博客藏经阁丛书：深入理解Altera FPGA应用设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王敏志 著

图书标签:

• FPGA
• Altera
• 应用设计
• 数字电路
• Verilog
• VHDL
• 嵌入式系统
• 开发板
• 电子工程
• 技术教程

出版社： 北京航空航天大学出版社

ISBN：9787512413382

版次：1

商品编码：11387924

包装：平装

丛书名： 博客藏经阁丛书

开本：16开

出版时间：2014-01-01

用纸：胶版纸

页数：348

字数：464000

正文语种：中文

内容简介

　　《深入理解Altera FPGA应用设计》结合作者多年工作实践，以开发流程为主线，通过大量实例详细介绍了FPGA开发、调试方面的一些基本方法和独特技巧；提出了一种“自动化”开发设计的理念，即通过批处理加脚本的方式自动完成FPGA设计工程的建立、编译和转移，以及在使用ModelSim设计仿真时，一键式完成整个仿真流程的方法。对于FPGA设计调试和测试方面，则详细介绍了SignalTapII的使用，并重点介绍了VirtualJTAG（虚拟JTAG）。
　　《深入理解Altera FPGA应用设计》可作为高等院校通信工程、电子工程、计算机、微电子等专业有一定FPGA开发基础的学生的参考用书，也可作为硬件工程师、FPGA工程师的工具书。

作者简介

　　王敏志【网名：coyoo、湘攸客】，曾就职于多家科研院所，从事过雷达、通信以及医疗电子方面的研发工作，主要负责数字电路方面开发，包括电路设计、DSP以及FPGA编程。

目录

第1章 好好准备你的FPGA设计
1.1 FPGA设计要求“软硬兼施”吗
1.2 如何选择一个合适的FPGA
1.3 教你如何从顶层规划你的设计
1.4 进行早期功耗估算避免FPGA动力不足
1.4.1 早期功耗估算
1.4.2 精确功耗估算
1.5 规划并选择片内调试工具
1.6 小结

第2章 快速建立你的第一个FPGA工程
2.1 FPGA设计基本流程
2.2 手把手教你用Quartus II建立FPGA工程
2.3 教你如何利用脚本创建工程
2.3.1 Quartus II各个设计流程对应的脚本命令
2.3.2 Quartus II TCL包（Package）
2.3.3 执行与Quartus II有关脚本的入口
2.3.4 利用脚本创建工程
2.4 利用脚本约束你的工程
2.5 利用脚本自动化完成FPGA设计
2.6 实例分析
2.7 小结

第3章 采用Altera的建议进行FPGA设计
3.1 利用Quartus II模板开始逻辑设计
3.2 同步FPGA设计方法及指导
3.2.1 同步设计的基本原则
3.2.2 异步设计的危害
3.3 使用Altera的宏函数
3.4 在FPGA中实现除法功能
3.4.1 二进制快速除法
3.4.2 使用Altera除法函数
3.5 Altera推荐的代码风格
3.6 在代码中使用寄存器而不是锁存器
3.6.1 锁存器电路结构
3.6.2 逻辑设计中哪些情况会产生锁存器
3.6.3 锁存器分析实例
3.7 使用Altera“原语”模块
3.7.1 如何让设计中的LCELL不被软件优化
3.7.2 进位链以及如何应用在自己的设计中
3.8 小结

第4章 使用ModelSim进行仿真
4.1 ModelSim仿真工具介绍
4.2 使用ModelSim软件进行仿真
4.2.1 仿真基础——利用GUI完成仿真
4.2.2 通过创建仿真工程来设计仿真
4.3 为ModelSim独立版本提取Altera仿真库
4.3.1 提取Altera仿真库的步骤
4.3.2 仿真Altera器件到底需要提取哪些库
4.4 教你如何用脚本完成ModelSim的自动化仿真流程
4.5 ModelSim使用问题实例
4.6 教你如何写TestBench
4.7 实例练习
4.7.1 练习前准备
4.7.2 GUI方式仿真实例
4.7.2 自动化创建工程仿真实例
4.8 小结

