Electronics 版 (精华区)

发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Electronics
标  题: FPGA的入门网站+Altera疑难问答
发信站: 哈工大紫丁香 (Sat Apr 24 20:01:20 2004), 站内信件

http://www.fpga.com.cn

Altera疑难问答
一. PLD/FPGA基本使用问题

1.PLD,CPLD,FPGA有何不同?

不同厂家的叫法不尽相同，PLD(Programmable Logic Device)是可编程逻辑器件的总
称，早期多EEPROM工艺，基于乘积项（Product Term）结构。 FPGA (Field Programmabl
e
 Gate Arry)是指现场可编程门阵列，最早由Xilinx公司发明。多为SRAM 工艺,基于
查找表（Look Up Table）结构，要外挂配置用的EPROM。 Xilinx把SRAM工艺,要外挂
配置用的EPROM的PLD叫FPGA,把Flash工艺（类似EEPROM工艺）,乘积项结构的PLD叫CPLD

; Altera把自己的PLD产品:MAX系列（EEPROM工艺）,FLEX/ACEX/APEX系列（SRAM工艺
）都叫作CPLD,即复杂PLD(Complex PLD),由于FLEX/ACEX/APEX系列也是SRAM工艺,要
外挂配置用的EPROM,用法和Xilinx的FPGA一样，所以很多人把Altera的FELX/ACEX/APEX

系列产品也叫做FPGA.

　

2. 我原来有一个74系列设计的电路，工作很正常，为什么原封不动集成到PLD中以后
却不能正常工作，是芯片有问题吗？

这是一个非常有代表性的问题。设计PLD/FPGA内部电路与设计74的分立电路是有区别
的。这个问题是由于电路中的毛刺造成的。电路布线长短不同造成延时不一致，有竞
争冒险，会产生毛刺。分立元件之间存在分布电容和电感可以滤掉这些毛刺，所以用
分立元件设计电路时，很少考虑竞争冒险和毛刺问题，但PLD/FPGA内部没有分布电容
和电感，不可以滤掉任何毛刺（哪怕只有1ns)。有些毛刺是可以忽略的，有些是致命
的（如D触发器的clk,clr,PRN端）、。这些致命的毛刺将导致电路不能正常工作。这
是设计FPGA和设计分立元件最大的不同。可以通过修改电路减少有害毛刺。参见: 培
训中心>培训资料> PLD设计技巧——消除组合逻辑产生的毛刺  和 PLD设计技巧——
采用同步电路设计 ，根据经验，几乎所有稳定性或可靠性问题都是由PLD内部电路设
计不合理造成的，这一点要千万小心。

　

3. 如何将信号做一定延时？

当需要对某一信号作一段延时时，初学者往往在此信号后串接一些非门或其它门电路
，此方法在分离电路中是可行的。但在ＦＰＧＡ中，开发软件在综合设计时会将这些
门当作冗余逻辑去掉，达不到延时的效果。用ALTERA公司的MaxplusII开发ＦＰＧＡ
时，可以通过插入一些ＬＣＥＬＬ原语来产生一定的延时，但这样形成的延时在ＦＰ
ＧＡ芯片中并不稳定，会随温度等外部环境的改变而改变，因此并不提倡这样做。在
此，可以用高频时钟来驱动一移位寄存器，待延时信号作数据输入，按所需延时正确
设置移位寄存器的级数，移位寄存器的输出即为延时后的信号。此方法产生的延时信
号与原信号比有误差，误差大小由高频时钟的周期来决定。对于数据信号的延时，在
输出端用数据时钟对延时后信号重新采样，就可以消除误差。

　

4.什么是IP核或IP库? 有那些种类？

IP核是指：将一些在数字电路中常用但比较复杂的功能块，如FIR滤波器，SDRAM控制
器，PCI接口等等设计成可修改参数的模块，让其他用户可以直接调用这些模块，这
样就大大减轻了工程师的负担，避免重复劳动。随着CPLD/FPGA的规模越来越大，设
计越来越复杂，使用IP核是一个发展趋势。 不过目前大多数库是收费的，如您希望
一个免费方案，请到本站参考设计栏目里找一找。

