EDA技术与VHDL(第2版)/高等学校电子科学与工程教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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潘松，黄继业 著

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302143574

商品编码：29729445778

包装：平装

出版时间：2007-01-01

基本信息

书名:EDA技术与VHDL(第2版)/高等学校电子科学与工程教材

定价：33.00元

售价：22.4元,便宜10.6元,折扣67

作者:潘松,黄继业

出版社：清华大学出版社

出版日期：2007-01-01

ISBN：9787302143574

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：

商品重量：0.622kg

编辑推荐

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内容提要

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本书系统地介绍了基于EDA技术和VHDL硬件描述语言，将VHDL的基础知识、编程技巧和实用方法与实际工程开发技术在先进的EDA设计平台——Quartus Ⅱ上很好地结合起来，使读者能通过本书的学习迅速地了解并掌握EDA技术的基本理论和工程开发实用技术，并为后续的深入学习和发展打下坚实的理论与实践基础。
依据高校课堂教学和实验操作的规律与要求，并以提高学生的实际工程设计能力为目的，全书内容作了恰当的编排，共分6个部分：EAD技术的概率；FPGA/CPLD器件的结构原理；VHDL实用技术；QuartusⅡ及IP核的详细使用方法；基于VHDL的16位CPU设计技术；基于MATLAB和DSP Builder平台的详细的EDA设计技术和大量实用系统设计标例。除个别章节外，各章都安排了相应的习题和针对性强的实验和设计示例，书中列举的VHDL示例，都经编译通过或经硬件测试。
本书主要面向高等院校本、专科EDA技术和VHDL语言基础课，推荐作为电子工程、通信、工业自动化、计算机应用技术、电子对抗、仪器仪表、数字信号或图像处理等学科专业与相关的实验指导课的授课教材或主要参考书，同时也可作为电子设计竞赛、FPGA开发应用的自学参考书。
对于授课教师还能获赠本书CAI教学课件与实验指导课件。