前言/序言

博客藏经阁丛书：深入理解Altera FPGA应用设计 前言 数字逻辑的世界，以其严谨的结构和强大的计算能力，正在以前所未有的速度渗透到我们生活的方方面面。从智能手机的芯片到高性能计算集群，从汽车的电子系统到航空航天的精密控制，FPGA（Field-Programmable Gate Array）作为一种高度灵活、可重构的数字集成电路，扮演着越来越重要的角色。它赋予了工程师们设计和实现复杂数字系统的自由，能够根据实际需求进行定制化开发，极大地缩短了产品上市周期，并在许多领域带来了革命性的创新。 在众多FPGA厂商中，Altera（现已被Intel收购）凭借其卓越的产品性能、丰富的IP核资源和强大的开发工具链，赢得了全球工程师的青睐。从最初的简单逻辑门到现在万兆级网络接口、复杂的DSP处理和高速通信协议的实现，Altera FPGA的应用范围不断拓展，技术深度也日益增加。然而，FPGA设计的复杂性同样与日俱增。如何有效地掌握FPGA的设计理念、熟悉开发流程、掌握高级设计技巧，并将其成功应用于实际项目中，是每一个FPGA工程师面临的挑战。 “博客藏经阁丛书”系列旨在通过系统性、实践性的内容，帮助广大电子工程师和技术爱好者深入理解FPGA的设计艺术。本册《深入理解Altera FPGA应用设计》正是该系列的重要组成部分，它将带领读者走进Altera FPGA的精彩世界，从理论基础到实际应用，层层剥开FPGA设计的神秘面纱，让读者不仅能够“知其然”，更能“知其所以然”。 本书特色与内容概述 本书并非一本泛泛而谈的FPGA入门教材，而是专注于Altera FPGA的深度应用设计。我们力求内容翔实，案例丰富，真正做到“授人以渔”，帮助读者建立扎实的FPGA设计功底，培养解决实际问题的能力。本书将围绕以下几个核心维度展开： 第一部分：Altera FPGA设计基础与开发环境精讲 在深入应用设计之前，对FPGA的基本原理和Altera特有的开发环境有一个透彻的理解是必不可少的。本部分将系统性地梳理FPGA的设计流程，并着重介绍Altera FPGA的核心架构特点。 FPGA设计流程解析： 从需求分析、系统设计、HDL编码、仿真验证、综合适配到硬件下载，我们将详细讲解每一个环节的关键要点和注意事项。特别会强调仿真验证的重要性，以及如何有效地进行调试。 Altera FPGA架构剖析： 深入介绍Altera FPGA的内部结构，包括逻辑单元（LE）、可编程互连资源（PIO）、DSP模块（DSP Block）、Block RAM（BRAM）、全局时钟网络等。理解这些核心组成部分的功能和特性，是高效利用FPGA资源的关键。 Quartus Prime开发套件精通： Quartus Prime是Altera FPGA设计不可或缺的开发工具。我们将详细讲解Quartus Prime的安装、项目创建、HDL文件添加、工程设置、编译流程、时序约束、报告分析等常用操作。同时，会引导读者熟悉常用的IP核生成器（IP Catalog）的使用。 HDL语言（Verilog/VHDL）高级应用： 虽然本书并非HDL语言教程，但会针对FPGA设计中的常见HDL编码技巧进行深入讲解，包括状态机设计、流水线设计、时序逻辑的正确建模、如何避免竞争冒险和产生可综合的代码。我们将通过具体的例子展示如何用HDL语言高效地实现各种数字逻辑功能。 第二部分：Altera FPGA核心IP与模块设计实践 Altera FPGA拥有丰富的内置IP核，这些IP核极大地简化了复杂模块的设计。本部分将聚焦于Altera FPGA中一些至关重要且应用广泛的IP核，并结合实际案例进行深入讲解。 存储器IP（BRAM）的设计与应用： BRAM是FPGA中重要的片上存储资源。我们将讲解如何配置不同大小、不同模式的BRAM，以及如何将其应用于FIFO、双端口RAM、ROM等常见存储结构的设计。实际应用案例将包括数据缓存、帧缓冲等。 DSP模块（DSP Block）的高效利用： DSP Block是Altera FPGA在数字信号处理方面的重要硬件加速单元。本书将详细介绍DSP Block的架构、工作模式（如乘法器、累加器、MAC单元等），并演示如何利用DSP Block实现高性能的乘加运算、滤波器、FFT等信号处理算法。 