EDA技術與VHDL編程 李俊著 9787121174254 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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李俊著 著

圖書標籤:

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• 李俊
• 9787121174254

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齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121174254

商品編碼：29511225085

包裝：平裝

齣版時間：2012-06-01

基本信息

書名：EDA技術與VHDL編程

定價：45.00元

作者：李俊著

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2012-06-01

ISBN：9787121174254

字數：548000

頁碼：321

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.722kg

編輯推薦

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《EDA技術與VHDL編程》編著者李俊。EDA技術主要包括大規模可編程邏輯、硬件描述語言、軟件開發工具等內容。目前，應用*為廣泛的大規模可編程邏輯是復雜可編程邏輯器件CPLD和現場可編程門陣列FPGA；硬件描述語言liDL主要有VHDL、VerilogHDL、ABEL、AHDL、Sy~em Verilog和SystemC等；主流的EDA軟件開發工具則有MAX plusII、Quartus II、ispDesignEXPERT、FoundationSeries、1SENSE WebPACKSeries等。本書采用IEEE標準硬件描述語言VHDL對數字電路和係統進行性能描述，以Altera公司的Quartus11軟件為集成開發環境，對EDA技術進行瞭深入、詳盡的闡述。

內容提要

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《EDA技術與VHDL編程》編著者李俊。《EDA技術與VHDL編程》內容提要：本書主要講解EDA技術和VHDL硬件描述語言的使用，共10章。內容包括EDA概述，可編程邏輯器件，VHDL硬件描述語言，QuartusII操作指南，VHDL基本邏輯電路設計，VHDL語句進階，VHDL的屬性描述與仿真延時，VHDL層次化程序設計，VHDL的數字係統設計，以及VHDL在通信和DSP係統中的應用。通過大量數字電路和數字係統的案例，給讀者演示瞭VHDL在數字係統設計中充當的角色，以及利用VHDL語言進行數字係統設計的基本步驟和具體方法。本書配有大量的設計實例和實驗練習，還針對目前FPGA的主流應用領域如微控製係統、通信係統和DSP係統給齣瞭係統級彆的設計實例。力求使讀者理解VHDL硬件描述語言的基礎知識，掌握數字係統的設計原理、方法和步驟。本書可作為高等院校電子、通信、自動化、計算機等信息工程類相關專業學生的教學用書，也適閤於立誌自學成纔的讀者和從事EDA技術應用與研究的專業技術人員使用。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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數字係統設計與硬件描述語言實踐：麵嚮EDA技術與VHDL編程的深度探索 本書旨在為讀者提供一套係統而深入的數字係統設計方法論，重點聚焦於現代EDA（Electronic Design Automation，電子設計自動化）技術在實踐中的應用，並以VHDL（VHSIC Hardware Description Language，甚高速集成電路硬件描述語言）作為核心載體進行詳盡闡述。我們期望通過理論與實踐的有機結閤，幫助讀者構建堅實的數字邏輯基礎，掌握高效的硬件描述語言編程技巧，並最終能夠獨立完成復雜的數字集成電路設計與驗證。 第一部分：數字係統設計基礎與EDA技術概述 本部分將首先梳理數字係統設計的基本概念，包括數字信號、邏輯門、組閤邏輯電路、時序邏輯電路等核心要素。我們將深入剖析這些基礎知識如何構築起復雜數字係統的基石，並介紹不同層次的抽象模型，從門級、寄存器傳輸級（RTL）到行為級，為後續的VHDL編程打下堅實的基礎。 隨後，我們將引入EDA技術的概念及其在現代電子設計流程中的關鍵作用。EDA工具極大地提高瞭電子設計的效率和準確性，使得從概念到芯片的轉化過程更加 streamlined。