FPGA使用手册 - 附件2

标题中的“Alinx-DNN.zip”表明这是一个与Alinx（可能是Alinx公司或者特定的硬件平台）相关的深度学习网络(DNN)压缩包。这个压缩包很可能是为了支持FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）上的DNN应用，因为标签中提到了"FPGA"。FPGA在AI领域被广泛用于加速计算，特别是对于深度学习模型的推理阶段，由于其可定制性和高并行性，能够提供比传统CPU更快的运算速度。 描述中提到的“《第一章 AXU3EBG开发板系统安装》”暗示AXU3EBG是一款开发板，可能由Alinx公司生产。这个开发板很可能专门设计用于FPGA上的DNN应用。开发板的系统安装教程通常会涵盖如何设置开发环境，配置硬件接口，以及安装必要的软件工具和驱动程序，以便用户可以开始进行DNN模型的部署和调试。 压缩包内的“tf_yolov3_vehicle_deploy”文件名揭示了它包含了基于TensorFlow实现的YOLOv3（You Only Look Once的第三个版本）目标检测模型的车辆检测部署代码。YOLOv3是一种实时的目标检测算法，它在处理图像识别和物体检测任务时表现出色，尤其是对于车辆检测这样的应用非常适用。在FPGA上部署YOLOv3，可以实现高效的边缘计算，将智能分析功能集成到硬件中，降低延迟，提高响应速度。 在FPGA上部署DNN模型通常涉及以下步骤： 1. **模型优化**：将预训练的YOLOv3模型转换为适合FPGA的格式，可能需要使用如Xilinx的Vivado HLS（High-Level Synthesis）或Intel的OpenVINO等工具进行模型量化和优化，减少计算复杂度和内存需求。 2. **硬件设计**：利用FPGA的并行性设计硬件逻辑，实现模型的计算部分。 3. **编译和映射**：使用FPGA开发工具，如Vivado，将硬件描述语言（如VHDL或Verilog）编译并映射到具体的FPGA芯片上。 4. **软件接口**：开发必要的软件接口，使得应用程序可以通过PCIe等接口与FPGA上的硬件进行通信，发送输入数据并接收处理结果。 5. **系统集成**：将FPGA模块整合到AXU3EBG开发板的整个系统中，包括操作系统配置、驱动程序编写等。 通过这个压缩包，用户可以学习如何在AXU3EBG开发板上完成YOLOv3车辆检测模型的FPGA部署，从而实现在边缘设备上的实时车辆检测功能，这在智能交通、自动驾驶等领域有着广泛应用。

Xilinx的SDK自带的lwip_echo例程，直接应用到板子上会出现反复重连的现象，这个版本修复了这个bug。如果依然有疑问，可以直接参考我的专栏https://www.bilibili.com/read/cv5173176

