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第一章 Verilog 语法基础............................................................................................................................................5
1.1 技术背景...................................................................................................................................................... 5
1.1.1 学习 VHDL 还是 verilog............................................................................................................... 5
1.1.2 时序设计第一种办法——状态机设计..........................................................................................5
1.1.3 时序设计第二种方法——FPGA 中运行 CPU..................................................................................6
1.1.4 用 FPGA 好还是专用的集成电路（ASIC）....................................................................................6
1.1.5 一段求和的 C 代码.......................................................................................................................... 6
1.1.6 一段求和的 verilog 代码............................................................................................................. 6
1.2 Verilog 最最基础语法............................................................................................................................. 7
1.2.1 C 语言和 verilog 相对应的关键词和结构。..............................................................................7
1.2.2 C 语言和 verilog 相对应的运算符.............................................................................................7
1.3 关键字...........................................................................................................................................................8
1.3.1 信号.................................................................................................................................................... 8
1.3.2 结构.................................................................................................................................................. 8
1.3.3 符号.................................................................................................................................................. 9
1.3.4 参数.................................................................................................................................................. 10
1.3.5 预处理命令...................................................................................................................................... 11
1.4 Verilog 中数值表示的方式.................................................................................................................... 11
第二章 Verilog 语法实战..................................................................................................................................... 12
2.1 简单的 Verilog 模块............................................................................................................................... 12
2.1.1 EX01-加法器设计......................................................................................................................... 12
2.1.2 EX02-计数器设计......................................................................................................................... 14
2.2 Verilog 语言模块的调用........................................................................................................................ 16
2.2.1 EX03-8bit 计数器....................................................................................................................... 17
2.2.2 EX04-8bit 串进并出，并进串出 使用移位模块设计.............................................................19
第三章 Verilog 实战应用案例.................................................................................................................................23
3.1 EX01-RunLed 设计................................................................................................................................... 23
3.2 EX02-RunLed 另一种实现....................................................................................................................... 25
3.3 EX03-Flash Led 闪耀灯设计................................................................................................................. 26
3.4 EX04-按钮实验（延时去抖动，同步电路设计）.................................................................................28
3.5 EX05-SPI 通信协议设计......................................................................................................................... 31
3.6 EX06-SPI 通过 74HC595 扩展 IO 数码动态显示................................................................................38
3.7 EX07-SPI 通过 74HC595 扩展 IO 实现数码计数器............................................................................44
3.8 EX08-常规串口发送模块设计................................................................................................................. 46
3.9 EX09-常规的串口接受模块设计............................................................................................................. 50
3.10 EX10-PS2 键盘解码实验........................................................................................................................ 54
3.11 EX11-VGA 彩条实验............................................................................................................................... 60
3.12 EX12-VGA 多彩动画 屏保...................................................................................................................... 64
3.13 EX13-I2C 通信协议设计 读写 EEPROM 24LC02..................................................................................68
3.14 EX14-串口发送代码的优化设计........................................................................................................... 82
