《FPGA片上系統(tǒng)設(shè)計》課程教學(xué)大綱

1、FPGA片上系統(tǒng)設(shè)計課程教學(xué)大綱課程編號：081346272課程名稱：FPGA片上系統(tǒng)設(shè)計英文名稱：Design of FPGA System on Chip課程類型：專業(yè)課課程要求：選修學(xué)時/學(xué)分：32/2 （講課學(xué)時：16 實驗學(xué)時：16 上機(jī)學(xué)時：0）適用專業(yè)：計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)一、課程性質(zhì)與任務(wù)“FPGA片上系統(tǒng)設(shè)計”是計算機(jī)科學(xué)技術(shù)以及相關(guān)專業(yè)的選修課。FPGA片上系統(tǒng)技術(shù)采用硬件編程語言完成系統(tǒng)的電路設(shè)計，是嵌入式系統(tǒng)中硬件開發(fā)的基礎(chǔ)。通過本課程的教學(xué)，使學(xué)生通過學(xué)習(xí)FPGA最小系統(tǒng)外圍電路的設(shè)計、Verilog HDL基本語法以及Quartus II 基本設(shè)計流程，具備嵌入式片上系

2、統(tǒng)相關(guān)工程知識。通過對IP核的研究設(shè)計常用的IP核，使學(xué)生具備分析問題核初步設(shè)計FPGA解決方案的能力。二、課程與其他課程的聯(lián)系先修課程：C語言程序設(shè)計、電工電子技術(shù)基礎(chǔ)、計算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)、嵌入式系統(tǒng)后續(xù)課程：嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計、嵌入式應(yīng)用開發(fā)項目實踐先修課程提供了基礎(chǔ)的硬件理論和編程基礎(chǔ)。后繼課程的項目實踐在硬件設(shè)計過程中用到了本課程的FPGA設(shè)計技術(shù)。三、課程教學(xué)目標(biāo)1了解FPGA發(fā)展的過程；能夠詳細(xì)解釋FPGA常用概念并熟知FPGA所應(yīng)用的領(lǐng)域。（支撐畢業(yè)能力要求1）2熟知FPGA外圍接口設(shè)計方法，能夠熟練使用FGPA設(shè)計技巧；具備使用FPGA工具，采用Verilog HDL語言設(shè)計F

3、PGA系統(tǒng)的能力。（支撐畢業(yè)能力要求2、3）3能夠基于Quartus II 設(shè)計FPGA系統(tǒng)實驗、并通過分析綜合得到結(jié)論。（支撐畢業(yè)能力要求4）四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配序號教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求學(xué)時教學(xué)方式對應(yīng)課程教學(xué)目標(biāo)1一、FPGA系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)1FPGA技術(shù)的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展方向2FPGA技術(shù)的常用概念3FPGA典型應(yīng)用領(lǐng)域4FPGA芯片選修參考1能夠敘述FPGA發(fā)展方向以及應(yīng)用領(lǐng)域2能夠闡述FPGA技術(shù)常用概念3能夠針對不同應(yīng)用選擇適當(dāng)FPGA芯片型號2講授12二、FPGA最小系統(tǒng)設(shè)計-核心電路1FPGA最小系統(tǒng)概念2FPGA芯片的管腳兼容性設(shè)計3FPGA最小系統(tǒng)的存儲接口設(shè)計4FPGA

4、最小系統(tǒng)調(diào)試流程1能夠熟知FPGA最小系統(tǒng)的概念2能夠闡明FPGA芯片管腳兼容性設(shè)計方法3能夠闡明FPGA存儲接口設(shè)計方法4具備調(diào)試FPGA最小系統(tǒng)的能力2講授2、43實驗1Flash 存儲器接口設(shè)計通過實驗掌握FPGA芯片F(xiàn)lash存儲器接口設(shè)計方法2實驗2、3、44實驗2SDRAM存儲器接口設(shè)計通過實驗掌握FPGA芯片SDRAM存儲器接口設(shè)計方法2實驗2、3、45三、FPGA最小系統(tǒng)設(shè)計-外圍電路1基礎(chǔ)類外圍接口2顯示類外圍接口3通信類外圍接口4電源、時鐘和復(fù)位電路1能夠完成基礎(chǔ)類的外圍接口設(shè)計2能夠完成顯示類接口設(shè)計3能夠完成通信類外圍接口的設(shè)計2能夠設(shè)計并實現(xiàn)電源、時鐘、通信類接口設(shè)計

