进进行综合合，先综综合下级级模块，后后综合上上级模块块。在进进行上级级模块综综合埋设设置下级级模块为为Donnt Touuch，使使设计与与综合过过程合理理化。综综合后形形成的网网表可以以以EDDIF格格式输出

42、出，也可可以以VVHDLL或Veerillog HDLL格式输输出，将将其导入入FPGGA设计计厂商提提供的可可支持第第三方设设计输入入的专用用软件中中，就可可进行后后续的FFPGAA芯片的的实现。综综合完成成后可以以输出报报告文件件，列出出综合状状态与综综合结果果，如资资源使用用情况、综综合后层层次信息息等。2.2VVHDLL硬件描描述语言言VHDLL是超高高速集成成电路硬硬件描述述语言的的英文字字头缩写写简称，其其英文全全名是VVeryy-Hiigh Speeed Inttegrrateed CCirccuitt Haardwwaree Deescrripttionn Laanguuage

43、e。它是是在700-800年代中中由美国国国防部部资助的的VHSSIC(超高速速集成电电路)项项目开发发的产品品，诞生生于19982年年。19987年年底，VVHDLL被IEEEE(Thee Innstiitutte oof EElecctriicall annd EElecctrooniccs EEngiineeers)确认为为标准硬硬件描述述语言。自自IEEEE公布布了VHHDL的的标准版版本(IIEEEE sttd 110766-19987标标准)之之后，各各EDAA公司相相继推出出了自己己的VHHDL设设计环境境。此后后，VHHDL在在电子设设计领域域得到了了广泛的的接受，并并逐步取取

44、代了原原有的非非标准HHDL。119933年，IIEEEE对VHHDL进进行了修修订，从从更高的的抽象层层次和系系统描述述能力上上扩展VVHDLL的内容容，公布布了新版版本的VVHDLL，即AANSII/IEEEE stdd 10076-19993版本本。19996年年IEEEE 110766.3成成为VHHDL综综合标准准。VHDLL主要用用于描述述数字系系统的结结构、行行为、功功能和接接口，非非常适用用于可编编程逻辑辑芯片的的应用设设计。与与其它的的HDLL相比，VVHDLL具有更更强的行行为描述述能力，从从而决定定了它成成为系统统设计领领域最佳佳的硬件件描述语语言。强强大的行行为描述述能

45、力是是避开具具体的器器件结构构，从逻逻辑行为为上描述述和设计计大规模模电子系系统的重重要保证证。就目目前流行行的EDDA工具具和VHHDL综综合器而而言，将将基于抽抽象的行行为描述述风格的的VHDDL程序序综合成成为具体体的FPPGA和和CPLLD等目目标器件件的网表表文件已已不成问问题。VHDLL语言在在硬件设设计领域域的作用用将与CC和C+在软软件设计计领域的的作用一一样，在在大规模模数字系系统的设设计中，它它将逐步步取代如如逻辑状状态表和和逻辑电电路图等等级别较较低的繁繁琐的硬硬件描述述方法，而而成为主主要的硬硬件描述述工具，它它将成为为数字系系统设计计领域中中所有技技术人员员必须掌掌握

46、的一一种语言言。VHHDL和和可编程程逻辑器器件的结结合作为为一种强强有力的的设计方方式，将将为设计计者的产产品上市市带来创创纪录的的速度。VHDLL（Veery higgh sspeeed iinteegraatedd ciircuuit Harrdwaare Desscriiptiion Lannguaage）硬硬件描述述语言从从高于逻逻辑级的的抽象层层次上描描述硬件件的功能能、信号号连接关关系及定定时关系系。VHHDL的的设计流流程如下下图2.3：总体方案编写HDL代码软件模拟综合：面向FPGA和ASIC网表硬件验证图2.3 VHDL的设计流程2.2.1VHHDL语语言特点点目前数字字系

47、统的的设计可可以直接接面向用用户需求求,根据据系统的的行为和和功能要要求,自自上而下下地逐层层完成相相应的描描述、综综合、优优化、仿仿真与验验证,直直到生成成器件,实现电电子设计计自动化化。其中中电子设设计自动动化EDDA(即即Eleectrroniic DDesiign Auttomaatioon)的的关键技技术之一一就是可可以用硬硬件描述述语言(HDLL)来描描述硬件件电路。VVHDLL (VVHSIIC HHarddwarre DDesccripptioonLaanguuagee)是用用来描述述从抽象象到具体体级别硬硬件的工工业标准准语言,它是由由美国国国防部在在20世世纪800年代开开发的HHDL,现在已已成为IIEEEE承认的的标准硬硬件描述述语言。VVHDLL支持硬硬件的设设计、验验证、综综合和测测试,以以及硬件件设计数数据的交交换、维维护、修修改和硬硬件的实实现,具具有描述述能力强强、生命命周期长长、支持持大规模模设计的的分解和和已有设设计的再再利用等等优点。VHDLL主要用用于描述述数字系