FPGA设计：顶层文件构建与发展历程

本篇FPGA技术教程详细介绍了电路顶层文件的设计方法。顶层文件在FPGA设计中扮演着至关重要的角色，它负责整合各个功能模块，构建完整的系统级设计。首先，设计者需要在图形编辑器（如Quartus II）中创建一个新的顶层文件（如top.gdf），这个文件是整个设计的起点，用于组织和管理各个子模块，如BCD_ADDER和BCD_DEC等。 设计流程通常涉及以下几个步骤： 1. **历史回顾**：章节先回顾了可编程逻辑器件（PLD）的发展历程，包括早期的PROM（可编程只读存储器）和PLA（可编程逻辑阵列），这些器件在70年代开始兴起。随后，AMD公司改良了PLA，推出了PAL（可编程阵列逻辑），提供了更高的灵活性。 2. **电可擦写技术和现场可编程**：80年代初，莱迪思（Lattice）公司发明了GAL（通用阵列逻辑），能进行电可擦写，相比PAL更为灵活。到了80年代中期，Xilinx推出了世界上第一片FPGA（现场可编程门阵列），允许用户在运行时修改内部布线，实现自定义逻辑。 3. **在系统可编程**：Lattice公司在80年代末进一步提出了在系统可编程（ISP）的概念，即设计可以在硬件安装后动态更新，这极大地提高了设计的灵活性和适应性。随着CPLD（复杂可编程逻辑器件）如Altera的产品，设计师有了更多选择来构建不同性能级别的系统。 4. **顶层文件操作**：具体到电路设计，教程指导用户如何在图形编辑器中调出所需元件符号（如BCD_adder和BCD_dec），通过连线将它们集成，形成一个功能完备的设计。这一步骤展示了如何在实际操作中运用硬件描述语言（如VHDL或Verilog）来描述电路行为，并通过工具（如Quartus II）进行模型建立和仿真。 总结来说，顶层文件设计是FPGA开发的关键环节，它结合了PLD的历史进步、现代编程技术以及实际设计工具的使用，旨在实现高效、灵活的定制化电子系统。通过理解并掌握这些步骤，设计者能够有效地组织和优化他们的FPGA项目。