基于Robei的FPGA编程教程.pdf

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书资料大小：13.64M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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第一章：认识工具，掌握基础

1.1 为什么要选择Robei

1.1.1. 背景介绍

1.1.2. EDA的发展史

1.1.3. Robei的优势

1.2 安装与注册

1.2.1. 安装

1.2.2. 注册

1.3 如何使用Robei

1.3.1. 菜单和工具条

1.3.2. 工具箱

1.3.3. 属性栏

1.3.4. 工作空间

1.3.5. 输出

1.4 Robei三元素

1.4.1. 模块

1.4.2. 引脚

1.4.3. 连接线

1.5 Verilog基础

1.5.1. 数据

1.5.2. 运算符

1.5.3. 结构声明

1. 模块定义

2. 引脚定义

3. 连接线

4. 例化

1.5.4. 代码撰写

1. 赋值语句

2. 分支语句

3. 循环语句

4. 初始化与重复执行

5. 阻塞式赋值与非阻塞式赋值

1.5.5. 一个模块的总结

1.6. 第一天的总结

第二天：实例入手，体验若贝

2.1 实例一逻辑门设计

2.1.1. 本章导读

2.2.2. 设计流程

1. 模型设计

2. 测试文件设计

2.1.3. 问题与思考

2.1.4. 常见问题

2.2 实例二计数器

2.2.1. 本章导读

2.2.2. 设计流程

1. 模型设计

2. 测试文件设计

2.2.3. 问题与思考

2.3 实例三编译码器

2.3.1. 本章导读

2.3.2. 设计流程

1. 编码器模型设计

2. 译码器模型设计

3. 测试文件设计

2.3.3. 问题与思考

2.4 实例四 ALU设计

2.4.1. 本章导读

2.4.2. 设计流程

1. ALU模型设计

2. 测试文件设计

3. 16位ALU设计

4. 32位ALU设计

2.4.3. 问题与思考

第三章：动手实战，板上点灯

3.1 实例五 Robei和Vivado的联合设计——流水灯设计

3.1.1. 本章导读

3.1.2. Robei设计内容

1. light模型设计

2. light_tb测试文件的设计

3. light_constrain约束文件的设计

3.1.3. Vivado设计内容

1. 工程创建

2. 使用Vivado综合工具来综合设计并且分析项目主要输出

3. 使用Vivado实现设计的分析以及项目摘要输出

4. 将设计在开发板上实现

3.1.4. 总结

3.2 实例六自动售饮料机

3.2.1. 本章导读

3.2.2. 设计流程

1. sell模块的设计

2. sell_test测试文件设计

3. sell_constrain约束文件设计

3.2.3. 板级验证

1. VIVADO设计平台进行后端设计

2. 开发板验证

3.2.4. 问题与思考

第四章：复杂运算，板级体验

4.1 实例七 8位移位寄存器的设计

4.1.1. 本章导读

4.1.2. 设计流程

1. shift模型设计

2. shift_test测试文件设计

3. shift_constrain测试文件的设计

4.1.3. 板级验证

1. VIVADO设计平台进行后端设计

2. 开发板验证

4.1.4. 问题与思考

4.2 实例八带符号位小数的加法设计

4.2.1. 本章导读

4.2.2. 设计流程

1. qadd模型设计

2. qadd_test测试文件的设计

3. 约束模块和约束文件设计

4.2.3. 板级验证

1. VIVADO设计平台进行后端设计

2. 开发板验证

4.2.4. 问题与思考

4.3 实例九除法器设计

4.3.1. 本章导读

4.3.2. 设计流程

1. divider模型设计

2. divider_test测试文件的设计

3. divider_constrain约束文件的设计

4.3.3. 板级验证

