EDA技術與VHDL(第2版)/高等學校電子科學與工程教材 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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潘鬆，黃繼業 著

圖書標籤:

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• Verilog HDL
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• 集成電路設計
• 電子工程
• 教材
• 高等教育
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齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302143574

商品編碼：29729445778

包裝：平裝

齣版時間：2007-01-01

基本信息

書名:EDA技術與VHDL(第2版)/高等學校電子科學與工程教材

定價：33.00元

售價：22.4元,便宜10.6元,摺扣67

作者:潘鬆,黃繼業

齣版社：清華大學齣版社

齣版日期：2007-01-01

ISBN：9787302143574

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版次：1

裝幀：平裝

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商品重量：0.622kg

編輯推薦

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內容提要

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本書係統地介紹瞭基於EDA技術和VHDL硬件描述語言，將VHDL的基礎知識、編程技巧和實用方法與實際工程開發技術在先進的EDA設計平颱——Quartus Ⅱ上很好地結閤起來，使讀者能通過本書的學習迅速地瞭解並掌握EDA技術的基本理論和工程開發實用技術，並為後續的深入學習和發展打下堅實的理論與實踐基礎。
依據高校課堂教學和實驗操作的規律與要求，並以提高學生的實際工程設計能力為目的，全書內容作瞭恰當的編排，共分6個部分：EAD技術的概率；FPGA/CPLD器件的結構原理；VHDL實用技術；QuartusⅡ及IP核的詳細使用方法；基於VHDL的16位CPU設計技術；基於MATLAB和DSP Builder平颱的詳細的EDA設計技術和大量實用係統設計標例。除個彆章節外，各章都安排瞭相應的習題和針對性強的實驗和設計示例，書中列舉的VHDL示例，都經編譯通過或經硬件測試。
本書主要麵嚮高等院校本、專科EDA技術和VHDL語言基礎課，推薦作為電子工程、通信、工業自動化、計算機應用技術、電子對抗、儀器儀錶、數字信號或圖像處理等學科專業與相關的實驗指導課的授課教材或主要參考書，同時也可作為電子設計競賽、FPGA開發應用的自學參考書。
對於授課教師還能獲贈本書CAI教學課件與實驗指導課件。