Quartus Programmer是一款由Altera（现已被Intel收购）开发的专业级编程软件，主要用于FPGA（Field-Programmable Gate Array）和CPLD（Complex Programmable Logic Device）的配置和固件烧录。该软件是Quartus II设计套件的一部分，但在这里我们讨论的是其独立版本——Quartus Programmer V20.1.1.720，一个轻量级且易于使用的工具，仅需300多MB的下载空间。 让我们深入了解Quartus Programmer的功能和用途。这款软件能够帮助用户将编译后的设计文件烧录到目标硬件设备上，从而实现硬件逻辑功能的验证和实际应用。它支持多种文件格式，包括但不限于： 1. **POF** (Programming Object File)：这是Altera特有的编程对象文件，包含了配置数据，用于对CPLD或FPGA进行编程。 2. **SOF** (System Object File)：这是一种用于FPGA的配置文件，包含了经过优化的逻辑门配置数据，是Quartus II编译流程的输出结果之一。 3. **JIC** (JTAG Interface Configuration)：这种文件格式用于通过JTAG（Joint Test Action Group）接口进行设备编程，是一种标准的边界扫描测试协议。 使用Quartus Programmer进行设备编程的过程通常包括以下几个步骤： 1. **设计输入**：用户使用硬件描述语言（如VHDL或Verilog）编写逻辑设计，然后在Quartus II环境中进行综合和布局布线。 2. **编译与优化**：Quartus II会将设计文件转换为适合目标硬件的配置文件（如SOF）。 3. **配置文件选择**：根据需要，用户可以选择合适的配置文件格式（如POF或JIC），以便于特定的烧录需求。 4. **硬件连接**：连接硬件设备，如通过USB或JTAG接口将电脑与FPGA/CPLD板卡相连。 5. **编程操作**：运行Quartus Programmer，选择正确的设备和配置文件，然后执行烧录操作。软件会指导用户完成整个过程，确保数据正确无误地写入目标设备。 6. **验证**：烧录完成后，可以通过软件的在线调试工具或者硬件测试来验证设计是否按预期工作。 在硬件开发领域，Quartus Programmer是必不可少的工具之一，尤其对于Altera的FPGA和CPLD用户而言。它简化了编程过程，提供了直观的用户界面，并且支持多种编程方式，满足了不同应用场景的需求。对于初学者和专业开发者来说，这个免费的正版软件是实现硬件设计与原型验证的关键工具。 Quartus Programmer V20.1.1.720是Altera FPGA和CPLD开发中的重要组成部分，通过其强大的编程功能，能够有效地将数字逻辑设计转化为实际硬件行为。无论你是硬件爱好者还是专业工程师，掌握这款软件的使用都将极大地提升你的工作效率和项目质量。

verilog实现B码（直流码）解码，输出年、日、时、分、秒、毫秒，输出时间格式为BCD码，输出同步秒脉冲，同时根据秒脉冲生成毫秒。已在实际工程中应用。可直接拿来使用！

AES-128，全称为Advanced Encryption Standard with a 128-bit key，是一种广泛应用的对称加密算法，主要用于保护数据安全。在 FPGA（Field-Programmable Gate Array）上实现AES-128，可以提供高效、实时的加密与解密功能，尤其适用于嵌入式系统和物联网设备。下面我们将深入探讨AES-128的工作原理以及在FPGA中的实现。 AES-128算法由以下几个步骤组成： 1. **初始轮**：将128位的明文与128位的密钥进行混合。这个过程包括字节代换、行移位、列混淆和轮密钥加四个子步骤。 2. **中间轮**：接下来的9轮中，同样的四个子步骤反复执行，每一轮都会使用一个新的轮密钥，增强安全性。 3. **最终轮**：最后一轮与中间轮类似，但省略了列混淆步骤，确保解密过程的逆向操作。 **字节代换**：使用预定义的S盒（Substitution Box），每个字节都被替换为另一个字节，增加破解的难度。 **行移位**：矩阵的每一行向左移动一定数量的位，使得不同行的数据交错，增强加密效果。 **列混淆**：通过线性变换，使列中的数据相互影响，增加密码的复杂性。 **轮密钥加**：每一轮结束时，将当前轮的密钥与明文或密文异或，为下一轮做准备。 在FPGA中实现AES-128，我们可以利用FPGA的并行处理能力，设计出硬件加速器。这通常包括以下部分： 1. **状态机**：控制整个加密/解密过程的时序，确保各个步骤按正确顺序执行。 2. **数据路径**：实现字节代换、行移位和列混淆的功能模块，这些模块可以通过查找表（LUT）、移位寄存器等逻辑单元构建。 3. **轮密钥生成器**：根据主密钥生成每轮所需的轮密钥，这通常涉及到一系列的位扩展和异或操作。 4. **接口**：设计输入/输出接口，接收明文数据和密钥，输出密文数据，可能还包括调试信息。 5. **时序优化**：为了达到高速加密，需要考虑时钟周期和逻辑深度，确保所有操作能在规定时间内完成。 在提供的文件"tb"中，"tb"通常代表Testbench，是验证AES-128设计是否正确的测试平台。它会模拟各种输入数据和密钥，检查输出结果是否符合预期，以确保FPGA设计的正确性和性能。 通过这样的工程文件，开发者可以学习到如何在FPGA中实现高效的AES-128硬件加速器，并且可以利用Testbench进行验证，确保其功能正确无误。这种实践对于理解和掌握FPGA开发、密码学以及数字电路设计都具有重要意义。

