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张义和 著

图书标签:

• FPGA
• 数字电路
• Verilog
• VHDL
• 硬件设计
• 可编程逻辑
• 嵌入式系统
• 电子工程
• 通信系统
• 信号处理

店铺： 智博天恒图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030376039

商品编码：29489235678

包装：平装

出版时间：2013-07-01

图书基本信息
图书名称	FPGA设计
作者	张义和
定价	52.00元
出版社	科学出版社
ISBN	9787030376039
出版日期	2013-07-01
字数
页码
版次	1
装帧	平装
开本	16开
商品重量	0.4Kg

内容简介

Altium Designer所提供的电路原理图绘图功能（简称电路绘图），一直都是群雄，它提供各种电路图结构的设计，包括单张式电路图、平坦式电路图、阶层式电路图，以及高效能的重复阶层式电路图，等等。 《FPGA设计》的主要目的是探讨FPGA设计，包括以VHDL为主的数字逻辑基础能力训练与应用技巧，并搭配NanoBoard 3000进行系统设计。 《FPGA设计》内容丰富、结构合理、图文并茂、语言清晰。适合各大中型院校电工、电子、自动化及相关专业师生参考阅读，同时适合作为电路设计工程师的参考用书。

作者简介

目录

章 快速逻辑门实验 1.1 VHDL的设计与仿真 1.2 工程与文档管理 1.3 Altium Designer的VHDL编辑环境 1.4 VHDL的基本认识 1.4.1 VHDL的结构 1.4.2 信号类型 1.4.3 数据类型 1.4.4 VHDL的运算 1.5 电路设计与仿真 1.6 即时练习 第2章 加/减法器实验 2.1 认识二进制加/减法器 2.1.1 以逻辑运算描述加/减法电路 2.1.2 以算术运算描述加/减法电路 2.2 并行执行与顺序执行 2.3 Process与For循环的应用 2.4 测试平台再研究 2.5 波形窗口的操作 2.6 即时练习 第3章 组合逻辑电路设计 3.1 认识常用的VHDL语句 3.1.1 When-Else语句 3.1.2 With-Select语句 3.1.3 Case-When语句 3.2 编码器的原理与实现 3.2.1 编码器的实现 3.2.2 优先编码器的实现 3.3 解码器的原理与实现 3.3.1 解码器的实现 3.3.2 七节显示码解码器的实现 3.4 多路分解器的原理与实现 3.5 多路复用器的原理与实现 3.6 全加器的实现 3.7 两位数二进制乘法器的实现 3.8 即时练习 第4章 时序逻辑电路设计 4.1 认识常用的VHDL语句 4.1.1 If-Then-Else语句 4.1.2 时钟信号的描述 4.1.3 Generate语句 4.1.4 Loop语句 4.1.5 Block语句 4.2 认识Component与Port-Map语句 4.3 认识子程序 4.3.1 认识Procedure 4.3.2 认识Function 4.4 三态、栓锁器与触发器 4.4.1 三态控制 4.4.2 栓锁功能 4.4.3 触发器 4.5 逻辑方式设计计数器 4.5.1 递减计数器 4.5.2 递增计数器 4.5.3 递增/递减计数器 4.6 算术方式设计计数器 4.6.1 递增计数器 4.6.2 递增/递减计数器 4.6.3 除N计数器 4.6.4 可预置计数器 4.6.5 BCD计数器 4.7 即时练习 第5章 串/并转换电路设计实例 5.1 串/并转换电路设计 5.1.1 设计目标 5.1.2 电路设计 5.1.3 仿真与验证 5.2 并/串转换电路设计 5.2.1 设计目标 5.2.2 电路设计 5.2.3 仿真与验证 5.3 I2 C串行通信电路设计 5.3.1 传输电路设计与仿真 5.3.2 接收电路设计与仿真 第6章 PWM电路设计实例 6.1 认识PWM 6.2 PWM电路设计 6.3 仿真与验证 6.4 电路效能升级 第7章 键盘扫描电路设计实例 7.1 认识键盘组与扫描原理 7.2 防回跳设计 7.3 键盘扫描电路设计 7.4 仿真与验证 7.5 “放开后动作”的仿真与验证 第8章 七节显示器扫描电路设计实例 8.1 认识七节显示器模块 8.2 七节显示器扫描电路设计 8.3 仿真与验证 8.4 另类设计 第9章 LED驱动电路设计 9.1 设计新概念与NB3000 9.2 快速构建GBB LED控制电路 9.3 实现电路功能 9.4 外接LED与后记 0章 人机界面与Script 10.1 认识仪控面板 10.2 快速Script工程设计 10.3 实现电路功能 1章 霹雳灯电路 11.1 认识霹雳灯电路 11.2 构建霹雳灯电路 11.3 人机界面与信号配置 11.4 描述驱动信号 11.5 实现电路功能 2章 再谈霹雳灯电路 12.1 认识嵌入式系统与SOC 12.2 构建系统硬件 12.2.1 认识OpenBus编辑环境 12.2.2 OpenBus系统设计 12.2.3 系统电路设计 12.2.4 连接NB3000 12.3 构建系统软件