目录

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章 概述
1.1 电子设计自动化技术及其发展
1.2 电子设计自动化应用对象
1.3 VHDL
1.4 EAD的优势
1.5 面向FPGA的开流程
1.6 Quartus Ⅱ概述
1.7 IP核
1.8 EAD技术的发展趋势
第2章 PLD硬件特性与编程技术
2.1 PLD概述
2.2 低密度PLD可编程原理
2.3 CPLD的结构与可编程原理
2.4 FPGA的结构与工作原理
2.5 硬件测试技术
2.6 PFGA/CPLD产品概述
2.7 编程与配置
第3章 VHDL基础
3.1 VHDL基本语未能
3.2 时序电路描述
3.3 全加器的VHDL的描述
3.4 计数器设计
3.5 一般计数器的VHDL设计方法
3.6 数据对象
3.7 IF语句概述
3.8 进程语句归纳
3.9 并行赋值语句概述
3.10 双向和三态电路信号赋值
3.11 仿真延时
习题
第4章 Quartus Ⅱ使用方法
第5章 VHDL状态机
第6章 16位CLSC CPU设计
第7章 VHDL语句
第8章 VHDL结构
第9章 DSP Builder设计初步
0章 DSP Builder设计深入
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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电子系统设计中的关键技术与实践：从理论到实现的深度探索 本书旨在为电子科学与工程领域的学生、研究人员以及广大工程师提供一个全面而深入的电子系统设计技术学习平台。我们关注的重点在于如何将抽象的系统需求转化为可实现的硬件设计，并确保这些设计在性能、功能和可靠性方面达到最优。本书不局限于某一特定工具或语言，而是致力于传达核心的设计理念、方法论以及在实践中遇到的关键技术挑战和解决方案。 一、 现代电子系统设计概述与核心挑战 随着科技的飞速发展，电子系统日益复杂，对设计提出了更高的要求。从微小的嵌入式设备到庞大的数据中心，从消费类电子到尖端军事装备，电子系统的设计都面临着共同的挑战： 复杂度管理： 现代系统集成了数百万甚至数十亿个晶体管，如何有效地管理如此高的复杂度，保证设计的可维护性和可验证性是核心问题。 性能要求： 随着应用场景的多样化，对系统的速度、功耗、实时性等方面提出了越来越高的要求，设计者需要在这些指标之间进行权衡。 功耗与散热： 尤其是在移动设备和高性能计算领域，功耗和散热问题已成为设计的瓶颈，高效的功耗管理策略和散热设计至关重要。 可制造性与良率： 设计必须考虑实际的制造工艺限制，确保设计的可制造性，并最大限度地提高产品的良率。 验证与测试： 复杂的设计意味着庞大的验证工作量。如何高效、准确地进行功能验证、性能验证和形式验证，是确保产品质量的关键。 开发周期与成本： 在激烈的市场竞争中，缩短开发周期、降低设计成本是企业生存和发展的关键。 本书将从宏观角度出发，剖析这些挑战，并引导读者理解不同设计方法和工具在应对这些挑战中的作用。我们强调，理解底层原理和核心概念，比单纯掌握某个工具的使用更为重要。 二、 数字系统设计的基石：抽象层次与建模 现代电子系统设计是一个多层次的抽象过程。本书将深入探讨不同抽象层次的设计方法，以及在各个层次进行建模和仿真所需的关键技术。 系统级设计： 在最高层次，关注系统的整体功能、架构、性能指标以及与其他系统的接口。在这个阶段，我们会介绍如何使用高级描述语言、建模工具（如MATLAB/Simulink）来描述和仿真系统的行为，进行算法研究和架构评估。这有助于在早期发现潜在的设计缺陷，避免在后续阶段付出高昂的修改成本。 寄存器传输级（RTL）设计： 这是数字逻辑设计中最常见的抽象层次。我们将详细讲解如何使用硬件描述语言（HDL）来描述数字电路的结构和行为，如何进行时序逻辑和组合逻辑的设计，如何处理数据流和控制流。强调清晰、模块化的代码风格，以及如何写出易于理解和综合的代码。 门级设计： 在RTL设计被逻辑综合工具转换后，得到门级网表。虽然大多数设计者不直接进行门级设计，但理解门级网表对于理解综合过程、优化性能和功耗至关重要。我们将介绍门级网表的基本结构，以及它与RTL代码的关系。 晶体管级设计： 对于某些高性能或低功耗的设计，可能需要深入到晶体管级别进行优化。虽然本书不侧重于模拟电路设计，但会介绍数字电路中的晶体管模型，以及在CMOS工艺中基本的逻辑门实现。 三、 硬件描述语言（HDL）的深入应用 硬件描述语言是实现数字系统设计的核心工具。本书将聚焦于讲解如何高效、正确地使用HDL进行设计。 HDL的基本语法与语义： 详细介绍HDL中用于描述结构、行为、时序、并行性的关键语法结构。 模块化设计与层次化结构： 强调如何将大型设计分解为可管理的模块，并通过实例化和接口连接来实现层次化设计。这不仅有利于代码的可读性和可维护性，也是大型项目协作的基础。 数据类型与运算： 深入讲解HDL中的各种数据类型，以及在设计中如何使用算术、逻辑、位操作等运算。 状态机设计： 状态机是实现控制逻辑的常用模型。我们将详细讲解有限状态机（FSM）的设计方法，包括Mealy型和Moore型状态机的区分，状态编码的选择，以及如何用HDL实现。 并发与同步： HDL支持对硬件并行特性的描述。本书将深入探讨如何正确使用并发语句，以及如何通过时钟信号、同步机制（如触发器、锁存器）来实现数据在时间上的同步。 生成语句与宏： 介绍HDL中强大的生成语句和宏定义功能，它们可以极大地提高代码的复用性和灵活性，尤其在处理参数化设计时。 综合与仿真： 详细讲解HDL代码如何被综合工具转化为门级网表，以及仿真工具如何验证设计的正确性。