【MATLAB进行FPGA开发】 MATLAB是一种广泛使用的数学计算和编程环境，而FPGA（Field-Programmable Gate Array）是可编程逻辑器件，常用于实现高速、低延迟的数字电路。将MATLAB与FPGA结合，可以便捷地将复杂的算法转化为硬件实现，提高系统性能。本教程详细讲解了如何利用MATLAB进行FPGA开发，具体涉及以下知识点： 1. **Simulink基础**：Simulink是MATLAB的一个图形化建模工具，用于创建、模拟和分析多域系统。在FPGA开发中，Simulink允许用户通过模块化的方式设计和验证算法，无需编写底层硬件描述语言（如Verilog或VHDL）。 2. **创建流式处理算法**：在FPGA中，流式处理可以提高数据处理速度，因为它允许数据连续流动，无需等待一个处理阶段完成。在Simulink中，可以通过搭建数据流模型来实现这种并行处理。 3. **硬件架构实现**：MATLAB的HDL Coder工具能够将Simulink模型转换为硬件描述语言代码，为FPGA设计提供基础。理解如何配置和优化Simulink模型以适应FPGA架构至关重要。 4. **定点运算转换**：在FPGA中，通常使用定点数而非浮点数，因为定点运算更节省资源且运行更快。MATLAB的定点工具箱可以帮助将算法从浮点转换为定点，同时保持足够的精度。 5. **HDL代码生成**：HDL Coder能自动生成符合工业标准的Verilog或VHDL代码，这些代码可以直接导入到FPGA设计工具（如Xilinx Vivado或Intel Quartus）中。了解如何设置HDL Coder参数以生成高效、优化的代码是关键。 6. **代码综合**：生成的HDL代码需要经过综合过程，这个过程中，编译器会根据FPGA的目标资源和时序要求优化代码。理解综合报告并调整设计以满足性能指标是FPGA开发中的重要环节。 7. **FPGA配置与验证**：综合后的HDL代码需下载到FPGA中，通过硬件测试板进行功能验证。这涉及到JTAG接口的使用、波形调试工具（如 Mentor Graphics ModelSim 或 Xilinx ChipScope）以及性能评估。 在提供的"HDL-Coder-Self-Guided-Tutorial-master"压缩包中，你将找到一系列逐步指导教程，涵盖了以上所有知识点。通过实践这些教程，你将掌握MATLAB与FPGA集成开发的全过程，从设计到实现，再到硬件验证，从而能够自主完成MATLAB算法到FPGA的转化。这不仅对学术研究有益，也对电子工程、通信系统、信号处理等领域的工作大有裨益。