我們將探討EDA工具鏈的主要組成部分，包括： 邏輯綜閤（Logic Synthesis）： 如何將高級彆的硬件描述語言（如VHDL）轉化為門級網錶，實現邏輯功能的優化和映射到目標工藝庫。 布局布綫（Place and Route）： 如何在物理芯片上分配邏輯門和連接它們的導綫，以滿足性能、功耗和麵積（PPA）的要求。 仿真與驗證（Simulation and Verification）： 如何通過軟件仿真來驗證設計的正確性，包括功能仿真、時序仿真以及形式驗證等高級技術。 靜態時序分析（Static Timing Analysis，STA）： 如何在不進行仿真的情況下，快速分析設計的時序性能，找齣潛在的時序違例。 形式驗證（Formal Verification）： 一種數學方法，用於證明設計的屬性在所有可能的輸入條件下都成立，從而提供比仿真更強的驗證信心。 我們將重點強調EDA技術如何改變瞭傳統的硬件設計模式，從手工繪製電路圖的時代，邁入瞭以軟件為中心的自動化設計時代。理解EDA技術不僅是掌握VHDL編程的前提，更是成為一名閤格的數字IC設計師的必備素質。 第二部分：VHDL語言核心概念與編程實踐 VHDL作為一種強大的硬件描述語言，其核心在於能夠精確地描述數字電路的行為和結構。本部分將從VHDL語言的基本語法入手，逐步深入到高級特性： 實體（Entity）與架構（Architecture）： 理解VHDL設計的基本結構，如何定義電路的接口（實體）以及內部實現邏輯（架構）。我們將通過大量實例，展示如何從不同抽象層次描述同一個電路功能。 信號（Signal）與變量（Variable）： 深入理解VHDL中信號和變量的區彆及其在並發和順序執行中的作用。正確使用信號和變量是編寫高效VHDL代碼的關鍵。 進程（Process）與並發語句（Concurrent Statements）： 掌握VHDL的並發執行模型，理解進程如何描述順序邏輯，以及並發語句如何描述組閤邏輯和狀態機。 數據類型（Data Types）與運算符（Operators）： 詳細介紹VHDL內置數據類型（如BIT, BIT_VECTOR, STD_LOGIC, STD_LOGIC_VECTOR, INTEGER, BOOLEAN等）以及用戶自定義類型，並講解各種邏輯、算術和關係運算符的使用。 基本邏輯結構（Basic Logic Structures）： 如何使用`if-then-else`、`case`語句描述條件邏輯，`loop`語句描述循環邏輯。 組件實例化（Component Instantiation）： 如何將設計分解為模塊，並進行實例化和連接，實現模塊化設計。 屬性（Attributes）： VHDL的屬性機製為設計帶來瞭極大的靈活性，我們將介紹常用的屬性，如`'event`、`'stable`、`'high`、`'low`等，以及如何使用它們來描述時序特性。 標準庫（Standard Libraries）： 介紹`IEEE`標準庫，特彆是`std_logic_1164`和`numeric_std`包，它們提供瞭豐富的數據類型和運算函數，極大地簡化瞭VHDL編程。 我們將強調“行為級描述”與“RTL級描述”的概念。行為級描述側重於功能的邏輯描述，便於快速驗證功能；RTL級描述則更接近硬件結構，是綜閤工具進行邏輯優化的主要輸入。本書將指導讀者如何從行為級描述逐步細化到RTL級描述，最終生成可綜閤的VHDL代碼。 第三部分：VHDL在實際數字係統設計中的應用 本部分將聚焦於將VHDL語言應用於實際的數字係統設計項目。我們將通過一係列典型案例，展示VHDL在不同應用場景下的強大威力： 組閤邏輯電路設計： 從簡單的加法器、減法器、多路選擇器，到復雜的譯碼器、編碼器，以及基本的算術邏輯單元（ALU）的設計。 時序邏輯電路設計： 重點講解觸發器（Flip-flops）、寄存器（Registers）、移位寄存器（Shift Registers）、計數器（Counters）的設計，並深入分析其工作原理。 有限狀態機（Finite State Machine, FSM）設計： 講解Moore型和Mealy型狀態機的設計方法，包括狀態轉移圖的繪製、狀態編碼、以及VHDL實現。我們將通過序列檢測器、交通燈控製器等實例，展示FSM設計的實用性。 存儲器接口設計： 如何使用VHDL描述RAM（Random Access Memory）和ROM（Read Only Memory）的接口，並進行簡單的讀寫操作。 時鍾與復位邏輯設計： 討論時鍾同步、異步復位、同步復位等設計細節，以及在實際設計中如何正確處理時鍾域交叉問題。 中斷控製器設計： 演示如何設計一個基本的 istruction controller，處理外部中斷請求。 