我们将介绍不同仿真模式（如行为级仿真、定时仿真）的特点和应用。 四、 高性能与低功耗设计策略 在当今对性能和能效要求极高的电子产品领域，掌握高性能和低功耗的设计策略至关重要。 时序分析与优化： 深入理解时序约束（setup time, hold time）、时钟域交叉、时钟树综合等概念，以及如何通过代码优化、综合约束来改善时序。 流水线技术： 介绍流水线（pipeline）如何通过将一个计算过程分解为多个阶段，并行处理不同阶段的数据，从而提高吞吐量。我们将探讨流水线的设计原理、阶段划分、气泡（bubble）处理等。 并行处理技术： 除了流水线，还会介绍其他并行处理技术，如多核处理、SIMD（Single Instruction, Multiple Data）等，以及如何在硬件层面实现这些技术。 低功耗设计技术： 时钟门控（Clock Gating）： 通过选择性地禁用不工作的模块的时钟信号，来减少动态功耗。 功率门控（Power Gating）： 通过关闭不工作模块的电源，来大幅度降低漏电功耗。 动态电压与频率调整（DVFS）： 根据系统负载动态调整工作电压和频率，以达到功耗和性能的平衡。 数据编码与压缩： 在数据传输和存储过程中采用更有效的数据编码和压缩技术，减少开关活动，降低功耗。 并行与串行数据传输的功耗分析： 探讨在不同场景下，并行和串行数据传输的功耗优劣。 五、 高可靠性与鲁棒性设计 电子系统在各种环境下运行，需要具备高度的可靠性和鲁棒性，以应对各种潜在的故障和干扰。 错误检测与纠正（EDAC）： 介绍奇偶校验、海明码、Reed-Solomon码等在存储器和通信链路中的应用，以及如何在硬件中实现这些纠错机制。 冗余设计： 讨论双机热备、三模冗余（TMR）等冗余技术，以提高系统的容错能力。 抗干扰设计（EMI/EMC）： 简要介绍电磁干扰（EMI）和电磁兼容（EMC）的基本概念，以及在PCB布局、信号完整性方面需要注意的设计原则，以确保系统不受外界电磁干扰的影响，同时不干扰其他设备。 电源完整性（PI）： 讨论电源噪声和电压跌落对数字电路稳定性的影响，以及通过电源退耦、滤波等技术来保证电源的稳定性。 六、 验证与测试的挑战与方法 验证是电子系统设计中耗时最长、成本最高但又至关重要的一环。 功能验证： 测试平台（Testbench）设计： 介绍如何使用HDL编写测试平台，生成激励信号，驱动被测模块（DUT），并检查输出结果。 验证方法学： 介绍面向验证的设计（OVM）、UVM（Universal Verification Methodology）等高级验证方法学，它们能够提高验证的效率和覆盖率。 约束随机激励： 讲解如何使用约束随机激励来探索设计状态空间，发现隐藏的Bug。 断言（Assertion）： 介绍在设计中嵌入断言，实时检查设计行为是否符合预期。 形式验证： 等价性检查（Equivalence Checking）： 验证综合后的门级网表与RTL代码的功能是否等价。 模型检测（Model Checking）： 自动验证设计是否满足一系列属性。 可测性设计（DFT）： 扫描链（Scan Chain）： 介绍如何将寄存器连接成链，方便内部状态的访问和测试。 边界扫描（Boundary Scan）： 介绍IEEE 1149.1标准，用于片外测试和板级测试。 实际测试： 介绍芯片制造完成后，如何通过ATE（Automatic Test Equipment）进行最终的片上功能测试和性能测试。 七、 现代电子设计流程与工具链 理解现代电子设计流程以及贯穿其中的关键工具是实践的重要一环。 EDA（Electronic Design Automation）工具： 介绍主流EDA厂商提供的各类工具，如： 逻辑综合工具（Logic Synthesis）： 将RTL代码转换为门级网表。 布局布线工具（Place and Route）： 将门级网表映射到目标FPGA或ASIC库，并进行物理布局和互连。 静态时序分析工具（Static Timing Analysis, STA）： 独立于仿真，快速分析时序裕量。 功耗分析工具（Power Analysis Tools）： 预测和分析设计的功耗。 验证工具（Verification Tools）： 仿真器、形式验证工具、代码覆盖率工具等。 FPGA与ASIC设计流程对比： 详细介绍FPGA和ASIC设计的流程差异，以及各自的优缺点和适用场景。 IP核（Intellectual Property Cores）的使用： 介绍IP核的概念，以及如何有效地集成和使用第三方IP核来加速设计。 八、 实际应用案例与前沿趋势 为了让理论与实践更好地结合，本书会穿插一些实际的应用案例，例如： 高速通信接口设计： 如PCIe、USB、Ethernet等。 嵌入式系统处理器核心设计： 如RISC-V架构的简单处理器。 数字信号处理（DSP）单元设计： 如滤波器、FFT等。 机器学习硬件加速器设计（简要介绍）： 探讨专门为AI计算设计的硬件架构。 同时，本书还将展望电子系统设计领域的前沿趋势，例如： 异构计算与片上系统（SoC）： 集成不同类型的处理单元（CPU、GPU、DSP、AI加速器）到同一芯片上。 低功耗和物联网（IoT）设备设计： 针对资源受限和功耗敏感的应用。 人工智能与自动化设计： 探讨AI在设计流程优化、Bug预测、验证自动化等方面的应用。 新材料与新工艺： 简要提及碳纳米管、量子计算等可能对未来电子设计产生影响的新技术。 本书力求提供一个清晰、系统、深入的学习路径，帮助读者建立扎实的电子系统设计理论基础，并掌握解决实际工程问题的能力。我们鼓励读者在学习过程中，积极动手实践，通过模拟和实际项目来巩固所学知识，不断提升自己的设计水平。

