无线通信实验手册第一章信息与通信技术及FPGA开发综述课件.ppt

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1、 信息与通信技术的发展概况信息与通信技术的发展概况1第一章：第一章：信息与通信息与通信技术及信技术及FPGAFPGA开发开发综述综述 可编程逻辑器件发展概况可编程逻辑器件发展概况21 未来未来FPGA技术的发展趋势技术的发展趋势3 FPGA在信息与通信领域的应用在信息与通信领域的应用4 本章小结本章小结52电子管电子管计算机计算机32位机位机16位机位机 性能性能晶体管晶体管计算机计算机集成电路集成电路计算机计算机 大规模、超大大规模、超大规模集成电路规模集成电路计算机计算机体积更小，功耗更低，可靠性更高，计算速度更快时间时间194619561960s1970s 1970s1980s8位机位机

2、4位机位机64位机位机第五代第五代计算机计算机1980s智能计算机系统计算机技术的发展计算机技术的发展信息与通信技术的发展概况信息与通信技术的发展概况3模拟信号处理技术模拟信号处理技术，通常处理一些模拟信号，即在时间和取值上通常处理一些模拟信号，即在时间和取值上都连续的信号，通常通过一些模拟器件，如电容，电阻，电感和都连续的信号，通常通过一些模拟器件，如电容，电阻，电感和放大器等等。放大器等等。数字信号处理技术是在模拟信号处理技术之后发展起来的，它主数字信号处理技术是在模拟信号处理技术之后发展起来的，它主要处理一些数字信号，即在时间和取值上都离散的信号要处理一些数字信号，即在时间和取值上都离散

3、的信号。数字信号处理的简单方框图信号处理技术的发展信号处理技术的发展-14信号处理技术的发展信号处理技术的发展-2传统DSP模块不能稳定处理不能稳定处理一一些些复杂度和功耗复杂度和功耗都比较大的系统都比较大的系统可编程逻辑器件性能和密度大大性能和密度大大提高，提高，能处理能处理复复杂度和功耗都比杂度和功耗都比较大的系统较大的系统，并并且支持并行计算且支持并行计算6通信系统的一般模型通信技术的发展通信技术的发展-2 为为了了实实现现消消息息的的传传递递，无无论论是是有有线线通通信信还还是是无无线线通通信信，都都需需要要一一定定的的技技术术设设备备和和传传输输设设备备。这这些些完完成成通通信信所所

4、需需的的一一切技术设备和传输媒介所构成的总体称为通信系统切技术设备和传输媒介所构成的总体称为通信系统。7数字化数字化数字化数字化宽带化宽带化宽带化宽带化高速化高速化高速化高速化全球化全球化 综合化综合化综合化综合化智能化智能化智能化智能化个性化个性化个性化个性化通信技术的发展趋向通信技术的发展趋向通信技术的发展通信技术的发展-3 信息与通信技术的发展概况信息与通信技术的发展概况1第一章：第一章：信息与通信息与通信技术及信技术及FPGAFPGA开发开发综述综述8 未来未来FPGA技术的发展趋势技术的发展趋势3 FPGA在信息与通信领域的应用在信息与通信领域的应用4 本章小结本章小结5 可编程逻辑

5、器件发展概况可编程逻辑器件发展概况2可编程逻辑器件PLD是20世纪70年代发展起来的一种新型逻辑器件，是目前数字系统设计的主要硬件基础。扩展型复杂可编程逻辑器件CPLD和现场可编程门阵列FPGA，起源于20世纪80年代。可编程逻辑器件可编程逻辑器件PROMPROM技术技术EPROMEPROM技技术术E E2 2PROMPROM技术技术CPLDCPLDFPGAFPGAPLDPLDGALGALPALPALPLAPLA早期的可编程逻辑器件优点：体系结构和逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围宽；可实现较大规模的电路，编程也很灵活；设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定以

6、及可实时在线检验11三大公司AlteraXilinxLatticep主要产品有MAX3000/7000，FLEX10K，APEX20K，ACEX1K，Stratix，Cyclone等。p开发软件为QuartusII。p主要产品有XC9500，Coolrunner，Spartan，Virtex等。p开发软件为ISE。p主要产品有M主要产品有ispMACH4000，EC/ECP，XO，XP以及可编程模拟器件等。全球主要全球主要FPGA厂商厂商13可编程逻辑器件可编程逻辑器件 FPGA是作为专用集成电路（是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不

7、足，又克半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA逻辑可编程逻辑可编程即即中中间间排排成成行行和和列列的的逻逻辑辑单单元元可可编编程程，可可以以实实现现组组合合逻逻辑辑电电路路和和时时序序逻逻辑辑电电路路，在在逻逻辑辑模模块块里里有有实实现现组组合合逻逻辑辑和和集成的元件触发器集成的元件触发器I/O可编程可编程用用户户可可以以设设置置引引脚脚是是输输入入还还是是输输出出，是是CMOS电电平平还还是是TTL电电平平，可可决决定定是是否否有有上上拉拉或或信信号号激激变变，以以及及速速率率的的快慢快慢互联线资源