CHIPSCOPE PRO是Xilinx公司为FPGA（Field-Programmable Gate Array）开发者提供的一款强大的内核级调试工具，它极大地简化了FPGA内部逻辑的调试过程。本中文资料详细介绍了CHIPSCOPE PRO的使用方法和功能特性，旨在帮助用户更有效地进行FPGA设计验证。 1. **CHIPSCOPE PRO简介** CHIPSCOPE PRO是Xilinx ISE Design Suite的一部分，它提供了对FPGA内部逻辑的实时监控和调试能力。这个工具允许开发者查看内部信号状态、触发事件、捕获波形，以及对硬件进行深入的分析，从而在设计过程中找出并解决潜在问题。 2. **主要功能** - **信号观察**：通过设置观察窗口，可以直接查看FPGA内部的逻辑信号状态。 - **触发设置**：可以根据特定条件设置触发事件，以便在感兴趣的行为发生时捕获数据。 - **数据捕获**：可以记录和分析FPGA内部的数据流，包括时序分析和数据比较。 - **性能分析**：用于评估FPGA设计的性能，如时钟周期、延时等。 - **IP核心验证**：支持对Xilinx IP核的调试，如DDR控制器、PLL等。 3. **使用流程** - **配置CHIPSCOPE PRO**：在ISE Design Suite中集成CHIPSCOPE PRO，设置需要调试的信号和触发条件。 - **生成BIT文件**：在完成设计后，生成包含CHIPSCOPE PRO代理的BIT文件。 - **下载到FPGA**：将BIT文件下载到目标FPGA，启动调试环境。 - **连接和初始化**：通过JTAG接口或串行通信连接到FPGA，初始化CHIPSCOPE PRO代理。 - **数据采集与分析**：在运行过程中，观察信号状态，触发事件，收集数据，并在波形视图中查看结果。 4. **中文资料内容** 本中文资料详细涵盖了CHIPSCOPE PRO的安装、配置、使用方法，以及常见问题的解决策略。其中，可能会包括如何创建和配置观察点、如何设置触发条件、如何分析捕获的波形数据等内容，同时，还可能提供了实际设计案例来帮助读者更好地理解和应用CHIPSCOPE PRO。 5. **学习资源** "FPGA调试工具chipscope.pdf"这份文档是学习和掌握CHIPSCOPE PRO的重要参考资料，它以中文形式详细阐述了工具的使用，对于不熟悉英文文档的开发者来说，是一份非常实用的教程。 通过深入学习和实践CHIPSCOPE PRO，开发者能够提升FPGA设计的效率，减少调试时间，提高设计的成功率。这份中文资料将帮助你在这个过程中少走弯路，更快地掌握FPGA的调试技巧。

**ispLEVER软件介绍** ispLEVER是一款由Lattice Semiconductor公司开发的专业级综合工具，用于对Lattice的复杂可编程逻辑器件（CPLD）和现场可编程门阵列（FPGA）进行设计、仿真和配置。这款软件提供了一整套的开发环境，包括硬件描述语言（HDL）编译器、逻辑综合器、适配器、时序分析器以及配置器，使得用户能够高效地完成从概念到产品的设计流程。 **CPLD与FPGA的区别** CPLD（Complex Programmable Logic Device）和FPGA（Field-Programmable Gate Array）都是可编程逻辑器件，但它们在结构和应用上有所不同。CPLD通常包含较少的逻辑宏单元，适用于简单的逻辑功能实现，如接口控制、时序电路等，其优势在于高速、低功耗和低成本。而FPGA则拥有更复杂的可编程逻辑资源，适用于高性能、高复杂度的设计，如数字信号处理、图像处理等。 **ispLEVER的使用步骤** 1. **项目创建**：在ispLEVER中，首先需要创建一个新的工程，指定目标器件和工作库。 2. **HDL设计**：用户可以使用VHDL或Verilog等硬件描述语言编写设计代码，ispLEVER支持这两种标准的HDL语言。 3. **编译与仿真**：编写完成后，通过软件的编译器进行语法检查，然后进行逻辑综合，将高级语言描述转化为逻辑门级网表。ispLEVER还提供了强大的仿真器，允许在硬件实施前进行功能验证。 4. **适配与优化**：逻辑综合后的设计会进入适配阶段，ispLEVER会根据目标器件的资源自动布局布线，同时进行时序分析和优化，确保设计满足速度和面积的要求。 5. **编程与配置**：生成编程文件，并通过JTAG或SPI等接口将配置数据下载到CPLD或FPGA中，实现硬件功能。 **LatticeEC FPGA Design with ispLEVER** LatticeEC系列是Lattice公司的一款高性能、低功耗的FPGA产品线。ispLEVER在设计LatticeEC FPGA时，除了常规的功能外，还特别强调了功耗管理和设计效率。ispLEVER提供的专用工具可以帮助设计者进行功耗分析，选择最佳的电源管理策略，以适应各种应用场合的需求。 **ispLEVER的特点** - **易用性**：ispLEVER提供了直观的图形用户界面，简化了设计流程，使得初学者也能快速上手。 - **兼容性**：支持多种HDL标准和Lattice全系列的CPLD和FPGA器件。 - **高性能**：内置的时序分析和优化功能，确保设计在满足功能需求的同时，达到预期的性能指标。 - **灵活性**：ispLEVER允许用户自定义设计流程，可以与其他第三方工具无缝集成。 - **全面的文档支持**：ispLEVER使用说明和LatticeEC FPGA Design with ispLEVER等文档为用户提供详尽的指导。 通过ispLEVER，工程师能够充分利用Lattice的CPLD和FPGA的潜力，实现高效、可靠的电子系统设计。对于想要学习或提升在Lattice平台上进行硬件设计的人来说，ispLEVER是一个不可或缺的工具。