片上通信接口設計（可選）： 根據實際需求，可以初步介紹一些常見的片上通信接口（如UART、SPI、I2C）的VHDL實現原理。 在每一個設計案例中，我們都將遵循“需求分析-功能描述-VHDL編碼-仿真驗證-綜閤優化”的完整流程。讀者將學會如何針對具體的設計需求，編寫清晰、高效、可綜閤的VHDL代碼，並利用EDA工具進行仿真驗證和性能評估。 第四部分：高級VHDL編程與設計優化 為瞭幫助讀者寫齣更健壯、更易於維護、性能更優的VHDL代碼，本部分將深入探討高級VHDL編程技巧和設計優化策略： 自定義數據類型與子類型（Custom Data Types and Subtypes）： 如何創建更符閤實際需求的數據類型，提高代碼的可讀性和安全性。 包（Package）與組件（Component）的有效利用： 如何通過包組織可重用的代碼和類型，如何定義和實例化組件以實現層次化設計。 宏定義（Generics）與配置（Configuration）： 講解`generics`如何實現參數化設計，使得同一個模塊能夠適應不同的配置；`configuration`如何靈活地選擇組件的實現。 並發過程之間的同步與通信： 深入理解VHDL的並發模型，以及如何利用信號驅動機製實現不同進程之間的通信和同步。 麵嚮綜閤的設計原則（Synthesis-Friendly Design）： 強調編寫可綜閤VHDL代碼的重要性，講解哪些VHDL結構容易被綜閤工具理解和優化，哪些則可能導緻不可綜閤的代碼。我們將重點討論“組閤邏輯陷阱”和“時序邏輯誤用”等常見問題。 性能與麵積優化技巧： 介紹一些常見的優化方法，例如流水綫（Pipelining）技術以提高吞吐量，資源共享（Resource Sharing）以減小麵積，以及如何通過時鍾頻率和寄存器使用來平衡性能與功耗。 代碼風格與文檔： 強調良好的代碼風格和詳細的注釋對於團隊協作和後期維護的重要性。 第五部分：EDA工具鏈的實踐應用與驗證方法 理論知識必須通過實踐工具纔能轉化為實際的設計成果。本部分將側重於EDA工具鏈的實際操作： 主流EDA工具介紹（概念性）： 簡要介紹當前主流的EDA工具廠商及其代錶性産品（如Xilinx Vivado, Intel Quartus Prime等），並說明它們在FPGA和ASIC設計中的定位。 VHDL仿真器的使用： 演示如何使用常見的VHDL仿真器（如ModelSim, QuestaSim, NCSim等）來編寫仿真測試平颱（Testbench），運行仿真，並分析仿真波形。 Testbench設計技巧： 講解如何構建有效的Testbench來覆蓋各種測試場景，包括激勵生成、結果檢查、時序約束等。 邏輯綜閤器的基本操作： 解釋邏輯綜閤器的作用，並演示如何設置綜閤約束文件（SDC或XDC），以指導綜閤過程，實現性能和麵積的目標。 布局布綫流程概述： 簡要介紹布局布綫的基本概念和流程，以及如何讀取布局布綫後的報告。 靜態時序分析（STA）的概念與報告解讀： 深入理解STA的原理，學會解讀STA報告，識彆時序違例，並根據報告中的信息進行設計優化。 實際項目流程演示（以FPGA設計為例）： 結閤一個小型FPGA項目，從VHDL代碼編寫、仿真、綜閤、實現（布局布綫）到最終的下載與調試，完整地展示一個實際的數字係統設計流程。 總結 本書通過理論講解、語法解析、實例分析和實踐指導，全麵覆蓋瞭EDA技術與VHDL編程的各個方麵。我們力求在提供深度技術內容的同時，保持內容的清晰易懂，並最終幫助讀者掌握一套完整的數字係統設計方法，為他們未來在集成電路設計、嵌入式係統開發、FPGA應用等領域的發展奠定堅實的基礎。我們相信，通過對本書的學習和實踐，讀者將能夠自信地駕馭復雜的數字邏輯設計，並熟練運用VHDL語言實現創新的硬件解決方案。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計得相當樸實，沒有過多花哨的元素，直接點明瞭主題，這一點我很欣賞。初翻閱時，我發現它在理論基礎的鋪陳上花瞭相當大的篇幅，尤其是對數字邏輯電路的復習和強化，對於那些基礎不牢的讀者來說，這無疑是一個穩固地基的過程。作者在講解基本概念時，語言風格顯得非常嚴謹和學術化，每一個術語的定義都力求精確無誤，這讓我在理解諸如同步時序邏輯和組閤邏輯電路優化這類核心內容時，感覺非常紮實。特彆是關於狀態機的設計部分，作者沒有僅僅停留在理論的闡述，而是引入瞭一些工程實踐中常見的陷阱和規避方法，這一點對我們這些希望將理論付諸實踐的工程師來說，價值極高。書中對各種設計方法的對比分析也做得比較到位，比如對流水綫（Pipeline）技術的優劣勢分析，以及在不同復雜度設計中如何權衡資源消耗和性能提升，這些細節體現瞭作者深厚的行業經驗。整體來看，這本書更像是一本嚴謹的教科書，適閤需要係統性、深入性學習EDA流程和VHDL語言特性的讀者，它不會用過於通俗的口吻來降低理解門檻，而是要求讀者付齣相應的努力去消化這些硬核知識。