目錄

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章 概述
1.1 電子設計自動化技術及其發展
1.2 電子設計自動化應用對象
1.3 VHDL
1.4 EAD的優勢
1.5 麵嚮FPGA的開流程
1.6 Quartus Ⅱ概述
1.7 IP核
1.8 EAD技術的發展趨勢
第2章 PLD硬件特性與編程技術
2.1 PLD概述
2.2 低密度PLD可編程原理
2.3 CPLD的結構與可編程原理
2.4 FPGA的結構與工作原理
2.5 硬件測試技術
2.6 PFGA/CPLD産品概述
2.7 編程與配置
第3章 VHDL基礎
3.1 VHDL基本語未能
3.2 時序電路描述
3.3 全加器的VHDL的描述
3.4 計數器設計
3.5 一般計數器的VHDL設計方法
3.6 數據對象
3.7 IF語句概述
3.8 進程語句歸納
3.9 並行賦值語句概述
3.10 雙嚮和三態電路信號賦值
3.11 仿真延時
習題
第4章 Quartus Ⅱ使用方法
第5章 VHDL狀態機
第6章 16位CLSC CPU設計
第7章 VHDL語句
第8章 VHDL結構
第9章 DSP Builder設計初步
0章 DSP Builder設計深入
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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電子係統設計中的關鍵技術與實踐：從理論到實現的深度探索 本書旨在為電子科學與工程領域的學生、研究人員以及廣大工程師提供一個全麵而深入的電子係統設計技術學習平颱。我們關注的重點在於如何將抽象的係統需求轉化為可實現的硬件設計，並確保這些設計在性能、功能和可靠性方麵達到最優。本書不局限於某一特定工具或語言，而是緻力於傳達核心的設計理念、方法論以及在實踐中遇到的關鍵技術挑戰和解決方案。 一、 現代電子係統設計概述與核心挑戰 隨著科技的飛速發展，電子係統日益復雜，對設計提齣瞭更高的要求。從微小的嵌入式設備到龐大的數據中心，從消費類電子到尖端軍事裝備，電子係統的設計都麵臨著共同的挑戰： 復雜度管理： 現代係統集成瞭數百萬甚至數十億個晶體管，如何有效地管理如此高的復雜度，保證設計的可維護性和可驗證性是核心問題。 性能要求： 隨著應用場景的多樣化，對係統的速度、功耗、實時性等方麵提齣瞭越來越高的要求，設計者需要在這些指標之間進行權衡。 功耗與散熱： 尤其是在移動設備和高性能計算領域，功耗和散熱問題已成為設計的瓶頸，高效的功耗管理策略和散熱設計至關重要。 可製造性與良率： 設計必須考慮實際的製造工藝限製，確保設計的可製造性，並最大限度地提高産品的良率。 驗證與測試： 復雜的設計意味著龐大的驗證工作量。如何高效、準確地進行功能驗證、性能驗證和形式驗證，是確保産品質量的關鍵。 開發周期與成本： 在激烈的市場競爭中，縮短開發周期、降低設計成本是企業生存和發展的關鍵。 本書將從宏觀角度齣發，剖析這些挑戰，並引導讀者理解不同設計方法和工具在應對這些挑戰中的作用。我們強調，理解底層原理和核心概念，比單純掌握某個工具的使用更為重要。 二、 數字係統設計的基石：抽象層次與建模 現代電子係統設計是一個多層次的抽象過程。本書將深入探討不同抽象層次的設計方法，以及在各個層次進行建模和仿真所需的關鍵技術。 係統級設計： 在最高層次，關注係統的整體功能、架構、性能指標以及與其他係統的接口。在這個階段，我們會介紹如何使用高級描述語言、建模工具（如MATLAB/Simulink）來描述和仿真係統的行為，進行算法研究和架構評估。這有助於在早期發現潛在的設計缺陷，避免在後續階段付齣高昂的修改成本。 寄存器傳輸級（RTL）設計： 這是數字邏輯設計中最常見的抽象層次。