利用FPGA和M12T授时型GPS内核构成的IRIG-B编码模块采用M12T的100 pps信号触发IRIG-B编码器，使得编码输出的每个码元上升沿均与GPS模块严格一致，每个码元间隔严格相等，而且每个码元的上升沿均可作为同步参考点。利用FPGA的并发处理能力，使得系统实时性好。本文介绍的基于查找表的B码编码方法和通过查找表的数字调制方法具有占用资源小，设计简单，调制输出高次谐波小，信号边沿稳定等特点。 《基于FPGA的IRIG-B编码器的设计》 在现代科技领域，时间同步技术扮演着至关重要的角色，尤其是在测量、工业控制、电力系统、通信、气象等应用中。IRIG-B编码是一种广泛应用的国际时间同步标准，其编码格式严谨，能够提供精确的时间信息。本文主要探讨的是如何利用Field Programmable Gate Array（FPGA）和M12T授时型GPS内核设计一个高效的IRIG-B编码器。 IRIG-B编码的核心在于每个码元的精确同步和稳定。在这个设计中，编码器由FPGA和M12T授时型GPS内核构成，利用M12T的100 pps（每秒100脉冲）信号触发编码过程。这样，每个码元的上升沿都能与GPS模块严格同步，码元间隔保持恒定，每个上升沿都可作为精确的同步参考点。FPGA的并行处理能力保证了系统的实时性能，使得时间信息的处理和传输更加高效。 FPGA的查找表技术在这项设计中起到了关键作用。基于查找表的B码编码方法不仅占用资源少，设计简单，而且能有效地减少数字调制输出的高次谐波，确保信号边沿的稳定性。通过这种方式，能够精确地实现直流编码和交流调制，生成符合IRIG-B标准的交流码。 系统方案包括一个精准的时基，即M12T授时模块。M12T接收器是摩托罗拉ONCORE系列的一员，具有快速的初次定位和重捕获卫星时间，特别适合需要高定时精度的应用。它能同时跟踪12颗卫星，提供1 pps或100 pps的定时精度，确保了编码器的时间参考点的准确性。 FPGA的选择采用了Altera公司的产品，它在时钟模块的实现中发挥关键作用。通过精确提取M12T的100 pps信号作为码元的起始时刻，并从中恢复1 pps信号作为参考点，确保了每个码元和索引标记的精确时刻。这种方法避免了传统方法中秒脉冲抖动可能导致的码元宽度不准确问题，增强了时间同步和数据采样的同步性。 此外，设计还包括一个数字模拟转换器（DAC），用于将编码后的数字信号转化为模拟信号输出，以便于物理链路的传输。同时，系统还提供了RS-232串行口输出和时间码显示功能，方便用户读取和使用时间信息。 总结来说，本文提出的基于FPGA的IRIG-B编码器设计巧妙地结合了GPS授时技术和FPGA的并行处理能力，实现了高效、精确的时间编码。这种设计不仅适用于各种需要时间同步的系统，还为未来的时间同步技术发展提供了新的思路和参考。