编辑推荐

文摘

序言

《芯片的艺术：从零到一的电子世界构建》 核心理念： 本书旨在为读者揭示电子世界的宏伟蓝图，探索构成现代科技基石的那些微小而强大的芯片。我们不关注特定的硬件实现技术，而是深入理解芯片在整个电子系统中所扮演的关键角色、其内部的逻辑运作原理、以及它们如何驱动我们日常所见的种种智能设备。这是一次关于“思考”的旅程，关于如何将抽象的概念转化为实际的功能，关于如何设计和构建那些赋予物质生命、使其能够处理信息、执行指令的“大脑”。 内容梗概： 第一部分：数字世界的基石——逻辑与计算的启蒙 导论：无处不在的芯片，无所不能的智能。 我们将从宏观视角出发，审视芯片在现代社会中的地位和影响。从智能手机到高性能服务器，从医疗设备到自动驾驶汽车，芯片是这一切的核心驱动力。本章将激发读者对电子世界的好奇心，引出芯片的复杂性及其背后的设计智慧。我们将探讨为何芯片如此重要，以及理解其工作原理将如何帮助我们更好地理解和利用科技。 第一章：比特的舞蹈——二进制与逻辑门。 数字电路是所有现代计算和控制系统的基础。本章将从最基础的“0”和“1”开始，介绍二进制数制及其在电子世界中的表示方式。我们将深入讲解构成一切复杂逻辑的基础——逻辑门（AND, OR, NOT, XOR等）。通过直观的图示和易懂的类比，读者将理解这些简单的门电路如何组合起来，实现判断、选择和运算等基本功能。我们将讲解真值表和布尔代数，展示逻辑关系的严谨性和数学美。 第二章：构建计算的积木——组合逻辑电路。 在掌握了基本逻辑门之后，本章将带领读者学习如何将它们组装成更复杂的组合逻辑电路。我们将介绍全加器、多路选择器（Multiplexer）、译码器（Decoder）等经典电路单元，并解释它们在数据选择、指令解码和算术运算中的作用。读者将理解如何通过逻辑设计，将输入信号映射到预期的输出，实现特定的计算功能，为后续更复杂的电路设计打下坚实基础。 第三章：记忆的奥秘——时序逻辑电路与状态机。 计算不仅仅是处理当下，还需要记住过去。本章将引入时序逻辑电路的概念，解释触发器（Flip-Flop）和寄存器（Register）如何存储信息。我们将深入讲解时钟信号的作用，以及它如何同步电路的运行。读者将学习到有限状态机（Finite State Machine, FSM）的设计方法，理解如何构建能够根据输入和当前状态，生成一系列有序输出的“控制器”，这是实现复杂指令执行和流程控制的关键。 第二部分：芯片的内部语言——数据流与控制流的交织 第四章：指令的传达——指令集架构（ISA）与微处理器核心。 本章将聚焦于微处理器（CPU）的核心概念。我们将介绍指令集架构（ISA）的概念，即CPU能够理解和执行的命令集合。读者将了解不同类型的指令（如数据传输、算术逻辑运算、分支跳转等）及其在程序执行中的作用。我们将概述CPU内部的基本组成部分，如程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、算术逻辑单元（ALU）和寄存器堆，以及它们如何协同工作以执行程序。 第五章：数据在流动——数据通路与流水线技术。 理解CPU的内部结构，关键在于理解数据如何在各个单元之间流动。本章将详细阐述数据通路的设计，即数据从内存读取、经过ALU处理、写回寄存器或内存的完整路径。我们将介绍流水线（Pipelining）技术，这是一种通过并行处理指令的不同阶段来提高CPU执行效率的核心技术，类比于流水线生产，让读者直观理解其加速原理。 第六章：控制的艺术——控制单元与微程序。 数据通路提供了执行计算的能力，而控制单元则决定了何时、如何执行。本章将深入探讨控制单元的设计，包括硬连线控制和微程序控制两种主要方式。