XDU软工院选FPGA第7次.doc

FPGA 开发 - 状态机实验与计数器实验 本文将对 FPGA 开发中的状态机实验和计数器实验进行详细讲解，涵盖实验的设计、实现和仿真等方面。 一、状态机实验 状态机是数字电路设计中的一种重要组件，用于描述系统的状态变化。状态机实验的目标是学习状态机的 VHDL 语言描述方式，以及状态机的单线程和多线程描述方法。 实验步骤： 1. 建立工程：新建一个 lab7 工程，用于实验状态机的设计和实现。 2. 定义输入输出口：定义输入输出口，包括复位有效信号 RESET、高电平信号等。 3. 编写 VHDL 代码：编写 VHDL 代码，定义状态机的状态和转换关系。例如，定义枚举类型 CNTRL_STATE，用于描述状态机的状态。 状态机的 VHDL 语言描述方式： 在 VHDL 语言中，状态机可以使用 Process 语句描述。Process 语句可以用来描述状态机的状态转换关系。例如： ```vhdl Process (CLK, RESET) Begin If RESET = '1' Then CURR_STATE <= S0_INIT; ELSIF CLK'Event AND CLK = '1' Then CASE CURR_STATE IS When S0_INIT => CURR_STATE <= S1_FETCH; When S1_FETCH => CURR_STATE <= S2_ALU; ... End CASE; End IF; End Process; ``` 4. 验证功能的正确性：新建 Test Bench，用于验证状态机的正确性。Test Bench 中可以对状态机进行仿真，查看状态机的状态转换关系。 二、计数器实验 计数器实验的目标是将之前实现的计数器子模块合并起来，完成计数器的顶层模块 SIMPLE_CALC。 实验步骤： 1. 新建工程：新建一个 lab8 工程，用于实验计数器的设计和实现。 2. 导入源文件：通过 Project->Add Copy of Sourse 导入 lab3、lab5、lab6、lab7 中完成的内容。 3. 修改 MEM 模块：修改 MEM 模块，用于存储计数器的值。 4. 编写顶层模块：编写 VHDL 代码，定义顶层模块 SIMPLE_CALC。 5. 仿真：新建 Test Bench，用于验证计数器的正确性。 计数器的 VHDL 语言描述方式： 在 VHDL 语言中，计数器可以使用计数器子模块来实现。例如： ```vhdl Entity SIMPLE_CALC IS Port (CLK, RESET : IN STD_LOGIC; COUNT : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0)); End Entity; Architecture Behavioral OF SIMPLE_CALC IS Signal COUNT_REG : STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0); Begin Process (CLK, RESET) Begin If RESET = '1' Then COUNT_REG <= (Others => '0'); ELSIF CLK'Event AND CLK = '1' Then COUNT_REG <= COUNT_REG + 1; End IF; End Process; COUNT <= COUNT_REG; End Behavioral; ``` 资源利用情况： 在 FPGA 开发中，资源利用情况是非常重要的。通过对状态机和计数器的实验，可以了解 FPGA 的资源利用情况，包括最高工作频率、资源占用率等。 在实验中，我们可以使用 Vivado 等开发工具来进行资源分析，了解 FPGA 的资源利用情况。 状态机实验和计数器实验是 FPGA 开发中的重要组件，可以帮助我们学习状态机的 VHDL 语言描述方式，以及状态机的单线程和多线程描述方法。此外，还可以了解 FPGA 的资源利用情况，提高 FPGA 开发的效率和质量。