FPGA/MATLAB学习教程/源码/项目合作开发

在这一章中，我们探讨了FPGA、MATLAB和Simulink的联合开发应用，深入了解了从Vivado工程到Quartus的移植过程、FPGA时序图制作工具、以及如何利用MATLAB生成coe、mif文件并在FPGA中应用这些文件。此外，我们也学习了如何将Verilog代码快速转换为VHDL，利用ILA在线调试工具与MATLAB进行联合应用，以及MATLAB在浮点和定点仿真应用中的重要性。

BMP（Bitmap Image File）格式是一种无损压缩的图像文件格式，用于存储数字图片。这种格式由Microsoft开发，广泛应用于Windows操作系统。BMP文件存储的是一个位图，直接描述了图像的每一个像素及其颜色值。BMP格式支持多种颜色深度（从1位黑白到24位真彩色甚至更高），并可以包含各种色彩空间的信息。BMP文件包含像素数据以及一些元信息，如：位图文件头（BITMAPFILEHEADER）：bfType：标志字段，通常为'BM'以表示它是位图文件。bfSize：整个文件的大小。

在matlab中，对于复杂的数据保存需求，如需要保存文本和数值的混合数据，或需要精确控制文件格式的情况，可以使用fprintf（文本数据）或fwrite（二进制数据）函数。.dat文件：由于.dat文件可能包含特定格式的数据，它们的可读性和兼容性取决于具体的文件内容和用途。在没有创建该文件的原始软件的情况下，可能很难理解或编辑.dat文件中的数据。我们可以对比下上一个课程，在verilog中，读取dat格式和读取txt基本一样，我们只需要在txt中，将txt后缀的文件改为dat后缀文件即可。

我们在verilog的testbench中，调用txt文件，将上述正弦样本数据作为测试激励输入到verilog模块中。通过这个方法，可以将一些较为复杂的数据导入到verilog中，进行FPGA数据处理模块的开发。即通过w方式打开一个新的txt文件，然后将verilog的输出保存到XY1.txt文件中。这个部分是txt文件的路径，实际使用时，修改为您自己的路径，或者将txt文件放在和我一样的路径中。这个是数据长度，matlab产生的txt多少长度，这个参数就修改为多少长度。这个txt就是保存这段数据的文件。

...........如果手动写，那么就非常麻烦，这个时候，我们借助matlab，则可以快速生成上述类型的verilog程序，我们编写如下的MATLAB语句。\n");\n");end。

FPGA作为一种灵活且高效的硬件实现方式，在数字信号处理、控制系统等领域得到了广泛应用。在FPGA上进行浮点设计和定点设计时，需要根据算法特点、资源消耗和性能要求等因素进行权衡。在一般的设计过程中，FPGA的数据都以二进制方式参与运算，其为定点格式。如果用使用FPGA来表示浮点来进行运算。一般有以下几种方式：方法1：将小数数据进行量化，得到整数，然后再以定点方式进行运行。

如果对于上述的结果进行定点仿真，一般情况下首先将仿真数据进行放大，变为整数，然后通过MATLAB自带函数dec2bin，将整数转二进制。比如上述数据中，-0.0126，其扩展后的整数是，对应二进制是-25.8048，其整数位-25，所以对应二进制为11001=16+8+1.由于其为负数，所以最高位符号位为1.比如上述数据中，0.0126，其扩展后的整数是，对应二进制是25.8048，其整数位25，所以对应二进制为11001=16+8+1.由于其为正数，所以最高位符号位为0.