我們將詳細講解如何使用硬件描述語言（HDL）來描述數字電路的結構和行為，如何進行時序邏輯和組閤邏輯的設計，如何處理數據流和控製流。強調清晰、模塊化的代碼風格，以及如何寫齣易於理解和綜閤的代碼。 門級設計： 在RTL設計被邏輯綜閤工具轉換後，得到門級網錶。雖然大多數設計者不直接進行門級設計，但理解門級網錶對於理解綜閤過程、優化性能和功耗至關重要。我們將介紹門級網錶的基本結構，以及它與RTL代碼的關係。 晶體管級設計： 對於某些高性能或低功耗的設計，可能需要深入到晶體管級彆進行優化。雖然本書不側重於模擬電路設計，但會介紹數字電路中的晶體管模型，以及在CMOS工藝中基本的邏輯門實現。 三、 硬件描述語言（HDL）的深入應用 硬件描述語言是實現數字係統設計的核心工具。本書將聚焦於講解如何高效、正確地使用HDL進行設計。 HDL的基本語法與語義： 詳細介紹HDL中用於描述結構、行為、時序、並行性的關鍵語法結構。 模塊化設計與層次化結構： 強調如何將大型設計分解為可管理的模塊，並通過實例化和接口連接來實現層次化設計。這不僅有利於代碼的可讀性和可維護性，也是大型項目協作的基礎。 數據類型與運算： 深入講解HDL中的各種數據類型，以及在設計中如何使用算術、邏輯、位操作等運算。 狀態機設計： 狀態機是實現控製邏輯的常用模型。我們將詳細講解有限狀態機（FSM）的設計方法，包括Mealy型和Moore型狀態機的區分，狀態編碼的選擇，以及如何用HDL實現。 並發與同步： HDL支持對硬件並行特性的描述。本書將深入探討如何正確使用並發語句，以及如何通過時鍾信號、同步機製（如觸發器、鎖存器）來實現數據在時間上的同步。 生成語句與宏： 介紹HDL中強大的生成語句和宏定義功能，它們可以極大地提高代碼的復用性和靈活性，尤其在處理參數化設計時。 綜閤與仿真： 詳細講解HDL代碼如何被綜閤工具轉化為門級網錶，以及仿真工具如何驗證設計的正確性。我們將介紹不同仿真模式（如行為級仿真、定時仿真）的特點和應用。 四、 高性能與低功耗設計策略 在當今對性能和能效要求極高的電子産品領域，掌握高性能和低功耗的設計策略至關重要。 時序分析與優化： 深入理解時序約束（setup time, hold time）、時鍾域交叉、時鍾樹綜閤等概念，以及如何通過代碼優化、綜閤約束來改善時序。 流水綫技術： 介紹流水綫（pipeline）如何通過將一個計算過程分解為多個階段，並行處理不同階段的數據，從而提高吞吐量。我們將探討流水綫的設計原理、階段劃分、氣泡（bubble）處理等。 並行處理技術： 除瞭流水綫，還會介紹其他並行處理技術，如多核處理、SIMD（Single Instruction, Multiple Data）等，以及如何在硬件層麵實現這些技術。 低功耗設計技術： 時鍾門控（Clock Gating）： 通過選擇性地禁用不工作的模塊的時鍾信號，來減少動態功耗。 功率門控（Power Gating）： 通過關閉不工作模塊的電源，來大幅度降低漏電功耗。 動態電壓與頻率調整（DVFS）： 根據係統負載動態調整工作電壓和頻率，以達到功耗和性能的平衡。 數據編碼與壓縮： 在數據傳輸和存儲過程中采用更有效的數據編碼和壓縮技術，減少開關活動，降低功耗。 並行與串行數據傳輸的功耗分析： 探討在不同場景下，並行和串行數據傳輸的功耗優劣。 五、 高可靠性與魯棒性設計 電子係統在各種環境下運行，需要具備高度的可靠性和魯棒性，以應對各種潛在的故障和乾擾。 錯誤檢測與糾正（EDAC）： 介紹奇偶校驗、海明碼、Reed-Solomon碼等在存儲器和通信鏈路中的應用，以及如何在硬件中實現這些糾錯機製。 冗餘設計： 討論雙機熱備、三模冗餘（TMR）等冗餘技術，以提高係統的容錯能力。 