《FPGA片上系統(tǒng)設(shè)計》課程教學大綱

1、FPGA片上系統(tǒng)設(shè)計課程教學大綱課程編號：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：選修學時/學分：32/2 （講課學時：16 實驗學時：16 上機學時：0）適用專業(yè)：計算機科學與技術(shù)一、課程性質(zhì)與任務“FPGA片上系統(tǒng)設(shè)計”是計算機科學技術(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，使學生通過學習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、課程教學目標1了解FPGA發(fā)展的過程；能夠詳細解釋FPGA常用概念并熟知FPGA所應用的領(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、教學內(nèi)容、基本要求與學時分配序號教學內(nèi)容教學要求學時教學方式對應課程教學目標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能夠針對不同應用選擇適當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、條件語句進行編程2能夠熟練使用系統(tǒng)任務和函數(shù)進行編程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行設(shè)計2能夠采用流水線操作方法進行設(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用通過實驗學會應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、其他教學環(huán)節(jié)（課外教學環(huán)節(jié)、要求、目標）1作業(yè)：（課外8學時）（1）第2章作業(yè)（課外2學時）（2）第3章作業(yè)（課外2學時）（3）第4、5、6章作業(yè)（課外4學時）2上機：（課外8學時）（1）FPGA最小系統(tǒng)設(shè)計（課外4學時），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學時），要求掌握Verilog HDL基本語法的使用六、教學方法（1）在教學方法方面，靈活運用多種先進教學方法，通過現(xiàn)場教學、結(jié)合實際產(chǎn)品實物進行教學，采用傳統(tǒng)教學手段和現(xiàn)代教育技

8、術(shù)相結(jié)合。（2）強調(diào)理論教學和實踐教學并重，重視在實踐教學中培養(yǎng)學生的實踐技能和創(chuàng)新能力。（3）有效地調(diào)動學生的學習積極性，促進學生的積極思考，激發(fā)學生的潛能，注重對學生知識運用能力的考查。（4）自學能力和表達能力的培養(yǎng)：有些章節(jié)內(nèi)容的教學可由教師列出知識點，通過學生自學和教師提問等方法進行培養(yǎng)。（5）實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)：理論知識的學習可以開拓學生的眼界，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，運用所學的設(shè)計理論來指導實踐，這樣可以進一步鞏固所學的理論知識，并且在設(shè)計中充分發(fā)揮學生的主觀能動性，培養(yǎng)學生的創(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)知識點的復習、理解和掌握程度。平時實驗成績：20%。主要考核學生實驗情況。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