評分☆☆☆☆☆

當我真正深入到VHDL語言本身時，這本書的特點就愈發鮮明瞭。它不像市麵上很多編程指南那樣，將語言特性拆解成一個個孤立的語法點進行介紹。相反，作者非常巧妙地將VHDL的結構化描述能力與實際的硬件架構聯係起來。例如，在講解進程（Process）和信號（Signal）之間的微妙關係時，它不是簡單地告訴你`wait`語句的作用，而是通過幾個經典的例子，如甲闆控製邏輯或簡單的內存控製器，直觀地展示瞭並發執行和時序約束是如何在代碼中體現的。我尤其喜歡作者在描述並發結構時所采用的比喻，雖然文字描述很學術，但其背後的邏輯推導卻異常清晰，仿佛在搭建一座精密的數字迷宮，每一步操作都有明確的因果關係。更重要的是，書中對於如何編寫“可綜閤的”（Synthesizable）代碼有著近乎苛刻的要求和詳盡的說明，這在許多入門書籍中是缺失的。作者反復強調，好代碼不光是仿真通過，更要在後端綜閤工具下産生高效的門級電路，這種麵嚮工具鏈的思維方式，是這本書為我帶來的最大收獲之一。

評分☆☆☆☆☆

從更宏觀的視角來看待這本書，它不僅僅是一本VHDL的語言參考手冊，更像是對現代數字係統設計流程的一次高強度訓練。作者似乎非常強調設計方法的規範性，對於模塊化、層次化設計原則的論述貫穿始終。在項目實踐中，我們經常會遇到需求變更和遺留代碼維護的問題，這本書提供瞭一套處理這些問題的“內功心法”。例如，在介紹如何使用泛型（Generics）和函數（Functions）來提高代碼復用性時，它給齣的方案極具前瞻性，能夠有效避免代碼在多次迭代中陷入冗餘和混亂的泥潭。雖然書中並未直接涉及最新的FPGA器件架構或特定的廠商IP核使用，但它所建立的底層抽象思維框架，使得讀者在麵對新的硬件平颱時，能夠更快地適應和掌握其特定的約束條件。這種“授人以漁”的教育理念，使得這本書的生命周期比那些緊跟特定工具版本的教材要長得多，因為它教授的是設計藝術，而非工具技巧。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和插圖質量也值得一提，雖然整體風格偏嚮傳統理工科書籍的嚴肅，但其圖形化輔助學習的效率非常高。在講解復雜的時序圖或者數據流圖時，圖錶的清晰度和標注的準確性，極大地減輕瞭閱讀的認知負擔。比如，在描述有限狀態機（FSM）的真值錶和狀態轉移圖時，每張圖都經過瞭精心的設計，能夠讓人一眼看穿邏輯的脈絡。然而，我也注意到一個現象，隨著章節的深入，配套的例程代碼量開始顯著增加。這既是優點也是挑戰——優點在於實例足夠豐富，能夠覆蓋多種設計場景；挑戰則在於，對於習慣於快速復製粘貼的讀者來說，手動敲入這些長篇幅的代碼並理解其每一行的作用，需要極大的耐心和專注力。我個人認為，如果讀者能將這些代碼作為“骨架”而非“成品”，帶著批判性的眼光去分析為什麼選擇這種結構而非另一種，這本書的價值纔能被最大化地挖掘齣來。它更像是一本需要讀者做筆記、圈畫和調試的工具書，而非可以輕鬆讀完的小說。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書，我最大的感受是，它成功地在“學術嚴謹性”和“工程實用性”之間架起瞭一座堅實的橋梁，但這橋梁的跨度不小，對行走者的體能要求也很高。這本書的語言風格是內斂而自信的，它不迎閤初學者的急躁，而是耐心地引導讀者去理解底層硬件的運行本質。對於那些已經掌握瞭C語言或MATLAB等高級語言，但希望真正進入硬件描述世界的人來說，這本書是一個極佳的“進階跳闆”。它不會把所有細節都喂到嘴邊，很多關鍵的思考步驟需要讀者自己去完成，這是一種略顯“殘酷”但極其有效的學習方式。特彆是關於仿真與驗證的章節，作者強調瞭自頂嚮下測試平颱構建的重要性，這與我們團隊目前實踐中遇到的問題高度吻閤。總而言之，這是一本需要反復研讀、勤於實踐纔能真正掌握的深度技術讀物，它更像是導師的指點，而不是速成的秘籍，其價值在於打下無法動搖的理論和工程基礎。