5、。2講授2、46實驗3撥碼開關(guān)接口設(shè)計能夠設(shè)計撥碼開關(guān)接口2實驗2、3、47實驗4USB20接口設(shè)計能夠設(shè)計USB20接口設(shè)計4實驗2、3、48四、Verilog HDL基本語法1常用運算符2賦值語句3系統(tǒng)任務(wù)和函數(shù)4條件語句1能夠熟練使用Verilog HDL語言中的常用運算符、賦值語句、條件語句進(jìn)行編程2能夠熟練使用系統(tǒng)任務(wù)和函數(shù)進(jìn)行編程2講授2、4實驗5跑馬燈實現(xiàn)通過實驗使用Verilog HDL實現(xiàn)跑馬燈應(yīng)用2實驗2、49五、Quartus II 基本設(shè)計流程1Quartus II基本使用2設(shè)計輸入3仿真4編程下載能夠在Quartus II的環(huán)境下進(jìn)行設(shè)計輸入、仿真并編程下載2講授2、

6、410六、NIOS II設(shè)計流程1NIOS II軟件開發(fā)流程2NIOS II軟件運行與調(diào)試3NIOS II集成開發(fā)環(huán)境與設(shè)計實例1熟悉NIOS II軟件的開發(fā)流程2掌握NIOS II的使用方法與調(diào)試方法3通過實例鞏固NIOS II集成開發(fā)環(huán)境的使用方法2講授2、411七、FPGA設(shè)計實用技巧-乒乓操作1乒乓操作2流水線操作1能夠采用乒乓操作技巧進(jìn)行設(shè)計2能夠采用流水線操作方法進(jìn)行設(shè)計2講授2、412實驗6顯示設(shè)計中乒乓操作與流水線操作實際應(yīng)用通過實驗學(xué)會應(yīng)用乒乓操作與流水線操作方法4實驗2、3、413八、FPGA設(shè)計常用IP核-鎖相環(huán)1片上存儲器2鎖相環(huán)3高速串行IO1能夠完成常用FPGA I

7、P核的片上存儲器設(shè)計2能夠設(shè)計并實現(xiàn)FPGA IP核的鎖相環(huán)3能夠?qū)崿F(xiàn)FPGA IP核的高速串行IO模塊2講授2、4五、其他教學(xué)環(huán)節(jié)（課外教學(xué)環(huán)節(jié)、要求、目標(biāo)）1作業(yè)：（課外8學(xué)時）（1）第2章作業(yè)（課外2學(xué)時）（2）第3章作業(yè)（課外2學(xué)時）（3）第4、5、6章作業(yè)（課外4學(xué)時）2上機(jī)：（課外8學(xué)時）（1）FPGA最小系統(tǒng)設(shè)計（課外4學(xué)時），要求掌握FPGA最小系統(tǒng)設(shè)計思路（2）Verilog HDL基本語法（課外4學(xué)時），要求掌握Verilog HDL基本語法的使用六、教學(xué)方法（1）在教學(xué)方法方面，靈活運用多種先進(jìn)教學(xué)方法，通過現(xiàn)場教學(xué)、結(jié)合實際產(chǎn)品實物進(jìn)行教學(xué)，采用傳統(tǒng)教學(xué)手段和現(xiàn)代教育技

8、術(shù)相結(jié)合。（2）強(qiáng)調(diào)理論教學(xué)和實踐教學(xué)并重，重視在實踐教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的實踐技能和創(chuàng)新能力。（3）有效地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促進(jìn)學(xué)生的積極思考，激發(fā)學(xué)生的潛能，注重對學(xué)生知識運用能力的考查。（4）自學(xué)能力和表達(dá)能力的培養(yǎng)：有些章節(jié)內(nèi)容的教學(xué)可由教師列出知識點，通過學(xué)生自學(xué)和教師提問等方法進(jìn)行培養(yǎng)。（5）實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)：理論知識的學(xué)習(xí)可以開拓學(xué)生的眼界，通過實踐可以把抽象的理論知識理解、掌握得更透徹；通過參加一個FPGA實際項目設(shè)計，運用所學(xué)的設(shè)計理論來指導(dǎo)實踐，這樣可以進(jìn)一步鞏固所學(xué)的理論知識，并且在設(shè)計中充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。七、考核及成績評定方式最終成績由平時出勤情況、平時作業(yè)成績、平時實驗成績、期末成績等組合而成。各部分所占比例如下：平時作業(yè)成績：10%。主要考核對主要章節(jié)知識點的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度。平時實驗成績：20%。主要考核學(xué)生實驗情況。期末考試成績：70%。主要考FPGA偏上系統(tǒng)設(shè)計基本內(nèi)容。書面考試形式。題型為、選擇題、填空題、簡答題、設(shè)計題等。八、教材及參考書目1教材：1 F余樂，譚元祿PGA芯片