　

5.如何设计3.3v,2.5v 等低电压PLD/FPGA的电源？

多用低压差线形稳压器(LDO)或采用开关电源，详细内容参见低电压PLD/FPGA的供电
设计

　

6.CPLD/FPGA的宏单元是怎么定义？一个宏单元对应多少门？

宏单元（或逻辑单元）是PLD/FPGA的最基本单元，不同产品对这种基本单元的叫法不
同，如LE,MC,CLB,Slices等，但每个基本单元一般都包括两部分，一部分实现组合逻
辑，另一部分实现时序逻辑。各个厂家的定义可能不一样。对ALTERA的芯片，每个基
本单元含一个触发器；对Xilinx的部分芯片，每个基本单元单元含两个触发器。一般
不用“门”的数量衡量PLD/FPGA的大小，因为各家对门数的算法不一样，象ALTERA和
Xilinx对门的计算结果就差了一倍，推荐用触发器的多少来衡量芯片的大小。如10万
门的Xilinx的XC2S100有1200个slices，即含2400个触发器；5万门的ALTERA的1K50则
含2880个LE，即2880个触发器。更详细资料请浏览PLD/FPGA原理栏目

　

　

　

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以下内容目前基本以Altera产品的应用为主，我们欢迎使用过其他PLD/FPGA的朋友来
信发表自己的使用心得

二. ALTERA PLD软件使用问题：

1.能得到免费的PLD开发软件吗?

Altera提供免费试用软件Maxplus10.1 Baseline版，用硬盘号在http://www.altera
.com/上申请license ,可试用6个月,在DOS模式下敲入 dir c: /w 即可看到serial
number。 支持30,000门以下所有设计,支持原理图,AHDL语言和波形输入,支持波形仿
真,时间分析,编程下载. 或使用Altera提供免费另一种试用软件：MaxplusII的E+MAX
版，目前的最高版本是10.1，可以编译VHDL文件，但只支持MAX系列。但建议用第三
方软件编译VHDL，如FPGA Express，Leonard Spectrum，这些软件（不是全功能开放
的版本）可以从Altera的网上下载（Baseline约40M，E+MAX约20M）。也可以向代理
商：骏龙科技公司各地办事处索取。


2. 有网友发信问第一次运行BaseLine该怎样登记申请License文件，因此向第一次运
行的朋友简单介绍一下注册的过程：

首先要知道自己的网卡号或硬盘序列号。最简单的方法是运行 max+plusII。在“Option

”菜单中点“License Setup”这一项，会弹出个对话框，点击下面的“System Info
”就可以看到网卡号（NIC）和硬盘序列号了。如果你有网卡就只需记下NIC，若没有
网卡只有硬盘就记硬盘序列号。然后就上Altera的主页去登记，可以试试这个地址：
http://www.altera.com/cgi-bin/authcode91.pl   还是那个原则，有网卡就填NIC
，没有就填硬盘序列号，写完后点“Continue”，然后就要填一个表格，注意，Email
地址不要写错了。写完了按“Continue”。注册完后Altera会向你的信箱发一封信，
信里应该有个“License.dat”的文件（一般是作为附件），这就是注册文件了，把
它保存到硬盘里。最后再运行max+plusII，还是在“Option”菜单中点“License Setup

”这一项，点第一行的“Browse”，找到刚才保存的那个“License.dat”文件，现
在应该就大功告成了。   (小猫提供）

3.如何安装Altera绑定的第三方软件？

如要安装Altera绑定的第三方EDA软件，如：FPGAexpress,modelsim,Leonard Spectrum

最好先装FLEXLM管理（许多EDA软件自带FLEXLM管理安装）例如：安装MAX+PLUSII时
，如选full setup 或者 选custom setup 选择要安装的组件时，将FLEXLM manager
选中，都可将FLEXLM管理装好.安装好以后，在控制面板中会多一个FLEXLM License
 manager的图标，双击图标，选setup:找到lmgrd.exe和license的位置（lmgrd.exe
在许多EDA软件中都有，例如：\maxplus2\lmgrd.exe) 通常在Auotoexec.bat中要加
一句话：SET LM_LICENSE_FILE=C:\FLEXLM\license.dat 重启动机器即可。（如用全
功能版，必需有软件狗）