3.15 EX15-串口接收模块的优化改进设计...................................................................................................87
3.16 EX16-UartLOOP 串口回传程序.............................................................................................................. 90
第四章 SRAM、SDRAM、DDR2 内存应用实战.......................................................................................................... 94
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4.1 异步 SRAM-61LV25616 Busrt 读写测试 Verilog..................................................................................94
4.2 SDR SDRAM 读写测试 Verilog............................................................................................................... 100
4.3 DDR2 SDRAM 基于 MCB 硬核读写测试 Verilog....................................................................................107
第五章 Block 模块方案实战................................................................................................................................123
5.1 ADC/DAC 模块使用实验.......................................................................................................................... 123
5.1.1 主要硬件参数.............................................................................................................................. 123
5.1.2 ADC 部分原理图.......................................................................................................................... 124
5.1.3 DAC 部分原理图.......................................................................................................................... 125
5.1.4 基于 FPGA 的高速 ADC DAC 驱动程序设计..............................................................................125
5.2 CY7C68013A USB2.0 高速采集模块使用实验......................................................................................128
5.2.1 主要硬件参数.............................................................................................................................. 128
5.2.2 ADC 部分原理图：...................................................................................................................... 129
5.2.3 USB2.0 部分原理图.................................................................................................................... 130
5.2.4 CY7C68013A USB2.0 FPGA ADC 采集方案...............................................................................130
5.2.5 CY7C68013A USB2.0 固件设计.................................................................................................132
5.2.6 基于 MFC 界面设计.................................................................................................................... 134
5.3 视频图像卡图像采集输出..................................................................................................................... 135
5.3.1 图像采集输出原理....................................................................................................................... 135
5.3.2 基于 SRAM 的简单的视频采集输出.........................................................................................137
5.3.3 基于 SDR SDRAM 的简单的视频采集输出............................................................................153
5.3.4 基于 DDR2 SDRAM 的简单的视频采集输出........................................................................... 169
第六章 Microblaze AXI4 BUS 32BITS CPU SOC 开发实战..............................................................................189
6.1 SOC 第一课：Hello world.................................................................................................................... 189
6.2 SOC 第二课：SRAM 测试......................................................................................................................... 197
6.3 SOC 第三课：RunLed 流水灯............................................................................................................... 201
6.4 SOC 第四课：Button 按钮输入............................................................................................................. 204
6.5 SOC 第五课：STimer 自定义超级定时器.............................................................................................207
6.6 SOC 第六课：Timer 系统定时器中断..................................................................................................212
6.7 SOC 第七课：GPIO 中断......................................................................................................................... 214
6.8 SOC 第八课：UART 中断......................................................................................................................... 216
6.9 SOC 第九课：SPI 回传........................................................................................................................... 218
6.10 SOC 第十课：I2C 读写 24LC02 实验...................................................................................................221
6.11 SOC 第十一课：数码管 Verilog 驱动...............................................................................................224
6.12 SOC 第十二课：CPU+Verilog 驱动彩屏.............................................................................................227
6.13 SOC 第十三课：CPU+Verilog 图片显示实验.....................................................................................230
6.14 SOC 第十四课：SD 卡链接测试实验.................................................................................................. 231
6.15 SOC 第十五课：SD 卡图片显示实验................................................................................................... 233
6.16 SOC 第十六课：UCOSIII 操作系统实验............................................................................................234
6.17 SOC 第十七课：10M 以太网通信实验.................................................................................................236
