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王金明 著

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• FPGA
• 数字电路
• 可编程逻辑器件
• 硬件描述语言
• 电子工程
• 计算机硬件
• 第三版
• 教材

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121079900

商品编码：29741897062

包装：平装

出版时间：2009-01-01

基本信息

书名：数字系统设计与Verilog HDL(第3版)

定价：39.80元

作者：王金明

出版社：电子工业出版社

出版日期：2009-01-01

ISBN：9787121079900

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.459kg

编辑推荐

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内容提要

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本书系统介绍了数字系统设计相关的知识，主要内容包括：EDA技术、FPGA／CPLD器件、Vefilog硬件描述语言等。本书以Quartus II、Synplify Pro／Synplify软件为平台，以Verilog-1995和Verilog-2001为语言标准，以可综合的设计为重点，以大量经过验证的数字设计实例为依据，系统阐述了数字系统设计的方法与技术，对设计优化做了探讨。
本书的特点是：着眼于实用，紧密联系教学实际，实例丰富。全书深入浅出，概念清晰，语言流畅。可作为电子、通信、信息、测控、电路与系统等专业高年级本科生和研究生的教学用书，也可供从事电路设计和系统开发的工程技术人员阅读参考。

目录

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章 EDA技术与数字系统设计
1.1 EDA技术及其发展
1.2 数字系统设计技术
1.2.1 Top—down设计
1.2.2 Bottom—up设计
1.2.3 IP复用技术与SoC
1.3 数字系统设计的流程
1.3.1 输入
1..2 综合
1.3.3 适配
1.3.4 仿真
1.3.5 编程
1.4 常用的EDA软件工具
1.5 EDA技术的发展趋势
习题
第2章 FPGA／CPLD器件
2.1 PLD的分类
2.1.1 按集成度分类
2.1.2 按编程特点分类
2.1.3 按结构特点分类
2.2 PLD的基本原理与结构
2.2.1 PLD器件的基本结构
2.2.2 PLD电路的表示方法
2.3 低密度PLD的原理与结构
2.4 CPLD的原理与结构
2.4.1 宏单元结构
2.4.2 典型CPLD的结构
2.5 FPGA的原理与结构
2.5.1 查找表结构
2.5.2 典型FPGA的结构
2.5.3 FPGA结构的发展
2.6 FPGA／CPLD的编程元件
2.6.1 熔丝型开关
2.6.2 反熔丝
2.6.3 浮栅编程元件
2.6.4 SRAM编程元件
2.7 边界扫描测试技术
2.8 FPGA/CPLD的编程与配置
2.8.1在系统编程
2.8.2 CPLD器件的编程
2.8.3 FPGA器件的配置
2.9 FPGA／CPLD器件概述
2.10 PLD的发展趋势
习题
第3章 Quartus|1集成开发工具
3.1 Quartus Il原理图设计
3.1.1 半加器原理图输入
3.1.2 半加器设计与仿真
3.1.3 全加器设计与仿真
3.2 Quartus Il的优化设置
3.2.1 Settings设置
3.2.2 分析与综合设置
3.2.3 优化布局布线
3.3.4 设计可靠性检查
3.3 Quartus II的时序分析
3.3.1 时序设置与分析
3.3.2 时序逼近
习题
第4章 基于宏功能模块的设计
4.1 乘法器模块
4.2 除法器模块
4.3 计数器模块
4.4 常数模块
4.5 锁相环模块
4.6 存储器模块
4.7 其他模块
习题
第5章 Verilog HDL设计初步
5.1 Verilog HDL简介
5.2 Verilog HDL设计举例
5.3 Verilog HDL模块的结构
5.4 Synplify pro／Synplify综合器
第6章 Verilog HDL语法与要素
第7章 Verilog HDL行为语句
第8章 数字设计的层次与风格
第9章 Verilog HDL设计进阶
0章 数字电路的仿真
1章 数字设计实例
附录