4.为什么有些按照标准VHDL语法编写的程序在MaxplusII下编译通不过？

MaxplusII支持大部分VHDL语法，但也有一些标准的VHDL语句不能支持（要参阅相关
资料），最好的方法是采用专用VHDL语言综合工具综合，生成*.edif文件后再给MaxplusI
I
做布线。参见：培训中心>培训资料>Maxplus与第三方EDA工具的接口。 2000.5月起
Altera与Synopsys和Mentor公司达成合作协议，所有Altera用户均可按协议可免费使
用以下专用的VHDL工具：1.Synopsys公司 FPGA Express（HDL综合工具）2.Mentor公
司   Graphics'Leonard Spectrum（HDL综合工具），3.Mentor公司   ModelSim（HDL
仿真工具），这些软件可以从Altera的网上下载，也可以从代理商处获得。

　

5.为什么在用菜单Assign>device选择器件的时候找不到我想要的速度等级的芯片？


把菜单Assign>device中的：Show Only Fastest Speed Grages 前面的勾去掉即可.


6.什么是Setup/hold time ？

Setup/hold time 是测试芯片对输入信号和时钟信号之间的时间要求。建立时间是指
触发器的时钟信号上升沿到来以前，数据稳定不变的时间。输入信号应提前时钟上升
沿（如上升沿有效）T时间到达芯片，这个T就是建立时间-Setup time.如不满足setup
 time,这个数据就不能被这一时钟打入触发器，只有在下一个时钟上升沿，数据才能
被打入触发器。保持时间是指触发器的时钟信号上升沿到来以后，数据稳定不变的时
间。时hold time不够，数据同样不能被打入触发器。

7.在仿真时，如何设置时钟周期和总的仿真时间？

在出现仿真窗口后，要把菜单： Option>snap to the grid 的勾去掉，才可任意设
置时钟频率，在菜单 File>End time 中可修改仿真时间。仿真时间越长，对内存和
CPU要求也越大。

8.FLEX10K/ACEX系列器件中可以做各种RAM和ROM，那么如何初始化ROM?

调入ROM元件时（可用LPM_ROM或用MegaWizard Plug-In Manager调入) 软件会问初始
化文件的名字，如你还没有做好这个文件，可以先填一个文件名，如: test.mif 或
 test.hex (test这个文件现在并不存在），完成设计后编译，再建立波形文件*.SCF
，打开仿真窗口simulator，此时可在菜单中找到Initialize>Initialize Memory (
这个选项只有在仿真窗口出现后才会出现）此时你可以编辑初始化文件并输出成*.mif
或*.hex文件（如test.mif 或 test.hex），要再次编译。这样才算完成。

9. 在VHDL或Verilog中如何调用LPM库？

VHDL: 参阅 培训中心>在VHDL中如何调用LPM库；Verilog：

　

三. ALTERA PLD硬件使用问题:

1.如何计算功耗和供电电流问题？

对QuartusII的用户可以直接用QuartusII计算功耗。对MaxplusII的用户可以用这里
的几个Excel小程序来自动计算功耗和电流, 感兴趣的朋友不妨下载一试,如对有些参
数不清楚,可查阅Altera Date BooK 或 光盘：

1.MAX7000   (13K)     2.FLEX10K/6K  (15K)   3. 最新自动计算功耗文件（包括
APEX20K/10K/6K/7K）

2.3.3V或2.5V器件能用在5V系统中吗?