通信接口IP设计： 现代电子系统离不开高速通信。我们将选取Altera FPGA常用的通信接口IP（如AXI Bridge、Avalon Switch Fabric、PCIe IP等）进行详细介绍，并结合实际项目，讲解如何配置和使用这些IP核实现高效的数据传输。例如，设计一个基于AXI总线的内存控制器，或者一个简单的PCIe外设。 计时与控制模块设计： 高精度计时和精密的控制是许多应用的基础。我们将讲解如何利用Altera FPGA的定时器、计数器、PLL/DCM（或MMCM）等资源，实现精确的延时、脉冲生成、频率合成等功能。 第三部分：Altera FPGA典型应用系统设计与加速 在掌握了基础知识和核心IP的应用之后，本书将带领读者进入更复杂的应用领域，通过实际项目案例，展示Altera FPGA在不同场景下的强大能力。 高性能数据处理与加速： 讲解如何利用Altera FPGA进行数据预处理、滤波、特征提取等，并与CPU协同工作，实现计算加速。例如，一个图像处理单元的设计，或者一个视频流的实时分析系统。 嵌入式系统设计与SoC集成： 探讨Altera SoC（System-on-Chip）系列FPGA的设计理念，包括ARM处理器和FPGA fabric的协同工作。我们将介绍如何构建一个基于SoC的嵌入式系统，并实现外设接口的定制化设计。 通信系统设计： 深入探讨FPGA在通信领域的应用，例如，设计一个低功耗的ADC/DAC接口，实现高速数据采集与回放；或者设计一个数字基带处理模块，支持特定的通信协议。 控制系统与工业自动化： 讲解如何利用Altera FPGA实现精确的时序控制、多轴运动控制、PLC（可编程逻辑控制器）的功能扩展等。例如，一个步进电机驱动控制器，或者一个传感器数据采集与处理系统。 高级时序分析与优化： 深入讲解时序约束的编写，如何利用Quartus Prime的时序报告进行分析，并指导读者掌握各种时序优化技巧，以满足高性能应用对时序的要求。包括时钟域交叉（CDC）的处理、关键路径的优化、物理布局的考量等。 第四部分：FPGA设计进阶技巧与项目实践指南 本书的最后部分将聚焦于更高级的设计理念和实用的项目经验，帮助读者在实际工程中少走弯路。 低功耗FPGA设计策略： 介绍Altera FPGA的低功耗设计技术，包括时钟门控、电源管理、合适的IP核选择等，以满足电池供电或功耗敏感的应用需求。 性能分析与瓶颈识别： 讲解如何通过性能分析工具，识别FPGA设计的瓶颈，并提供针对性的优化方案。 IP核复用与IP核开发： 强调IP核复用的重要性，并简要介绍如何基于Altera的IP核生成器，或者通过HDL语言自主开发可复用的IP核。 系统级集成与调试： 探讨FPGA与其他硬件模块（如CPU、DSP、ASIC等）的集成方法，并分享实际项目中的硬件调试经验，包括逻辑分析仪的使用、ILA（Integrated Logic Analyzer）的原理与应用。 设计质量与可维护性： 强调良好编码风格、详细文档和版本管理的重要性，以提高FPGA设计的质量和可维护性。 本书目标读者 本书适合具备一定数字逻辑基础，并希望深入学习Altera FPGA应用设计的工程师、在校研究生、以及对FPGA技术充满热情的技术爱好者。尤其适合以下几类读者： 需要使用Altera FPGA进行产品开发的嵌入式系统工程师。 从事数字信号处理、通信、图像处理、高性能计算等领域的研发人员。 希望提升FPGA设计能力，掌握复杂系统实现的工程师。 对FPGA技术原理和实际应用感兴趣的在校学生。 结语 Altera FPGA的应用设计是一个充满挑战但极具创造性的领域。本书的编写，离不开对Altera FPGA技术细节的深入研究，也离不开大量实际项目经验的总结。《博客藏经阁丛书：深入理解Altera FPGA应用设计》旨在为您打开一扇通往FPGA高级应用设计的大门，提供一套系统性的学习路径和实用的工具。我们希望通过本书，能够激发您在FPGA设计领域的无限潜能，帮助您构建出更强大、更智能的数字系统。让我们一起，在FPGA的世界里，探索无限可能！