作者介绍

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文摘

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序言

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《嵌入式系统开发与C语言编程实践》 前言 在这个数字化浪潮席卷全球的时代，嵌入式系统作为现代科技的基石，无处不在。从智能手机、家用电器到汽车电子、工业自动化，嵌入式系统以其独特的计算能力、控制能力和通信能力，深刻地改变着我们的生活方式和工作模式。而C语言，作为一种高效、灵活且与硬件紧密结合的编程语言，更是嵌入式系统开发不可或缺的利器。 本书旨在为读者提供一个全面、系统且贴近实际的嵌入式系统开发学习路径，重点聚焦于C语言在嵌入式领域的应用。我们不求面面俱到，而是力求深入剖析那些最核心、最实用的知识点，让读者在掌握理论的同时，也能具备实际动手解决问题的能力。本书的编写，源于我们对嵌入式系统开发的热情，以及对C语言在这一领域重要性的深刻认识。我们希望通过这本书，能够点燃读者对嵌入式开发的兴趣，引导他们踏上这条充满挑战与机遇的创新之路。 第一部分：嵌入式系统基础与C语言入门 第一章：初识嵌入式系统 嵌入式系统并非一个抽象的概念，而是我们日常生活中触手可及的科技结晶。本章将为你揭开嵌入式系统的神秘面纱，让你理解它的定义、构成和核心特征。我们将探讨嵌入式系统的分类，从微控制器（MCU）到嵌入式Linux系统，让你对不同层级的嵌入式应用有一个初步的认识。 什么是嵌入式系统？ 我们将从广义和狭义的角度来定义嵌入式系统，强调其“嵌入”于特定应用中的特性，以及通常具备的专用性、实时性、可靠性和低功耗等特点。 嵌入式系统的构成要素： 硬件（微处理器/微控制器、存储器、外设等）和软件（固件、操作系统、应用软件）是嵌入式系统的两大支柱。本章将对这些构成要素进行概述，为后续章节的深入学习打下基础。 嵌入式系统的应用领域： 从消费电子的智能化，到工业领域的自动化升级，再到医疗设备的精准控制，嵌入式系统早已渗透到我们生活的方方面面。我们将通过丰富的案例，展示嵌入式系统在不同领域的广泛应用，激发你的学习兴趣。 嵌入式系统开发概述： 嵌入式系统开发涉及硬件选型、软件编写、系统调试等多个环节。本章将勾勒出整个开发流程的轮廓，让你对整个过程有一个初步的了解。 第二章：C语言——嵌入式开发的核心语言 C语言以其简洁的语法、强大的内存控制能力和高效的执行效率，成为嵌入式系统开发的首选语言。本章将带领你重温C语言的基础知识，并着重强调那些在嵌入式开发中尤为重要的特性。 C语言基础回顾： 数据类型、变量、运算符、控制语句（if-else, switch, for, while）等基本概念将得到简洁的回顾。 指针：内存的直接操控者： 在嵌入式开发中，对内存的精确控制至关重要。本章将深入讲解指针的本质、指针与数组、指针与函数的关系，以及指针在内存管理中的作用。 结构体与联合体：组织复杂数据： 嵌入式系统中经常需要处理结构化数据，结构体和联合体提供了高效的组织方式。我们将探讨它们的定义、使用以及在寄存器映射等场景下的应用。 位运算：精细控制硬件： 直接操作硬件寄存器时，位运算是必不可少的工具。本章将详细讲解位运算符（&, |, ^, ~, <<, >>）的使用，以及它们在设置、读取和清除特定位时的强大功能。 函数与模块化编程： 良好的函数设计和模块化编程思想是构建大型嵌入式软件的基础。我们将强调函数的作用域、返回值、参数传递等，并探讨如何通过函数实现代码的复用和组织。 预处理器指令：代码的预加工： `define`, `include`, `ifdef`等预处理器指令在嵌入式开发中扮演着重要的角色，用于宏定义、文件包含和条件编译。本章将深入讲解这些指令的应用。 第二部分：嵌入式硬件交互与系统编程 第三章：微控制器（MCU）架构与工作原理 微控制器（MCU）是嵌入式系统中最常见的核心单元。本章将为你解析MCU的内部架构，让你理解CPU、存储器、I/O接口、中断控制器等核心组件如何协同工作，从而实现对外部设备的控制。 MCU核心组成： 我们将剖析CPU（中央处理器）的功能，包括指令集、流水线等，以及RAM（随机存取存储器）和ROM/Flash（只读存储器/闪存）在程序存储和数据存储中的作用。 I/O端口：连接世界的桥梁： MCU的I/O端口是与外部世界交互的接口。