1. VIVADO设计平台进行后端设计

2. 开发板验证

4.3.4. 问题与思考

第五章：认识协议，操作接口

5.1 实例十 FIFO

5.1.1. 本章导读

5.1.2. 设计流程

1. 模型设计

2. 测试模块设计

3. 约束模块设计

5.1.3. 板级验证

1. VIVADO设计平台进行后端设计

2. 开发板验证

5.1.4. 问题与思考

5.2 实例十一 SPI总线接口的verilog的实现

5.2.1. 本章导读

5.2.2. 设计流程

1. spi_master模型设计

2. spi_master_tb测试文件的设计

5.2.3. SPI接口协议的板级验证

5.2.4. 问题与思考

第六天：串口通信，系统设计

6.1 实例十二 UART的发送与接收模块设计

6.1.1. 本章导读

6.1.2. 设计流程

1. 接收模块的设计

2. UARTTEST测试文件的设计

3. 发送模块设计

4. UARTsendtest测试文件的设计

6.1.3. 问题与思考

6.2 实例十三 Natalius 8位RISC处理器

6.2.1. 本章导读

6.2.2. 设计流程

1. ALU模型设计

2. stack模型设计

3. data_supply模型设计

4. zc_control模型设计

5. data path模型设计

6. instruction memory 模型设计

7. control unit模型设计

8. Natalius processor模型设计

9. processor_test 测试文件的设计

6.2.3. 问题与挑战

第七章：总结反思，项目挑战

参考文献

鸣谢

http://robei.com 若贝 Robei EDA 芯片设计思想前言集成电路设计软件目前在世界上只有几家公司在做，普遍分布在欧美等国家，中国的集成电路设计软件长期依赖于盗版和进口。“工欲善其事，必先利其器”，中国要想大力发展集成电路产业，首先要有自主知识产权的集成电路设计工具。 Robei 是一款全新的拥有自主知识产权的集成电路设计工具，不仅具备传统的设计工具的代码编写、编译、仿真功能，更增加了可视化和模块化设计理念，具有模块设计透明化，方便模块重新利用，加快设计进度的特点。传统的集成电路设计工具庞大、复杂、难用、很不容易入门。初学者将会经历感兴趣迷茫头疼失去兴趣悟道加深兴趣痴迷的过程，其中很大一批人在中间过程中就放弃了继续学习。Robei 可以让初学者平稳而快速的过渡到悟道阶段，并提出 7 天搞定 FPGA 的方案。Robei 为初学者扫平了学习集成电路的荆棘，将泥泞的土路打造成了高铁，为更多人在集成电路学习的道路上保驾护航。传统的书籍都是由专家撰写，他们的知识体系已成系统，很多内容让初学者摸不清头脑，本书采用了初学者教初学者的方式，案例大部分是由初学者在学习过程中设计出来，然后把自己的学习心得编写成案例。因为了解初学者心理的一定是初学者，而非专家学者。本书将会随着初学者的增多，案例的增多，变得更加精炼，更加贴合读者的发展。由于编写时间仓促，编者水平有限，书中难免出现纰漏和错误，敬请批评指正。本书仅供读者学习参考使用。在本书付梓之际，谨向为本书付出辛勤劳动的青岛若贝电子有限公司的工作人员致以诚挚的谢意！参与本书编辑的人员有： Copyright © Robei I

http://robei.com 若贝 Robei EDA 芯片设计简介软件：Robei 可视化芯片设计软件 Robei 是一款可视化的跨平台 EDA 设计工具，具有超级简化的设计流程，最新可视化的分层设计理念，透明开放的模型库以及非常友好的用户界面。Robei 软件将芯片设计高度抽象化，并精简到三个基本元素，掌握这三个基本元素，就能很快地掌握 Robei 的使用技巧。该软件将先进的图形化与代码设计相融合，让框图与代码设计优势互补，弱势相互抵消。 Robei 软件是目前世界上最小的芯片设计仿真工具，也是唯一一个能在移动平台上设计仿真的 EDA 工具。它不依赖于任何芯片，在仿真后自动生成 Verilog 代码，可以与其它 EDA 工具无缝衔接。Robei 以易用（Easy to use）和易重用（Easy to reuse）为基础，是一款为芯片设计工程师量身定做的专用工具。 Copyright © Robei I