在Altera的器件中有两种电源管脚：VCCINT（内部电源）和VCCIO（I/O口电源）。对
于MAX7000S，其内部电源只能接5V，MAX7000A/AE其内部电源只能接待3.3V；对于MAX7000
S
，其I/O口电源电源可采用5V和3.3V，MAX7000A/AE其外部I/O口电源可采用2.5V和3.
3V ;对FLEX10K/6K 同7000S, 10KA/6KA/3000A同7000A/AE；对FLEX10KE VCCINT=2.5V
,其I/O口电源电源可采用2.5V和3.3V; 总而言之，Vccio接上合适的电压，3.3v和2.
5v器件完全可以使用在5v系统中。

表一：

VCCINT MAX7000S MAX7000AE MAX3000A MAX7000B FLEX6K FLEX6KA FLEX10K FLEX10KA
 FLEX10KE ACEX1K
5V ★ 　 　 ★ 　 ★ 　 　
3.3V 　 ★ 　 　 ★ 　 ★ 　
2.5V 　 　 ★ 　 　 　 　 ★

表二：

VCCIO 输入信号 输出信号驱动能力
5V 3.3V 2.5V 5V 3.3V 2.5V
5V ★ ★ ▲ ★ ☆ ☆
3.3V ★ ★ ★ ★ ★ ☆
2.5V ★ ★ ★ ▲ ▲ ★

★表示可以直接连接      ☆表示可以连接,但要求信号接收端能承受对应的VCCIO电
压      ▲表示信号不兼容,不可连接     *请注意：除了2.5V器件外（7000B，10KE
等)，Vccio不能大于Vccint。

*APEX20K内核是2.5V,I/O可接3.3V,兼容5V信号。对于内核1.8V的APEX20KE产品,有两
种型号，以V结尾的型号I/O脚可以兼容5V，如EP20K400EBC652-3V；没有V的型号I/O
脚不兼容5V。

3.如何解决下载电缆（Byteblaster）不能下载的问题？

1。检查Maxplus2菜单Assign>device中芯片型号与实际使用的芯片型号是否一致.出
现编程窗口后，菜单option> hardware中要选择Byteblaster.
2。检查PC的CMOS设置中并口是否是ECP模式，如是WindowsNT或Windows2000,应先装
Byteblaster驱动程序(NT的控制面板>多媒体>添加硬件，或Win2000的控制面板>添加
新硬件>多媒体, Byteblaster的driver在你的安装目录 \maxplus2\driver下
3。检查Byteblaster是否插反，换一条电缆试一试。
4。检查芯片是否发烫,芯片各边VCC,GND是否正常,有没有按Databook要求加1K上拉或
下拉电阻,与Byteblaster连线是否正确。对FLEX系列的MSEL0/MSEL1和nCE管脚是否处
理正确，没有使用的全局信号是否已接地。
5。参照数据手册或光盘，检查下载波形，（FLEX/APEX器件的下载波形见光盘中的AN116

）
6。换一台计算机（极少数PC的主板并口不适合使用ISP）
7。最后一招：与Altera各地办事机构联系，获得技术支持.
注意：如用户使用自制的下载电缆，长度不应太长，30cm即可，过长会带来干扰,反
射及信号过冲问题，引起数据传输错误，导致下载失败。如用户要求加长电缆，应购
买并口电缆（打印机电缆）加长。（电子市场10元一根）


4.如何选择ALTERA的型号？

尽可能选用速度等级最低的芯片。尽可能选用电压比较低的芯片(性价比较好）。尽
可能选用贴片封装的芯片。如果设计中不需要使用容量较大的内嵌存储器，或超过256
个宏单元的设计尽量选用FLEX6000系列的芯片，否则要用FLEX10K或1K。如果设计中
需要较大的存储器和比较简单的外围逻辑电路，而且对速度、总线宽度和PCB板面积
无特殊要求的情况下，尽量选用一片MAX7000或3000系列的芯片和外接存储器。在速
度较高的双向总线上尽量采用MAX7000或3000系列的芯片。如需要>10万门或需要PLL
,LVDS,CAM等新技术，则可以选择APEX20KE。为保证及时供货和性价比,新设计应优先
选择以下型号: MAX7032SLC44-10  7064SLC44-10 7128SLC84-15 7128STC100-15
7128AETC100-10  7128AETC144-10 FLEX6016AQC208-3 6016ATC144-3,10K20TC144-4
  10K30EQC208-3 10K50EQC240-3以及刚刚推出的MAX3032ALC44-10,3064STC100-10,
 APEX20KE，ACEX1K等.. 最好是先和代理商沟通，再确认所需型号。