读者将理解控制信号如何从控制单元发出，指挥数据通路中的各个部件协同工作，完成一条指令的执行。我们将探讨微程序设计，这是一种更加灵活和可扩展的控制机制。 第三部分：系统的整合与优化——从单元到整体的跃升 第七章：信息的高速公路——总线与接口设计。 芯片与芯片之间，芯片与外部设备之间，需要高效的通信。本章将重点介绍总线（Bus）的概念，包括数据总线、地址总线和控制总线，以及它们如何协同工作传输信息。我们将探讨不同类型的接口（Interface）设计，例如输入/输出（I/O）接口、存储器接口等，以及它们如何实现不同设备之间的兼容与通信。 第八章：协同的力量——片上系统（SoC）与互联。 现代芯片往往集成了多种功能单元，形成片上系统（System-on-Chip, SoC）。本章将介绍SoC的设计理念，以及如何将CPU、GPU、DSP、内存控制器、I/O接口等多个功能模块集成到一个芯片上。我们将探讨片上互联（On-Chip Interconnect）技术，如总线结构（如AMBA AXI）和网络在片（Network-on-Chip, NoC），它们是实现SoC内部高效通信的关键。 第九章：效率的追求——性能优化与功耗管理。 芯片的设计不仅仅是实现功能，更要追求极致的性能和最小的功耗。本章将探讨各种性能优化技术，如缓存（Cache）机制、指令集扩展、多核处理等。同时，我们将深入研究功耗管理技术，包括动态电压频率调整（DVFS）、时钟门控（Clock Gating）、低功耗模式等，解释如何在保证性能的同时，最大程度地降低能源消耗，这对于移动设备和大型数据中心都至关重要。 第四部分：智能的触角——特定应用领域的芯片设计理念 第十章：图形的魔术师——图形处理器（GPU）的并行计算。 本章将聚焦于图形处理器（GPU）的设计理念。我们将揭示GPU之所以能够处理海量图形数据，是因为其高度并行化的架构。读者将理解GPU如何将复杂的图形渲染任务分解成无数个小的、可并行执行的计算单元，以及其在游戏、科学计算和深度学习等领域的广泛应用。 第十一章：数据的管家——存储器与接口技术。 数据是数字世界的血液，而存储器则是数据的容器。本章将介绍不同类型的存储器技术，如SRAM、DRAM、Flash等，以及它们的特性和应用场景。我们将深入探讨存储器接口的设计，包括DDR（Double Data Rate）等标准，以及如何通过高效的接口设计，保证数据的快速读取和写入。 第十二章：感知的世界——传感器与专用处理芯片。 现代智能设备需要感知外部世界。本章将介绍各种传感器的工作原理，以及如何将传感器采集的模拟信号转换为数字信号进行处理。我们将探讨为特定传感器应用而设计的专用处理芯片，例如图像信号处理器（ISP）、音频处理器（DSP）等，以及它们如何为智能设备赋予感知能力。 结论：未来的想象——芯片的演进与展望。 结语：构建更智能的明天。 本书的最后，我们将回顾芯片设计的发展历程，并展望其未来的发展趋势，例如人工智能芯片、量子计算芯片、可穿戴设备芯片等。我们将强调，理解芯片的设计原理，是参与和塑造未来科技发展的关键。本书提供的是一种思维方式、一种解决问题的框架，而不是一套僵化的技术手册。通过学习，读者将能够以更深入的视角理解我们所处的数字世界，并激发他们在这个领域进行探索和创新的潜力。 适用读者： 本书适合所有对计算机硬件、电子系统、信息技术原理感兴趣的读者。无论您是计算机科学、电子工程专业的学生，还是希望深入了解科技背后原理的工程师、技术爱好者，亦或是对智能设备工作机制充满好奇心的普通读者，都能从本书中获得宝贵的知识和启发。本书的设计侧重于概念的理解和原理的阐述，而非具体的硬件实现细节，因此对读者在特定硬件平台上的经验要求不高，更强调逻辑思维和系统化思考能力的培养。

