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【FPGA】基本实验步骤演示 | Verilog编码 | 运行合成 | 设备/引脚分配 | 综合/实施 | 设备配置 | 以最简单的逻辑非为例


【FPGA】基本实验步骤演示 | Verilog编码 | 运行合成 | 设备/引脚分配 | 综合/实施 | 设备配置 | 以最简单的逻辑非为例_Verilog

写在前面:本章的目的是让你理解与门、或门和非门的行为,并使用 Verilog 语言实现多输入与门、或门和非门。在生成输入信号之后,你需要通过模拟来验证这些门的操作,并使用 FPGA 来验证 Verilog 实现的电路的行为。

0x00 引入:与门、或门与非门

构成数字系统电路的最基本元素,以集成电路的形式实现逻辑代数中0和1的运算,作为这些逻辑代数基础的门有与门、或门、非门等,它们的组合可以生成多种形式的门。

0x01 与门(AND)

接收两个或多个输入信号的门,所有信号都必须是高信号才能输出高信号,除此之外还必须输出低信号。布尔表达式中的乘法表示如下:

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0x02 或门(OR)

接收两个或多个信号,其中一个信号在高信号时输出高值,在没有高信号时输出低值。布尔表达式中的乘法表示如下:

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0x03 非门(NOT)

NOT 门(Inverter),通过反转输入值输出。BUFFER 门由两个 NOT gate 组成,信号不变,但增强了信号强度。

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0x04 传播延迟(Propagation Delay Time)

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从输入到输出的信号值变化所需的平均时间,影响逻辑门的延迟和数量。

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0x05 验证 FPGA 行为

动作验证阶段:

  • Verilog coding
  • Run synthesis
  • Device/Pin assignment
  • Synthesis / Implement
  • Device configuration

例子:非门 Verilog coding

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Device assignment:

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 Device assignment → Device : xc7a75tfgg484(Artix7)

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Pin assignment

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链接你希望在 FPGA pin list 中分配的 Pin 和 Verilog 源端口:

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set_property -dict {PACKAGE_PIN G21 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports a]
set_property -dict {PACKAGE_PIN F15 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports y]

 

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Synthesis / Implementation:

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Device configuration:

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我的板子是 FPGA Starter Kit Ⅲ :

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板子的初始化状态如下所示:

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Open Target →  点击 auto connect,自动连接:

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选择 Program Device:

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🚩 输出结果演示:

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0x06 练习:4-input 或门 

比较(A)和(B)的布尔表达式

完成(A)和(B)的 Verilog 编码

通过(A)和(B)模拟比较输出结果

比较(A)和(B)的动作与 FPGA 的动作

 完成 4-input OR gate 的真值表

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💬 or.v

`timescale 1ns / 1ps

module input_4_OR(
input A,
input B,
input C,
input D,

output E,
output F,
output G
);

assign E = A | B;
assign F = C | E;
assign G = D | F;

endmodule

💬 or.tb

`timescale 1ns / 1ps

module input_4_OR_tb;
reg A;
reg B;
reg C;
reg D;

wire E;
wire F;
wire G;

input_4_OR u_input_4_OR(
.A(A ),
.B(B ),
.C(C ),
.D(D ),
.E(E ),
.F(F ),
.G(G )
);

initial begin
A = 1'b0;
B = 1'b0;
C = 1'b0;
D = 1'b0;
end

always@(A or B or C or D) begin
A <= #20 ~A;
B <= #30 ~B;
C <= #40 ~C;
D <= #50 ~D;
end

initial begin
#1000
$finish;
end


endmodule

🚩 Simulation 结果如下:

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