抗乾擾設計（EMI/EMC）： 簡要介紹電磁乾擾（EMI）和電磁兼容（EMC）的基本概念，以及在PCB布局、信號完整性方麵需要注意的設計原則，以確保係統不受外界電磁乾擾的影響，同時不乾擾其他設備。 電源完整性（PI）： 討論電源噪聲和電壓跌落對數字電路穩定性的影響，以及通過電源退耦、濾波等技術來保證電源的穩定性。 六、 驗證與測試的挑戰與方法 驗證是電子係統設計中耗時最長、成本最高但又至關重要的一環。 功能驗證： 測試平颱（Testbench）設計： 介紹如何使用HDL編寫測試平颱，生成激勵信號，驅動被測模塊（DUT），並檢查輸齣結果。 驗證方法學： 介紹麵嚮驗證的設計（OVM）、UVM（Universal Verification Methodology）等高級驗證方法學，它們能夠提高驗證的效率和覆蓋率。 約束隨機激勵： 講解如何使用約束隨機激勵來探索設計狀態空間，發現隱藏的Bug。 斷言（Assertion）： 介紹在設計中嵌入斷言，實時檢查設計行為是否符閤預期。 形式驗證： 等價性檢查（Equivalence Checking）： 驗證綜閤後的門級網錶與RTL代碼的功能是否等價。 模型檢測（Model Checking）： 自動驗證設計是否滿足一係列屬性。 可測性設計（DFT）： 掃描鏈（Scan Chain）： 介紹如何將寄存器連接成鏈，方便內部狀態的訪問和測試。 邊界掃描（Boundary Scan）： 介紹IEEE 1149.1標準，用於片外測試和闆級測試。 實際測試： 介紹芯片製造完成後，如何通過ATE（Automatic Test Equipment）進行最終的片上功能測試和性能測試。 七、 現代電子設計流程與工具鏈 理解現代電子設計流程以及貫穿其中的關鍵工具是實踐的重要一環。 EDA（Electronic Design Automation）工具： 介紹主流EDA廠商提供的各類工具，如： 邏輯綜閤工具（Logic Synthesis）： 將RTL代碼轉換為門級網錶。 布局布綫工具（Place and Route）： 將門級網錶映射到目標FPGA或ASIC庫，並進行物理布局和互連。 靜態時序分析工具（Static Timing Analysis, STA）： 獨立於仿真，快速分析時序裕量。 功耗分析工具（Power Analysis Tools）： 預測和分析設計的功耗。 驗證工具（Verification Tools）： 仿真器、形式驗證工具、代碼覆蓋率工具等。 FPGA與ASIC設計流程對比： 詳細介紹FPGA和ASIC設計的流程差異，以及各自的優缺點和適用場景。 IP核（Intellectual Property Cores）的使用： 介紹IP核的概念，以及如何有效地集成和使用第三方IP核來加速設計。 八、 實際應用案例與前沿趨勢 為瞭讓理論與實踐更好地結閤，本書會穿插一些實際的應用案例，例如： 高速通信接口設計： 如PCIe、USB、Ethernet等。 嵌入式係統處理器核心設計： 如RISC-V架構的簡單處理器。 數字信號處理（DSP）單元設計： 如濾波器、FFT等。 機器學習硬件加速器設計（簡要介紹）： 探討專門為AI計算設計的硬件架構。 同時，本書還將展望電子係統設計領域的前沿趨勢，例如： 異構計算與片上係統（SoC）： 集成不同類型的處理單元（CPU、GPU、DSP、AI加速器）到同一芯片上。 低功耗和物聯網（IoT）設備設計： 針對資源受限和功耗敏感的應用。 人工智能與自動化設計： 探討AI在設計流程優化、Bug預測、驗證自動化等方麵的應用。 新材料與新工藝： 簡要提及碳納米管、量子計算等可能對未來電子設計産生影響的新技術。 本書力求提供一個清晰、係統、深入的學習路徑，幫助讀者建立紮實的電子係統設計理論基礎，並掌握解決實際工程問題的能力。我們鼓勵讀者在學習過程中，積極動手實踐，通過模擬和實際項目來鞏固所學知識，不斷提升自己的設計水平。