Vivado的ILA（Integrated Logic Analyzer）核是一种可定制的集成逻辑分析仪内核，专门用于监控设计的内部信号。ILA内核包含了现代逻辑分析仪的许多高级功能，例如布尔触发方程和边沿转换触发等。此外，由于ILA内核与被监控的设计保持同步，因此应用于设计的所有设计时钟约束也会应用于ILA内核内部的组件。ILA核的主要应用是在硬件设计和验证阶段进行调试。通过监控关键信号，设计师可以了解硬件的实际行为，从而找出并修复设计中的错误。ILA核还可以用于分析设计的性能。

Verilog，全称为Verilog HDL（Hardware Description Language），是一种硬件描述语言，用于对数字系统进行建模。它是由Gateway Design Automation公司在1983年首次发布的，后来被Cadence Design Systems公司收购。Verilog的主要特点是其语法与C语言相似，因此对于有C语言背景的工程师来说，学习Verilog会相对容易。Verilog可以描述数字系统的各种层次，从门级电路到算法级描述都可以。

MIF（Memory Initialization File）文件，即内存初始化文件，是FPGA（Field-Programmable Gate Array）设计中常用的一种文件类型。它主要用于存储需要加载到FPGA内部RAM或ROM中的初始数据。这些数据可以包括滤波器系数、查找表、配置参数等。在MATLAB环境中，我们可以方便地生成MIF文件，并将其应用于FPGA设计中。MIF文件在FPGA设计中有多种应用，以下是几个常见的例子：数字滤波器：在数字信号处理中，滤波器是常用的组件。

COE文件（Coefficient File）是一种常用于FPGA（Field-Programmable Gate Array）编程的文件格式，主要用于存储查找表（LUT）、滤波器系数或其他需要大量固定数据点的应用中的数值数据。这些数据通常以十六进制或二进制的形式表示，并可以直接由FPGA在运行时访问。COE文件的原理基于将预先计算或设计好的数据存储在FPGA可以直接访问的存储器中。这些数据在FPGA运行时被用来执行特定的操作，如滤波、查找或波形生成。

FPGA时序图是一种二维图形，横轴表示时间，纵轴表示信号的电平。在时序图中，每个信号都有其对应的波形，波形的变化表示信号的状态变化。时序图通常包括以下几个关键元素：时钟信号：时钟信号是FPGA设计的基准信号，用于同步各个逻辑单元的操作。时钟信号的周期和占空比对于设计的性能和稳定性至关重要。数据信号：数据信号是FPGA设计中需要传输和处理的信息。数据信号的波形表示了数据在时间上的变化，包括数据的传输、存储和处理过程。控制信号：控制信号用于控制逻辑单元的操作模式和状态。

Xilinx是全球领先的可编程逻辑完整解决方案的供应商，特别是在FPGA（现场可编程门阵列）领域，Xilinx拥有广泛的产品线和深厚的技术积累。Xilinx的FPGA芯片型号众多，每种型号都有其特定的含义和应用场景。2.1 Xilinx FPGA芯片型号概述Xilinx的FPGA芯片型号通常由一系列字母和数字组成，这些字母和数字代表了芯片的系列、家族、封装、速度等级等关键信息。这些信息对于选择合适的FPGA芯片至关重要。

将Vivado工程移植到Quartus是一个相对复杂的过程，因为这两个软件分别由不同的公司开发，具有不同的设计流程和内部架构。Vivado是Xilinx公司的FPGA设计套件，而Quartus是Intel（前Altera）公司的FPGA设计工具。由于两者的硬件架构、设计元素和工具链存在差异。在移植过程中，需要考虑以下几个方面：硬件架构差异：Xilinx和Intel的FPGA芯片在逻辑单元、布线资源、I/O结构等方面存在差异。因此，在移植时需要重新考虑设计的硬件资源使用情况。

Quartus II具有运行速度快、界面统一、功能集中、易学易用等特点，并且支持Altera的IP核，包含了LPM/MegaFunction宏功能模块库，使用户可以充分利用成熟的模块，简化了设计的复杂性，加快了设计速度。此外，我考虑写一部分关于vitis-AI的相关内容，用于人工智能的快速开发。这款软件的特点在于，它能够将Xilinx开发的一些特定模块嵌入到Simulink的库中，使得用户可以在Simulink环境中进行定点仿真，同时还可以设置定点信号的类型，从而方便用户比较定点仿真与浮点仿真的区别。