8、可编程互联线资源可编程在在贯贯穿穿行行和和列列的的逻逻辑辑块块之之间间分分布布很很多多的的互互连连线线，这这些些互互连连线线可可编编程程。用用某某些些连连线线、以以一一定定的的方方式式把把各各种种功功能能连连接接起起来来实实现现设设计计需需要要，就就 构构 成成 了了FPGA。三种可编程资源 信息与通信技术的发展概况信息与通信技术的发展概况1第一章：第一章：信息与通信息与通信技术及信技术及FPGAFPGA开发开发综述综述 可编程逻辑器件发展概况可编程逻辑器件发展概况215 未来未来FPGA技术的发展趋势技术的发展趋势3 FPGA在信息与通信领域的应用在信息与通信领域的应用4 本章小结本章小结5

9、161芯片工艺的发展趋势芯片工艺的发展趋势未来未来FPGA技术的发展趋势技术的发展趋势高性能、高吞吐量I/O应用低功耗随着芯片生产工艺不断提高，FPGA芯片的性能和密度都在不断提高，逐渐向高性能、高密度、低压和低功耗的方向发展。早期FPGA主要完成接口逻辑设计，现在FPGA正在成为电路的核心部件，完成关键功能。18基于基于IP库的设计方法库的设计方法3未来未来FPGA技术的发展趋势技术的发展趋势 未来进行系统FPGA设计时，主要工作就是找到适合项目需要的IP库资源，然后将这些IP核整合起来，完成顶层模块设计。由于商业的IP核都是通过验证的，因此整个项目的仿真和验证工作主要就是验证IP核接口逻辑

10、设计的正确性，如此便于设计者进行整体系统的设计及验证。因此使用IP模块可以简化系统设计，缩短设计时间。目前，基于IP 库的设计方法还没有得到广泛应用。但随着FPGA密度不断提高和IP库的价格逐渐趋于合理化，这种设计方法将成为主流的FPGA设计技术。19动态可重构技术动态可重构技术4未来未来FPGA技术的发展趋势技术的发展趋势 FPGA动态可重构技术针对特定结构的FPGA芯片，在一定的控制逻辑的驱动下，对芯片的全部或部分逻辑资源实现高速的功能变换，从而实现硬件的时分复用，节省逻辑资源。由于密度不断提高，FPGA能实现的功能越来越复杂。但是FPGA全部逻辑配置一次需要的时间相应变长也降低了系统的实

11、时性。局部逻辑的配置功能可以实现“按需动态重构”，大大提高了配置的效率。动态可重构的FPGA可以在系统运行中对电路功能进行动态配置，实现硬件的时分复用，节省了资源，可以适用于通信系统以及重构计算机等系统的设计。信息与通信技术的发展概况信息与通信技术的发展概况1第一章：第一章：信息与通信息与通信技术及信技术及FPGAFPGA开发开发综述综述 可编程逻辑器件发展概况可编程逻辑器件发展概况220 未来未来FPGA技术的发展趋势技术的发展趋势3 FPGA在信息与通信领域的应用在信息与通信领域的应用4 本章小结本章小结521FPGA在信息与通信领域的应用在信息与通信领域的应用应用一：计算机技术中的应用应

12、用一：计算机技术中的应用 视频会议xDSL无线局域网信息安全22FPGA在信息与通信领域的应用在信息与通信领域的应用应用二：数字信号处理中的应用应用二：数字信号处理中的应用 图像处理方面语音处理方面24多种体制并存是未来无线通信系统的必然趋势。基于FPGA的无线通信系统，能够满足未来的通信发展的需要，并且，在多种体制并存的时代里，由以FPGA为核心所构建的通用硬件平台，可以通过不同的软件加载的方式来实现这种兼容。FPGA在通信领域的应用，大大改善了现代通信系统的性能。基于FPGA嵌入式系统不仅具有其他微处理器和单片机嵌入式系统的优点和技术特性，而且还可能用并行算法操作，具有高速数字信号处理的能

13、力，为实现系统的实时性提供了有利的支持。综上所述，FPGA技术必将成为现代电子技术，计算机技术和移动通信技术的重要支柱。信息与通信技术的发展概况信息与通信技术的发展概况1第一章：第一章：信息与通信息与通信技术及信技术及FPGAFPGA开发开发综述综述 可编程逻辑器件发展概况可编程逻辑器件发展概况225 未来未来FPGA技术的发展趋势技术的发展趋势3 FPGA在信息与通信领域的应用在信息与通信领域的应用4 本章小结本章小结5 本章简要介绍了计算机技术、信号处理以及无线通信等信息通信技术的历史及现状，接着对可编程逻辑器件的的发展概况进行说明，并对FPGA技术的发展趋势进行了展望。最后阐述了FPGA技术在上述信息通信领域典型技术中的应用范围及前景。26本章小结本章小结