http://robei.com 若贝 Robei EDA 目录第一章：认识工具，掌握基础....................................................................................................VIII 1.1 为什么要选择 Robei.........................................................................................................IX 1.1.1. 背景介绍............................................................................................................... IX 1.1.2. EDA 的发展史........................................................................................................ X 1.1.3. Robei 的优势....................................................................................................... XIII 1.2 安装与注册.....................................................................................................................XVI 1.2.1. 安装.....................................................................................................................XVI 1.2.2. 注册.....................................................................................................................XIX 1.3 如何使用 Robei.............................................................................................................XXII 1.3.1. 菜单和工具条................................................................................................... XXII 1.3.2. 工具箱............................................................................................................... XXII 1.3.3. 属性栏..............................................................................................................XXIII 1.3.4. 工作空间..........................................................................................................XXIV 1.3.5. 输出...................................................................................................................XXV 1.4 Robei 三元素................................................................................................................XXVI 1.4.1. 模块..................................................................................................................XXVI 1.4.2. 引脚...............................................................................................................XXVIII 1.4.3. 连接线..............................................................................................................XXIX 1.5 Verilog 基础................................................................................................................. XXXI 1.5.1. 数据..................................................................................................................XXXI 1.5.2. 运算符..............................................................................................................XXXI 1.5.3. 结构声明........................................................................................................ XXXII 1. 模块定义...................................................................................................... XXXII 2. 引脚定义.....................................................................................................XXXIII 3. 连接线.........................................................................................................XXXIII 4. 例化.............................................................................................................XXXIV II Copyright © Robei

http://robei.com 若贝 Robei EDA 芯片设计 1.5.4. 代码撰写........................................................................................................XXXV 1. 赋值语句......................................................................................................XXXV 2. 分支语句......................................................................................................XXXV 3. 循环语句.....................................................................................................XXXVI 4. 初始化与重复执行.................................................................................... XXXVI 5. 阻塞式赋值与非阻塞式赋值...................................................................XXXVII 1.5.5. 一个模块的总结........................................................................................XXXVIII 1.6. 第一天的总结................................................................................................................. XL 第二章：实例入手，体验若贝....................................................................................................XLI 2.1 实例一逻辑门设计......................................................................................................XLII 2.1.1. 本章导读............................................................................................................XLII 2.2.2. 设计流程............................................................................................................XLII 1. 模型设计..........................................................................................................XLII 2. 测试文件设计................................................................................................. XLV 2.1.3. 问题与思考......................................................................................................XLIX 2.1.4. 常见问题................................................................................................................. L 2.2 实例二计数器..................................................................................................................LI 2.2.1. 本章导读................................................................................................................LI 2.2.2. 设计流程................................................................................................................LI 1. 模型设计..............................................................................................................LI 2. 测试文件设计................................................................................................... LIII 2.2.3. 问题与思考.........................................................................................................LVI 2.3 实例三编译码器..........................................................................................................LVII 2.3.1. 本章导读............................................................................................................LVII 2.3.2. 设计流程............................................................................................................LVII 1. 编码器模型设计............................................................................................. LVII 2. 译码器模型设计............................................................................................LVIII 3. 测试文件设计...................................................................................................LIX 2.3.3. 问题与思考........................................................................................................LXII III Copyright © Robei

http://robei.com 若贝 Robei EDA 2.4 实例四 ALU 设计.......................................................................................................LXIII 2.4.1. 本章导读.......................................................................................................... LXIII 2.4.2. 设计流程.......................................................................................................... LXIII 1. ALU 模型设计................................................................................................LXIII 2. 测试文件设计................................................................................................. LXV 3. 16 位 ALU 设计............................................................................................ LXVII 4. 32 位 ALU 设计..............................................................................................LXXI 2.4.3. 问题与思考................................................................................................... LXXIII 第三章：动手实战，板上点灯..............................................................................................LXXIV 3.1 实例五 Robei 和 Vivado 的联合设计——流水灯设计......................................... LXXV 3.1.1. 本章导读........................................................................................................ LXXV 3.1.2. Robei 设计内容...............................................................................................LXXV 1. light 模型设计...............................................................................................LXXV 2. light_tb 测试文件的设计...........................................................................LXXVII 3. light_constrain 约束文件的设计..............................................................LXXVIII 3.1.3. Vivado 设计内容.............................................................................................LXXX 1. 工程创建...................................................................................................... LXXX 2. 使用 Vivado 综合工具来综合设计并且分析项目主要输出................LXXXIV 3. 使用 Vivado 实现设计的分析以及项目摘要输出................................LXXXVI 4. 将设计在开发板上实现....................................................................... LXXXVIII 3.1.4. 总结.....................................................................................................................XCI 3.2 实例六自动售饮料机................................................................................................. XCII 3.2.1. 本章导读........................................................................................................... XCII 3.2.2. 设计流程........................................................................................................... XCII 1. sell 模块的设计................................................................................................XCII 2. sell_test 测试文件设计.................................................................................. XCIV 3. sell_constrain 约束文件设计......................................................................... XCVI 3.2.3. 板级验证........................................................................................................ XCVII 1. VIVADO 设计平台进行后端设计.............................................................. XCVII IV Copyright © Robei