第七章 XILINX 常用 IP 测试实验......................................................................................................................241
7.1 IP 第一课：简单端口 ROM.................................................................................................................... 241
7.2 IP 第二课：单端口先写模式................................................................................................................ 246
7.3 IP 第三课：单端口先读模式................................................................................................................ 253
7.4 IP 第四课：单端口无变化模式............................................................................................................ 260
7.5 IP 第五课：简单双端口 RAM 无改变模式............................................................................................267
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7.6 IP 第六课：FIFO.................................................................................................................................... 274
7.7 IP 第七课：DCM...................................................................................................................................... 279
7.8 IP 第八课：PLL...................................................................................................................................... 285
第八章 ISE 新建工程以及联合 Modelsim 仿真实例..........................................................................................288
8.1 ISE 新建工程.......................................................................................................................................... 288
8.2 新建源码文件.......................................................................................................................................... 289
8.3 新建仿真测试文件-TestBench............................................................................................................. 291
8.4 设置第三方仿真工具 Modelsim.............................................................................................................292
8.5 编译 XILINX 仿真库............................................................................................................................... 293
8.6 ISE、Modelsim 联合仿真...................................................................................................................... 296
8.7 添加 UCF 管脚约束文件并编译工程.................................................................................................... 297
第九章 在线逻辑分析仪 Chipscope 在线仿真实例...........................................................................................298
9.1 添加 Chipcope IP-CORE......................................................................................................................... 298
9.2 设置需要观察的仿真信号...................................................................................................................... 298
9.3 编译工程并启动 chipscope 逻辑分析仪................................................................................................. 301
9.4 确保开发板通电，并通过 JTAG 链接到电脑之后运行逻辑分析仪....................................................301
第十章 XILINX 下载器使用................................................................................................................................ 304
10.1 XILINX JTAG 下载程序入门...............................................................................................................304
10.1.1 酷炫 XILINX JTAG 下载器 MINI 工程师便携版................................................................... 304
10.1.2 酷炫 XILINX JTAG 下载器链接示意图...................................................................................304
10.2 下载 BIT 格式程序到 FPGA................................................................................................................. 306
10.3 下载 PROM 文件....................................................................................................................................309
10.3.1 生成 PROM 文件.........................................................................................................................309
10.3.2 下载程序到 PROM....................................................................................................................... 311
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序言
玩开发板是一件很有趣和有意义的事情，一方面用开发板可以 DIY 实用的小东西，另一方面开发板
的技术也能运用到工程项目中，带来经济效益。在中国，在全世界，都有很大一批人在玩开发板，玩开发
板对搞技术的工程师来说，就是一道盛宴。回想，笔者刚开始玩 XILINX FPGA 开发板的，刚毕业没多久，
在 2009 年左右，那时候 XILINX FPGA 的开发板是超级的贵，一个 spartan3e 的开发板国产的很少，至少
也得 1K,USB 下载器也要 200 多，手头拮据，耽误了不少时间，后来自己借到一块 spartan2 的开发板，然
后根据官方提供 spartan3e 的开发板图纸，简化设计了一款板子，那可是国产第一款低价的 sparan3e 的开
发板，很有成就感，几年过去，现在设计的板子也是也来越复杂，功能也是越来越强大。几年下来，结交
了很多和笔者一样喜欢玩开发板，专研技术的朋友，笔者感觉这是最大的幸运。
经过这几年的积累，目前笔者的开发板内容也是越来越丰富，但是总感觉只是做开发板，不是什么大
的理想，也没有太大的意义。又是经过一段时间思考后以及笔者和网友的探讨，笔者定位为，完全开源基
础学习类型的内容，并且提高核心技术的支持。以基础学习免费，开源，免费技术支持，核心技术以技术
支持形式收取一定费用的的思路。2014 年下半年是我们实现第一步计划关键的一年，这半年首先我们将
公布大量免费技术资料和源码，以及免费的技术支持，对于工作 0-5 年内从事 FPGA 工作的新手，或者工
程师都会有很多参考学习的价值。目前，笔者已经建设了论坛 www.osrc.cn，欢迎技术爱好者参与进来，
和我们一起分享玩转开发板的乐趣，分享技术带来的成就感，也欢迎志同道合合者，一起参与到 2016 版
的编程大全的编写做。
在这里面简单介绍下<<XILINX FPGA Verilog 编程大全 2015 版>> ，本版本是笔者编写的第一个版
本，主要例子都是笔者这些年积累下来的精华，学习中给出了大量的实战例子给读者来学习，练手，全面
覆盖了 Verilog 基础语法、XILINX FPGA 编程基础、内存操作、图像处理、网络传输、Microblaze SOC
嵌入式开发、Modelsim 仿真，Chipcope 在线逻辑分析的使用，仿真下载器的使用。
在后续的版本中笔者将同小伙伴们对 FPGA 的三大应用领域进行详细讲说，即通信行业、图像视频行
业、工控自动化行业。在三个行业领域内，我们将从该行业的常用接口、常用算法、常用协议等等方面的
FPGA 实现为基础，进一步深入到各个行业各个应用，提高读者对感兴趣的一个行业的认识。具体而言，
通信行业我们将主要讲到光通信，无线通信，计算机网络通信；图像视频行业，我们将讲到图像压缩，图
像密写，图像预处理算法，视频压缩，视频特效，视频拼接；工控自动化行业，我们将讲到运动控制，
ETHERCAT 总线控制与机器人，机器视觉，数控系统等等。
由于时间和精力有限，本版本难免会有错误和遗漏之处，恳请读者给予批评和指正。
有梦想就有希望，感恩感谢！
汤金元
2014 年 9 月 6 日
南京