評分☆☆☆☆☆

第五段評價： 作者在論述仿真和驗證方法時，明顯偏嚮於使用某種特定、且如今已不再流行的仿真工具集。每當書中介紹如何設置測試平颱（Testbench）時，其描述的激勵源生成和波形觀察接口都顯得異常繁瑣和過時，充滿瞭冗餘的命令行操作。與當前行業普遍采用的基於麵嚮對象的高級驗證方法（如UVM在軟件層麵測試環境中的應用趨勢）相比，這本書中介紹的驗證方法顯得單薄且缺乏模塊化思想。閱讀體驗如同在學習一門已經被淘汰的古老編程語言的語法，雖然能理解基本邏輯，但完全無法體會現代工程實踐中的效率和抽象層次的優勢。它給人一種強烈的錯覺：仿佛時間在本書的印刷那一刻就被凝固瞭，與飛速發展的電子工程世界脫節瞭。

評分☆☆☆☆☆

第四段評價： 這本書的案例選取得非常保守且過時，完全沒有體現齣近十年電子設計領域的技術迭代。所展示的FPGA設計流程和IP核的集成方式，停留在上一個世代的工具鏈標準上，對於當前主流的Xilinx Vivado或Intel Quartus Prime的現代架構和高層次綜閤（HLS）方法論幾乎隻字未提。當我們實際進入實驗室環境，準備將書中學到的理論應用於最新的硬件平颱時，發現書中的許多寄存器配置和管綫設計思路已經不再是最高效的實現方式。這種滯後的知識傳授，使得我們不得不花費額外的精力去“翻譯”舊的範式，使其適應當前的工程實踐，這在追求效率的現代電子工程教育中是不可接受的。

評分☆☆☆☆☆

第二段評價： 我花瞭大量時間試圖跟上作者在邏輯推導上的跳躍性思維，但不得不說，這種教學方式對於初學者來說簡直是一場摺磨。很多核心概念的引入過程缺乏必要的鋪墊和直觀的比喻，直接就拋齣瞭高度抽象的數學模型和復雜的硬件描述語言（HDL）語句塊。例如，在解釋鎖相環（PLL）的工作原理時，作者似乎默認讀者已經具備瞭深厚的模擬電路基礎，對反饋機製和誤差信號的理解如同喝水般自然。結果，我不得不頻繁地中止閱讀，轉嚮其他更基礎的在綫資源去填補知識空白，這完全違背瞭我購買一本係統教材的初衷。這種“高手帶徒弟”式的寫作風格，雖然可能讓資深工程師感到親切，但對於正處於學習麯綫爬坡階段的學生群體，無疑設置瞭過高的理解門檻，嚴重影響瞭知識的有效吸收。

評分☆☆☆☆☆

第三段評價： 從內容的前後一緻性來看，這本書暴露齣瞭明顯的編校疏忽。我注意到在討論某特定組閤邏輯電路的優化技巧時，作者前後引用瞭兩個相互矛盾的約束條件，這直接導緻瞭後續幾頁推導齣的最終邏輯錶達式在功能上存在根本性的差異。更令人啼笑皆非的是，書後附帶的勘誤錶（如果存在的話，但這本書裏似乎並沒有一個完整的勘誤列錶）遠遠跟不上實際發現的錯誤數量。我甚至發現，某些關鍵的VHDL代碼示例中存在語法上的硬傷，這些錯誤即便通過簡單的仿真也無法通過。這種低級的錯誤在專業教材中是絕對不應該齣現的，它不僅浪費瞭我們寶貴的時間去調試和驗證這些明顯有問題的代碼，更重要的是，它嚴重削弱瞭讀者對整本書權威性和可靠性的信任感。

評分☆☆☆☆☆

第一段評價： 這本書的排版設計簡直是災難性的，銅版紙的質感也遠遠達不到預期，拿到手裏感覺像是廉價的印刷品。內頁的字跡模糊不清，特彆是那些復雜的電路圖和波形圖，細節幾乎無法辨認。我嘗試用放大鏡去觀察那些關鍵的信號時序，結果發現綫條已經齣現瞭斷續和重影，這對於需要精確對照參考的學習者來說簡直是緻命的缺陷。更讓人抓狂的是，頁碼的標注邏輯混亂，有時會突然跳頁，或者前後章節的銜接生硬得像是被人粗暴地粘閤起來的。翻閱過程中，書頁還時不時地發齣令人不悅的紙張摩擦聲，完全破壞瞭閱讀的沉浸感。如果說這是針對“高等學校”的教材，其製作工藝標準實在令人費解，對於耗費大價錢購入的專業書籍而言，這樣的硬件體驗讓人極其失望，甚至讓人懷疑其內容質量是否能與之匹配。