FPGA设计入门与QUARTUS II教程详解

本资源是一份关于FPGA设计与QUARTUS II教程的专业指南，由西安交通大学社会计算设计中心的沈云红提供。教程内容涵盖了集成电路（IC）设计的广泛领域，重点讨论了FPGA（可编程逻辑阵列）这一重要的可重构硬件平台。 首先，IC设计概述部分介绍了摩尔定律的基本概念，即集成电路的集成度每18个月翻一番，这推动了技术的快速发展。技术进步体现在晶圆尺寸的扩大、设计方法的革新、设计工具的更新以及器件尺寸的缩小。随着这些进步，IC设计分为两个主要方向：一是基于精细加工技术发展超高速和高集成度的电路，二是通过利用现有成熟工艺发展专用集成电路（ASIC）。 IC设计本身有着严格的要求，设计时间至关重要，因为它直接影响到设计费用、产品成本和市场竞争力。设计正确性是基本准则，一旦设计完成且发现问题，由于IC的不可修改性，将导致高昂的修改成本和失去市场机会。设计成本则包括设计费用和生产费用，目标是在保证性能的前提下尽可能减小芯片面积，以降低成本。 产品性能受器件结构和电路形式选择的影响显著，在深亚微米技术中，优化的布局和布线可以极大地提升性能。此外，可测性设计是不可或缺的一环，为了早期发现设计错误和工艺问题，可能需要牺牲部分芯片面积引入测试电路，这在IC设计过程中占据了大约50%以上的时间和费用。 QUARTUS II作为教程的核心部分，是 Altera 公司的FPGA设计工具，它提供了图形化界面和高级设计环境，帮助设计师进行FPGA的逻辑编排、布局布线、时序分析和综合，直至实现硬件功能。教程将逐步引导学习者掌握从原理到实际应用的各个环节，包括但不限于原理图输入、逻辑综合、硬件描述语言（HDL）如Verilog或VHDL的使用，以及最终的硬件下载和调试。 这份教程旨在提供一个全面而深入的FPGA设计入门指南，不仅涵盖了理论知识，还包含实践操作技能，对于希望在嵌入式系统、数字信号处理等领域发展的人士来说，具有很高的实用价值。