评分☆☆☆☆☆

第四段评价： 这本书的案例选取得非常保守且过时，完全没有体现出近十年电子设计领域的技术迭代。所展示的FPGA设计流程和IP核的集成方式，停留在上一个世代的工具链标准上，对于当前主流的Xilinx Vivado或Intel Quartus Prime的现代架构和高层次综合（HLS）方法论几乎只字未提。当我们实际进入实验室环境，准备将书中学到的理论应用于最新的硬件平台时，发现书中的许多寄存器配置和管线设计思路已经不再是最高效的实现方式。这种滞后的知识传授，使得我们不得不花费额外的精力去“翻译”旧的范式，使其适应当前的工程实践，这在追求效率的现代电子工程教育中是不可接受的。

评分☆☆☆☆☆

第五段评价： 作者在论述仿真和验证方法时，明显偏向于使用某种特定、且如今已不再流行的仿真工具集。每当书中介绍如何设置测试平台（Testbench）时，其描述的激励源生成和波形观察接口都显得异常繁琐和过时，充满了冗余的命令行操作。与当前行业普遍采用的基于面向对象的高级验证方法（如UVM在软件层面测试环境中的应用趋势）相比，这本书中介绍的验证方法显得单薄且缺乏模块化思想。阅读体验如同在学习一门已经被淘汰的古老编程语言的语法，虽然能理解基本逻辑，但完全无法体会现代工程实践中的效率和抽象层次的优势。它给人一种强烈的错觉：仿佛时间在本书的印刷那一刻就被凝固了，与飞速发展的电子工程世界脱节了。

评分☆☆☆☆☆

第二段评价： 我花了大量时间试图跟上作者在逻辑推导上的跳跃性思维，但不得不说，这种教学方式对于初学者来说简直是一场折磨。很多核心概念的引入过程缺乏必要的铺垫和直观的比喻，直接就抛出了高度抽象的数学模型和复杂的硬件描述语言（HDL）语句块。例如，在解释锁相环（PLL）的工作原理时，作者似乎默认读者已经具备了深厚的模拟电路基础，对反馈机制和误差信号的理解如同喝水般自然。结果，我不得不频繁地中止阅读，转向其他更基础的在线资源去填补知识空白，这完全违背了我购买一本系统教材的初衷。这种“高手带徒弟”式的写作风格，虽然可能让资深工程师感到亲切，但对于正处于学习曲线爬坡阶段的学生群体，无疑设置了过高的理解门槛，严重影响了知识的有效吸收。

评分☆☆☆☆☆

第一段评价： 这本书的排版设计简直是灾难性的，铜版纸的质感也远远达不到预期，拿到手里感觉像是廉价的印刷品。内页的字迹模糊不清，特别是那些复杂的电路图和波形图，细节几乎无法辨认。我尝试用放大镜去观察那些关键的信号时序，结果发现线条已经出现了断续和重影，这对于需要精确对照参考的学习者来说简直是致命的缺陷。更让人抓狂的是，页码的标注逻辑混乱，有时会突然跳页，或者前后章节的衔接生硬得像是被人粗暴地粘合起来的。翻阅过程中，书页还时不时地发出令人不悦的纸张摩擦声，完全破坏了阅读的沉浸感。如果说这是针对“高等学校”的教材，其制作工艺标准实在令人费解，对于耗费大价钱购入的专业书籍而言，这样的硬件体验让人极其失望，甚至让人怀疑其内容质量是否能与之匹配。

评分☆☆☆☆☆

第三段评价： 从内容的前后一致性来看，这本书暴露出了明显的编校疏忽。我注意到在讨论某特定组合逻辑电路的优化技巧时，作者前后引用了两个相互矛盾的约束条件，这直接导致了后续几页推导出的最终逻辑表达式在功能上存在根本性的差异。更令人啼笑皆非的是，书后附带的勘误表（如果存在的话，但这本书里似乎并没有一个完整的勘误列表）远远跟不上实际发现的错误数量。我甚至发现，某些关键的VHDL代码示例中存在语法上的硬伤，这些错误即便通过简单的仿真也无法通过。这种低级的错误在专业教材中是绝对不应该出现的，它不仅浪费了我们宝贵的时间去调试和验证这些明显有问题的代码，更重要的是，它严重削弱了读者对整本书权威性和可靠性的信任感。