book

FPGAs für Maker

Name: FPGAs für Maker
Author: Cord Elias
ISBN: 97833864901737

by Cord Elias

October 2016

Intermediate to advanced

454 pages

8h 40m

German

dpunkt

Read now

Unlock full access

Cover
Titel
Impressum
Vorwort
Inhaltsverzeichnis
Teil I: Einführung
Kapitel 1: Wieso FPGAs für Maker?
Kapitel 2: Struktur und Verwendung dieses Buchs
Kapitel 3: FPGA-Grundlagen
3.1 Was ist ein FPGA?3.2 Entwicklungsablauf im Überblick3.3 VHDL-Einführung3.4 Eine erste Dosis VHDL3.4.1 Erste Testbench3.5 Notwendige Ausstattung
Teil II: Einfache Schaltungen

Kapitel 4: Los geht’s – das erste FPGA-Projekt
4.1 Einführung4.2 Vorbereitendes Experiment und Workflow4.2.1 Anlegen eines Projekts4.2.2 Anlegen einer neuen VHDL-Quelldatei4.2.3 Erstellen einer Schaltungsbeschreibung in VHDL4.2.4 Überprüfen der ersten Schaltung4.2.5 Die Verbindung zwischen Schaltung und FPGA-Pins definieren4.2.6 »Herstellen« der Schaltung4.2.7 Download der Konfiguration auf das FPGA-Board4.2.8 Austesten der Schaltung auf dem FPGA-Board4.2.9 Durchfuhrung von Schaltungsänderungen4.3 Logik-Gatter4.4 Simulation4.5 Zusammenfassung
Kapitel 5: »Hello World« – es blinkt
5.1 Getaktete Digitalsysteme5.1.1 D-Flip-Flop5.1.2 D-Latch5.2 Zähler5.3 Simulation des Binärzählers5.4 Ein Teiler für die LED5.5 Blinken mit Hardware5.6 Verfeinerter Binärzähler5.7 Zusammenfassung
Kapitel 6: VHDL-Intermezzo
6.1 Sprachstandards6.2 Struktur eines VHDL-Files6.3 VHDL-Statement6.4 Concurrent ↔ Sequential6.4.1 process zur Generierung von sequentiellen Schaltungselementen6.4.2 VHDL-Code mit process für die Simulation6.4.3 process zum Erzeugen von kombinatorischer Logik6.5 Ein wenig mehr VHDL6.5.1 Kommentare6.5.2 Schlüsselwörter6.5.3 Groß- und Kleinschreibung, »white space«6.5.4 Datentypen6.5.4.1 Vektor-Signale6.5.5 Operatoren6.6 Ausgewählte VHDL-Konstrukte und -Designmuster6.6.1 Enable6.6.2 Reset und Initialisierungen6.6.2.1 Asynchroner Reset6.6.2.2 Synchroner Reset6.6.2.3 Wahl des Reset-Typs6.6.3 Multiplexer6.6.4 Tri-State-Buffer6.7 Synchrone Digitalsysteme6.8 Universelle Grundstruktur6.8.1 Binärzähler – noch einmal6.8.2 Modulozähler6.8.3 Schieberegister6.8.3.1 Schieberegister Serial-In, Serial-Out6.8.3.2 Schieberegister mit Rotation6.9 Zusammenfassung
Kapitel 7: Bausteine und Entwurfsmuster
7.1 Clock-Signale7.1.1 Clock-Signal für langsame Schaltungsteile7.1.2 Kontrolle eines Clock-Signals7.2 Verwendung von IP7.2.1 IP-Instantiierung7.3 Synchronisierung und Entprellung7.3.1 Synchronisierung7.3.2 Entprellen7.3.2.1 Motivation7.3.2.2 Prinzip und Realisierung7.3.3 Komplettes Beispiel einer »gehärteten« Schaltung7.4 Zustandsautomat7.4.1 Tastenabfrage7.5 Zusammenfassung
Kapitel 8: Siebensegmentanzeigen
8.1 Aufbau und Funktion8.2 Einfacher Test mit einem Element8.3 Umwandlung von Binärcode in eine Hex-Zahlendarstellung8.4 Umwandlung von Binärcode in eine Dezimalzahlendarstellung8.5 Mehr als ein Digit – Multiplexing8.6 Komplettbeispiel8.6.1 Komplettbeispiel mit Zusatz-Siebensegment-Display-Board8.7 Zusammenfassung
Kapitel 9: Spielereien mit Leuchtdioden
9.1 Als die Lichter laufen lernten9.2 Dimmen einer LED9.2.1 PWM9.2.2 PWM-Testbench9.2.3 PWM-Test mit Hardware9.3 RGB-LEDs9.3.1 Erster Test9.3.2 Dimmen einer RGB-LED9.4 Zusammenfassung
Teil III: Weiterführendes und Projekte
Kapitel 10: Wie kommt man weiter?
10.1 FPGA-Board10.2 FPGA-Entwicklungsumgebung und Workflow10.3 VHDL
Kapitel 11: Digitaluhr auf FPGA-Basis