评分☆☆☆☆☆

当我拿起《FPGA设计》这本书时，我首先想到的是它是否能够为我解决一些在实际开发过程中遇到的痛点。我是一名有几年FPGA开发经验的工程师，虽然已经掌握了一些基础知识，但总感觉在某些方面不够深入，特别是对于一些高级的设计技巧和优化方法。我希望这本书能够提供一些“干货”，比如如何通过并行处理、流水线技术来提高FPGA的设计性能，以及如何对代码进行优化以减小资源占用。书中是否会介绍一些关于“ SoC FPGA”的设计理念和开发流程？现在的FPGA越来越倾向于集成ARM等处理器核，形成SoC结构，这使得FPGA的应用领域更加广泛。如果书中能对这类高度集成的FPGA平台进行深入讲解，包括其软硬件协同设计的方法，那对我来说将非常有价值。我特别期待看到书中关于“ FPGA在嵌入式系统中的应用”的章节，例如在通信、工业控制、消费电子等领域，通过实际项目案例来展示FPGA的强大能力，并给出一些设计上的建议和参考。

评分☆☆☆☆☆

《FPGA设计》这本书的整体风格比较严谨，学术气息浓厚，这对于想深入理解FPGA内在机制的读者来说应该是个不错的选择。我注意到书中用了很多公式和数学推导来阐述一些原理，这说明它不仅仅停留在表面描述，而是试图从根本上解释问题。我个人对FPGA的“时序分析”部分一直感到有些困惑，尤其是关于建立时间（setup time）和保持时间（hold time）的理解，以及如何通过代码和约束来满足这些时序要求。希望这本书能够提供更清晰的讲解，并辅以大量的图示和实例，帮助我真正理解时序分析的精髓，避免在实际项目中因为时序问题而反复调试。另外，我对书中关于“ FPGA的验证和测试”章节也颇为关注。一个完善的FPGA项目离不开严格的验证，不知道书中是否会介绍如何进行功能验证、性能验证，以及如何编写Testbench来模拟各种输入场景，确保设计的正确性。这对于提高设计质量和减少后期维护成本非常有价值。

评分☆☆☆☆☆

翻开《FPGA设计》这本书，我首先被书中大量精美的流程图和架构图所吸引。这些图示非常直观地展示了FPGA的工作原理和内部结构，让我这个初学者能够快速建立起对FPGA的宏观认识。书的语言风格也很流畅，虽然是技术类书籍，但读起来并没有那种枯燥乏味的感觉，而是娓娓道来，循序渐进。我尤其对其中关于“状态机设计”和“有限状态机（FSM）”的章节抱有极大的期待。我之前在学习数字逻辑时接触过一些状态机的概念，但总感觉不够深入，也缺乏实际应用中的经验。希望这本书能够提供更详细的理论讲解，并且通过具体的FPGA设计案例来展示如何有效地设计和实现复杂的状态机，解决实际工程中遇到的问题。另外，书中关于“IP核的使用和开发”的部分也引起了我的兴趣，现在很多FPGA项目都会直接调用现成的IP核来加速开发，不知道这本书会不会介绍一些常用的IP核，以及如何对它们进行配置和集成，这对于提升开发效率非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

终于下决心开始啃《FPGA设计》这本书了，拿到手的时候，还是挺沉甸甸的一本，厚度也让我觉得内容肯定相当扎实。书页的纸张触感不错，印刷清晰，这一点对于长时间阅读来说很重要，不会因为疲劳而影响学习效率。我个人对硬件设计一直很感兴趣，但接触FPGA还是头一遭，所以抱着学习基础知识和掌握核心技术的目的来翻阅。序言部分大概介绍了一下FPGA的演进历史和在现代电子产业中的地位，这让我对这本书的定位有了一个初步的认识，感觉它应该会比较系统地讲解FPGA的设计流程，从基础概念到高级应用，希望能涵盖到主流的FPGA芯片架构以及相关的开发工具链。我已经迫不及待地想深入了解Verilog/VHDL语言在FPGA设计中的应用了，书中会不会详细讲解语法、特性以及如何写出高效、可综合的代码呢？我特别关注书中关于时序约束、逻辑综合和布局布线这些关键环节的论述，因为我听说这些是FPGA设计中非常容易出错也是影响性能的关键。希望这本书能用清晰的图示和详实的例子来帮助我理解这些抽象的概念，而不是干巴巴的理论堆砌。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，《FPGA设计》这本书在我手中已经有一段时间了，我一直在尝试着去理解其中一些核心的理论概念。书的排版设计是我比较欣赏的一点，字体大小适中，行间距也恰到好处，长时间阅读不易产生视觉疲劳。我个人比较倾向于通过实际操作来学习技术，所以我在阅读理论章节的同时，也在积极地尝试书中提供的代码示例。我特别想知道，书中是否会深入讲解FPGA的低功耗设计技术？在很多嵌入式系统中，功耗是一个非常关键的指标，能够有效降低FPGA的功耗对于延长设备续航、减少散热需求都至关重要。如果书中能提供一些关于时钟门控、电源门控、以及优化算法来实现低功耗的实用技巧，那将是锦上添花。此外，我还对书中关于“ FPGA在信号处理领域的应用”这部分内容充满好奇，信号处理是FPGA的优势领域之一，我希望书中能够通过具体的案例，比如FFT、滤波器等，来展示FPGA如何在实时信号处理中发挥关键作用，以及如何优化算法和硬件实现以达到高性能。