评分☆☆☆☆☆

我是一位刚入行FPGA设计不久的工程师，市面上相关的书籍和资料很多，但真正能让我感到“醍醐灌顶”的却不多。直到我接触到了《深入理解Altera FPGA应用设计》这本书。一开始，我被它“深入理解”这个标题吸引，抱着试试看的心态翻阅，结果一发不可收拾。 这本书最让我赞赏的一点是，它非常注重实践。作者并没有空谈理论，而是通过大量的项目实例，将Altera（Intel FPGA）的各种特性和设计技巧融入其中。例如，书中关于时序分析和优化的章节，不仅仅是讲了理论，更是结合实际的工程项目，演示了如何发现和解决时序违例问题，如何通过合理的约束来达到更高的时钟频率。我感觉自己不再是被动地接受知识，而是主动地去解决问题，去理解FPGA设计中的“坑”和“道”。

评分☆☆☆☆☆

在阅读《深入理解Altera FPGA应用设计》的过程中，我最大的收获是对于“软硬件协同设计”有了更深刻的理解。我之前总觉得FPGA就是纯硬件，而软件开发是另一回事，两者之间似乎存在一道难以逾越的鸿沟。但这本书通过一系列精彩的案例，清晰地展示了如何将微处理器（如Nios II）与FPGA硬件逻辑紧密结合，实现功能强大的嵌入式系统。 我特别喜欢书中关于自定义指令集扩展的部分，它让我意识到FPGA不仅仅是执行预定义的功能，还可以根据具体的应用需求，量身定制硬件加速模块，并通过软件接口与CPU无缝对接。这种灵活性是传统CPU所无法比拟的。这本书不仅让我掌握了Altera FPGA的具体应用技巧，更重要的是，它打开了我对整个嵌入式系统设计的新思路。

评分☆☆☆☆☆

作为一名有一定FPGA经验的设计师，我一直渴望能够深入理解Altera（Intel FPGA）的内部架构和高级设计技巧，而《深入理解Altera FPGA应用设计》恰恰满足了我的这一需求。这本书没有回避那些令人头疼的细节，而是直接切入核心，比如关于片上存储器（RAM/ROM）的设计与优化，以及如何高效地利用FPGA的DSP模块进行信号处理。 令我印象深刻的是，作者在讲解这些高级主题时，始终保持着清晰的逻辑和易于理解的表达。他会从原理入手，逐步深入到具体的实现细节，并通过实际的代码示例来加以佐证。读完关于DSP章节后，我感觉自己在理解和应用FFT、FIR滤波器等算法时，不再是“纸上谈兵”，而是能够真正地将其转化为高效的FPGA硬件。这本书的价值，在于它能够帮助有一定基础的设计师，将技能提升到新的高度。

评分☆☆☆☆☆

老实说，在拿到这本《深入理解Altera FPGA应用设计》之前，我对FPGA的理解一直停留在“逻辑门搭积木”的层面，总觉得它是个遥不可及的高深技术。翻开这本书，我最直观的感受就是它的“接地气”。它不是那种摆架子、讲大道理的书，而是手把手地教你如何把理论知识转化为实际的工程项目。 书中涵盖的案例非常广泛，从基础的LED闪烁，到更复杂的通信协议解析，再到一些高级的硬件加速应用，都有涉及。我个人对书中关于AXI总线接口的设计和验证部分印象特别深刻。作者用非常清晰的图示和详细的步骤，把我这个对总线协议有些畏惧的读者，一步步地引导进去，让我终于理解了不同模块之间如何高效、可靠地进行数据交换。这种循序渐进的学习方式，对于我这样需要系统性提升FPGA设计能力的人来说，简直是福音。

评分☆☆☆☆☆

这套“博客藏经阁丛书”里的《深入理解Altera FPGA应用设计》真是打开了我对FPGA世界的新大门！我之前虽然接触过一些FPGA的基础概念，但总是感觉隔靴搔痒，很多实际应用中的 tricky points 无法真正理解。这本书的出现，就像一位经验丰富的向导，把我从迷雾中引了出来。它并没有停留在枯燥的理论堆砌，而是通过大量的实际案例，生动地展示了Altera（现在是Intel FPGA）器件在不同应用场景下的设计思路和实现方法。 我尤其喜欢书中对一些复杂模块的拆解分析，比如那些处理高速接口、数字信号处理或者嵌入式软核的章节。作者不是简单地给出代码，而是深入剖析了设计背后的考量，包括时序约束的重要性、资源优化技巧、以及如何根据具体需求选择合适的IP核。读完之后，我感觉自己不再是那个只会照搬例程的小白，而是能够开始独立思考，甚至尝试去优化现有的设计。那种醍醐灌顶的感觉，真的无与伦比。

评分☆☆☆☆☆

这本书还没开始看，不过就目录来看，是一本中级教材，比较适合有过一点FPGA 开发经验的人群

评分☆☆☆☆☆

东西不错 京东送货很快

评分☆☆☆☆☆

很好，准备开干啦，只是一人单干还是一脸懵逼的感觉。。。

评分☆☆☆☆☆

很实用的工具书 印刷排版都没问题

评分☆☆☆☆☆

书的质量非常好，爱不释手，发货速度非常快！

评分☆☆☆☆☆

设计感悟，别人的，参考

评分☆☆☆☆☆

刚好够了。

评分☆☆☆☆☆

USB大法好，值得一学，入门级好教材，值得一看，USB开发板，学习神器，值得拥有。。。

评分☆☆☆☆☆

送货很快，印刷清晰，质量很好，好评!