5.Altera公司最新推出的MAX3000A和ACEX系列是什么样的产品？

MAX3000A是MAX7000的低价格版本,3.3V内核，如EPM3032SLC44-10的零售价格低于$1
.8    EP1K是10KE的低价格版本,网上号称1K10 250K的价格为$3.5，部分产品带PLL
。

6.3.3V/2.5V FLEX/ACEX系列器件的配置EEPROM和下载电缆接几伏电压？

推荐都接3.3V，但由于ALTERA的3.3V/2.5V芯片I/O脚兼容5V，

7.不用的管脚如何处理？

不用的全局信号和专用输入管脚,应接地,如:Global clk,Global clear ,Ded input
.  其他不用的管脚一般悬空. Maxplus2 中的报告文件(*.rpt) 详细说明了管脚的接
法. 如不用的管脚与外电路相连,为保证不影响外电路,应将此管脚定义为输入脚,但
不接逻辑.

8. EPM7000S的几个全局输入脚GCLK1,OE2(GCLK2),OE1,GLCRn都是干什么的？怎么在
编程中使用？

 GCLK：全局时钟脚，这个脚的驱动能力最强，到所有逻辑单元的延时基本相同，所
以如系统有外部时钟输入，建议定义此脚为时钟脚。如想用其他脚为时钟输入，必须
在在菜单：Assign>Global project logic synthesis>Automatic global>把GCLK前
面的勾去掉。这样任意一个I/O脚均可做时钟输入脚。
OE1：全局输出使能,如有三态输出，建议由此脚来控制（也可由内部逻辑产生输出使
能信号），优点和用法同上。
OE2/GCLK2：全局输出使能/全局时钟脚，两者皆可。
GCLRn：全局清零，如有寄存器清零，建议由此脚来控制（也可由内部逻辑产生清零
信号），优点和用法同上。
分配这些脚和分配普通I/O脚是一样的， 先在Assign>device中选好器件型号，再在
Assign>pin中填入你想分配的管脚号和类型，或直接在原理图中选中input或output
,点鼠标右键，选>assign pin,填入你想分配的管脚号，编译一遍即可。但要注意菜
单：Assign>Global project logic synthesis>Automatic global>中的设置。

10K/6K/3K的全局脚的意义与此相同。

9. 为什么Altera提供的下载电缆很短？ 对3.3v器件下载时，下载电缆的电源接几伏
？

由于Altera的下载电缆是并行电缆，长度太长会导致信号的反射,毛刺和过冲,影响数
据传输的正确性，所以下载电缆一般在30cm左右。如要加长,应该用并口电缆（打印
机电缆）加长。 对3.3v器件下载时，下载电缆可以接5v (因为Altera3.3v芯片I/O可
以最大容忍5.7v的信号输入），如下载电缆中使用的是74HC244或用户使用原装MVbytebla
st
er
，则下载电缆也可以接3.3v.

10. 为什么有时用通用编程器烧EPC1或EPC1441会出错？

通用编程器基本上都支持Altera的芯片，如：ALL07/ALL11, SuperIII , Labtools，
Leap 等，但Altera芯片的工艺在改进，所以要求使用编程器厂家提供的最新版本软
件。并保证试配头清洁。在大批量烧录EPC1或EPC1441时，Altera公司只推荐使用三
家公司的编程器：1。Altera公司生产的专用编程器 2。DATA I/O公司编程器 3。BP
公司编程器。使用以上三家公司的编程器可以保证烧录的质量和极低的坏片率，(编
程器价格也不菲，如Altera的MPU编程器在￥20,000左右）小批烧录EPC1或EPC1441时
，一般的通用编程器都可，但烧录的质量和坏片率要差一些，会出现烧录出错的情况
，但编程器价格较低(￥1,000-10,000），适合一般中小客户。用户应在编程器价格
和烧录质量之间做出选择。


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║★★★★★友谊第一  比赛第二★★★★★║
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