http://robei.com 若贝 Robei EDA 芯片设计 2. 开发板验证........................................................................................................ CII 3.2.4. 问题与思考.........................................................................................................CIII 第四章：复杂运算，板级体验....................................................................................................CIV 4.1 实例七 8 位移位寄存器的设计.....................................................................................CV 4.1.1. 本章导读..............................................................................................................CV 4.1.2. 设计流程..............................................................................................................CV 1. shift 模型设计.....................................................................................................CV 2. shift_test 测试文件设计....................................................................................CVI 3. shift_constrain 测试文件的设计....................................................................CVIII 4.1.3. 板级验证.............................................................................................................CIX 1. VIVADO 设计平台进行后端设计...................................................................CIX 2. 开发板验证.....................................................................................................CXV 4.1.4. 问题与思考....................................................................................................... CXV 4.2 实例八带符号位小数的加法设计........................................................................... CXVI 4.2.1. 本章导读..........................................................................................................CXVI 4.2.2. 设计流程........................................................................................................ CXVII 1. qadd 模型设计...............................................................................................CXVII 2. qadd_test 测试文件的设计......................................................................... CXVIII 3. 约束模块和约束文件设计.............................................................................CXX 4.2.3. 板级验证........................................................................................................... CXX 1. VIVADO 设计平台进行后端设计................................................................CXXI 2. 开发板验证.................................................................................................CXXVI 4.2.4. 问题与思考................................................................................................. CXXVII 4.3 实例九除法器设计............................................................................................... CXXVII 4.3.1. 本章导读......................................................................................................CXXVII 4.3.2. 设计流程.................................................................................................... CXXVIII 1. divider 模型设计.......................................................................................CXXVIII 2. divider_test 测试文件的设计.......................................................................CXXX 3. divider_constrain 约束文件的设计........................................................... CXXXII V Copyright © Robei

http://robei.com 若贝 Robei EDA 4.3.3. 板级验证.................................................................................................... CXXXIII 1. VIVADO 设计平台进行后端设计..........................................................CXXXIV 2. 开发板验证..............................................................................................CXXXIX 4.3.4. 问题与思考........................................................................................................CXL 第五章：认识协议，操作接口................................................................................................. CXLI 5.1 实例十 FIFO.............................................................................................................. CXLII 5.1.1. 本章导读.........................................................................................................CXLII 5.1.2. 设计流程........................................................................................................CXLIII 1. 模型设计......................................................................................................CXLIII 2. 测试模块设计............................................................................................. CXLVI 3. 约束模块设计...........................................................................................CXLVIII 5.1.3. 板级验证.............................................................................................................. CL 1. VIVADO 设计平台进行后端设计.................................................................... CL 2. 开发板验证......................................................................................................CLV 5.1.4. 问题与思考...................................................................................................... CLVI 5.2 实例十一 SPI 总线接口的 verilog 的实现.............................................................. CLVII 5.2.1. 本章导读.........................................................................................................CLVII 5.2.2. 设计流程........................................................................................................CLVIII 1. spi_master 模型设计....................................................................................CLVIII 2. spi_master_tb 测试文件的设计..................................................................... CLXI 5.2.3. SPI 接口协议的板级验证..............................................................................CLXIII 5.2.4. 问题与思考................................................................................................... CLXVI 第六章：串口通信，系统设计.............................................................................................CLXVII 6.1 实例十二 UART 的发送与接收模块设计.............................................................CLXIX 6.1.1. 本章导读....................................................................................................... CLXIX 6.1.2. 设计流程.........................................................................................................CLXX 1. 接收模块的设计...........................................................................................CLXX 2. UARTTEST 测试文件的设计................................................................... CLXXII 3. 发送模块设计.......................................................................................... CLXXIV VI Copyright © Robei

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