11.1 Merkmale der Digitaluhr11.2 Anforderungen an die Hardware11.3 Entwicklung des Schaltungskonzepts11.3.1 Teil 1 – Stunden und Minuten11.3.2 Teil 2 – Siebensegmentanzeige11.3.3 Übrige Teile11.4 Implementierung11.4.1 Implementierung von clkgen11.4.1.1 Erste Version11.4.1.2 Simulation der ersten Version11.4.1.3 Zweite Version11.4.1.4 Dritte Version (mit Stellen der Uhr)11.4.2 Implementierung der Display-Ansteuerung11.4.2.1 Implementierung von calc segdata11.4.2.2 Implementierung von trans segdata11.5 Integration11.6 Zusammenfassung
Kapitel 12: Ansteuerung eines RGB-LED-Matrix-Displays
12.1 Grundlagen12.1.1 Hardware und Funktion12.1.1.1 Elektrische Daten12.1.1.2 Timing12.2 Schaltung zur Display-Ansteuerung12.2.1 Display-Controller12.2.2 Test des Display-Controllers12.2.3 Objektdarstellung auf einem Matrix-Display12.2.4 Objektdarstellung auf Halb-Displays12.2.4.1 Erster Test12.2.4.2 Automatische Erzeugung der Zeilenadressen12.2.4.3 Version mit korrigierten Zeilenadressen und Spaltenadressen12.2.5 Objektdarstellung auf dem Gesamt-Display12.2.5.1 Animiertes Objekt12.3 Pong12.4 Zusammenfassung
Kapitel 13: Ausflug zu Verilog
13.1 Einstieg in Verilog13.2 Einbinden eines Verilog-Moduls in ein VHDL-Projekt13.3 Simulation bei der Verwendung von Verilog-Modulen
Teil IV: Anhang
A VHDL-Kurzübersicht
A.1 entityA.2 architectureA.3 componentA.4 processA.4.1 process mit sensitivity listA.4.2 process ohne sensitivity listA.5 DatentypumwandlungenA.5.1 Umwandlung integer → std_logic_vectorA.5.2 Umwandlung unsigned → std_logic_vectorA.5.3 Umwandlung std_logic_vector → unsignedA.6 Initialisierung mit othersA.7 Bedingte AusführungA.7.1 concurrent statementsA.7.1.1 whenA.7.1.2 selectA.7.2 sequential statementsA.7.2.1 ifA.7.2.2 caseA.7.3 Vorsicht Latch!
B FPGA-Werkzeugketten
C Altera-Werkzeugkette »Quartus Prime Lite Edition«
C.1 Anlegen eines neuen ProjektsC.2 Anlegen eines neuen VHDL-FilesC.3 Einbinden eines schon vorhandenen VHDL-FilesC.4 Analyse und SyntheseC.5 Pin PlanningC.6 Place & Route, Erzeugung des BitstreamsC.7 Download
D Lattice-Werkzeugkette »Diamond«
D.1 Anlegen eines neuen ProjektsD.2 Anlegen eines neuen VHDL-FilesD.3 Einbinden eines schon vorhandenen VHDL-FilesD.4 Eingabe von ConstraintsD.5 Synthese, Mapping, Place & RouteD.6 Generierung der KonfigurationsdatenD.7 Download
E Microsemi-Werkzeugkette »Libero SoC«
E.1 Anlegen eines neuen ProjektsE.2 Anlegen eines neuen VHDL-FilesE.3 Einbinden eines schon vorhandenen VHDL-FilesE.4 SyntheseE.5 Definition von I/O-ConstraintsE.6 Erzeugen der KonfigurationsdatenE.7 Download
F Xilinx-Werkzeugkette »ISE«
F.1 Anlegen eines neuen ProjektsF.2 Anlegen eines neuen VHDL-FilesF.3 Anlegen von I/O-ConstraintsF.4 Einbinden eines schon vorhandenen VHDL-FilesF.5 ImplementierungF.6 Erzeugung des BitstreamsF.7 Download
G Vergleich der Werkzeugketten
H FPGA-Boards für Maker
H.1 Einige BezugsquellenH.2 Board-ÜbersichtH.3 Boards, Boards, BoardsH.3.1 AlteraH.3.1.1 DE0H.3.1.2 DE0-NanoH.3.2 LatticeH.3.2.1 MachXO3LF StarterKitH.3.3 MicrosemiH.3.3.1 AGLN-Nano-KitH.3.4 XilinxH.3.4.1 PapilioH.3.4.2 NEXYS3H.3.4.3 ARTYH.3.4.4 BASYS3H.3.4.5 NEXYS4 DDR
Glossar
Literaturverzeichnis
Index
Fußnoten
Kapitel 3: FPGA-GrundlagenKapitel 4: Los geht’s – das erste FPGA-ProjektKapitel 5: »Hello World« – es blinktKapitel 6: VHDL-IntermezzoKapitel 7: Bausteine und EntwurfsmusterKapitel 8: SiebensegmentanzeigenKapitel 10: Wie kommt man weiter?Kapitel 11: Digitaluhr auf FPGA-BasisKapitel 12: Ansteuerung eines RGB-LED-Matrix-DisplaysA VHDL-KurzübersichtC Altera-Werkzeugkette »Quartus Prime Lite Edition«E Microsemi-Werkzeugkette »Libero SoC«F Xilinx-Werkzeugkette »ISE«

Content preview from FPGAs für Maker

3 FPGA-Grundlagen

3.1 Was ist ein FPGA?

Ein FPGA kann als Ansammlung von Grundelementen wie Gatter, Flip-Flop, Speicherzelle etc. angesehen werden, die in einem gemeinsamen Gehäuse vorhanden sind, aber noch miteinander verdrahtet werden müssen, um eine bestimmte Funktion zu realisieren. Sehr vereinfacht kann ein FPGA auch als vorbestücktes Steckbrett im Mikroformat betrachtet werden. Elemente wie Gatter und Flip-Flops sind schon fertig aufgesteckt, nur die Verdrahtung muss noch vom Anwender vorgenommen werden. Anstatt wie auf dem Steckbrett Drähte einzustecken, werden beim FPGA die elektrischen Verbindungen durch das Schließen von auch schon vorhandenen »Schaltern« vorgenommen. Abbildung 3-1 zeigt den sehr stark vereinfachten prinzipiellen Aufbau ...

Become an O’Reilly member and get unlimited access to this title plus top books and audiobooks from O’Reilly and nearly 200 top publishers, thousands of courses curated by job role, 150+ live events each month,
and much more.

Read now

Unlock full access

More than 5,000 organizations count on O’Reilly

O’Reilly covers everything we've got, with content to help us build a world-class technology community, upgrade the capabilities and competencies of our teams, and improve overall team performance as well as their engagement.

Julian F.

Head of Cybersecurity

I wanted to learn C and C++, but it didn't click for me until I picked up an O'Reilly book. When I went on the O’Reilly platform, I was astonished to find all the books there, plus live events and sandboxes so you could play around with the technology.

Addison B.

Field Engineer

I’ve been on the O’Reilly platform for more than eight years. I use a couple of learning platforms, but I'm on O'Reilly more than anybody else. When you're there, you start learning. I'm never disappointed.

Amir M.

Data Platform Tech Lead

I'm always learning. So when I got on to O'Reilly, I was like a kid in a candy store. There are playlists. There are answers. There's on-demand training. It's worth its weight in gold, in terms of what it allows me to do.

Mark W.

Embedded Software Engineer

Mikrocontroller – Der Leitfaden für Maker

Publisher Resources

ISBN: 9781492019312

Cloud Computing

Data Engineering

Data Science

AI & ML

Programming Languages

Software Architecture

IT/Ops

Security

Design

Business

Soft Skills

FPGAs für Maker

by Cord Elias