本章将讲解I/O端口的输入/输出模式、上拉/下拉电阻，以及如何通过配置I/O端口来实现对LED、按键等简单外设的控制。 中断系统：响应外部事件： 中断是嵌入式系统中实现实时性的关键机制。我们将深入讲解中断的产生、中断向量表、中断服务程序（ISR）的设计，以及如何利用中断来处理异步事件，例如按键按下、传感器数据到达等。 定时器与计数器：精确的时序控制： 定时器和计数器在嵌入式系统中有着广泛的应用，例如生成PWM信号、测量脉冲宽度、实现延时等。本章将讲解不同类型的定时器，以及如何配置和使用它们来完成精确的时序控制任务。 内存映射与寄存器访问： 嵌入式系统中的外设通常是通过内存映射的方式进行访问的。本章将讲解内存映射的概念，以及如何通过直接读写MCU内部的寄存器来控制外设的功能。 第四章：驱动程序开发入门 驱动程序是连接硬件与应用软件的桥梁。本章将以C语言为基础，介绍如何编写简单的驱动程序，让你能够直接控制硬件设备。 驱动程序的概念与重要性： 为什么需要驱动程序？驱动程序在整个嵌入式软件架构中的位置和作用。 GPIO驱动：控制通用输入输出： 基于MCU的I/O端口，我们将编写简单的GPIO驱动，实现对LED的闪烁控制，以及读取按键输入。 UART驱动：实现串行通信： UART（通用异步收发传输器）是嵌入式系统中常用的通信接口。本章将讲解UART的工作原理，并编写一个简单的UART驱动，实现与PC的串行数据交换。 SPI/I2C驱动（选讲）： 对于更复杂的通信协议，如SPI（串行外设接口）和I2C（集成电路总线），我们将进行简要介绍，并展示如何通过C语言来操作这些总线，与传感器、显示屏等外设进行通信。 中断驱动的I/O操作： 结合中断机制，我们将优化GPIO和UART的驱动，使其能够响应外部事件，提高效率。 第三部分：实时操作系统（RTOS）与高级应用 第五章：实时操作系统（RTOS）的核心概念 对于复杂的嵌入式系统，使用实时操作系统（RTOS）能够有效地管理系统资源、提高并发性和实时性。本章将介绍RTOS的基本概念和核心组件。 什么是RTOS？ RTOS的定义、特点以及与通用操作系统的区别。 任务（Task）与线程： RTOS中最基本的执行单元。我们将讲解任务的创建、调度、状态切换以及任务间的同步与通信。 任务调度： 各种调度算法（如优先级调度、轮转调度）的介绍，以及它们在不同场景下的适用性。 IPC（进程间通信）机制： 信号量、互斥锁、消息队列、事件标志等RTOS提供的通信机制，用于解决任务间的资源竞争和信息传递问题。 中断与RTOS的结合： RTOS如何处理中断，以及中断服务程序与任务之间的交互。 常见的RTOS简介： FreeRTOS、RT-Thread等主流RTOS的简单介绍，为读者后续深入学习提供指引。 第六章：利用RTOS进行系统设计 本章将通过实际案例，演示如何在RTOS环境下进行嵌入式系统设计。我们将以一个简单的多任务并发控制系统为例，展示如何划分任务、设计任务间的通信机制，以及如何利用RTOS提供的API实现系统的功能。 任务划分策略： 如何根据系统功能将大型问题分解为多个独立的任务。 任务间通信与同步实践： 使用消息队列实现传感器数据上报，使用信号量控制共享资源的访问。 中断与RTOS的集成： 将硬件中断连接到RTOS的任务，实现对外部事件的及时响应。 系统调试与性能优化： 在RTOS环境下进行代码调试的技巧，以及一些基本的性能优化方法。 构建可重用模块： 如何将常用的功能封装成可重用的RTOS组件。 第七章：嵌入式系统常用外设与接口编程 除了前面章节涉及的基础外设，本章将深入探讨嵌入式系统中更广泛使用的外设和接口，以及如何通过C语言进行编程。 ADC（模数转换器）与DAC（数模转换器）： 如何采集模拟信号（如温度、光线），以及如何输出模拟信号。 LCD（液晶显示屏）控制： 简单的字符型LCD和图形LCD的驱动原理，以及如何显示文本和图形。 EEPROM（电可擦写可编程只读存储器）： 用于存储配置信息或少量非易失性数据。 USB（通用串行总线）接口（选讲）： 简要介绍USB协议，以及在嵌入式设备中实现USB通信（如CDC设备）的基本思路。 网络通信接口（如Ethernet/Wi-Fi，选讲）： 简要介绍嵌入式设备如何连接网络，以及相关的通信协议（TCP/IP、UDP）。 第四部分：开发实践与进阶 第八章：嵌入式开发工具链与调试技巧 高效的开发工具链和熟练的调试技巧是嵌入式开发的关键。本章将介绍常用的嵌入式开发工具，并分享实用的调试方法。 交叉编译工具链： 为什么需要交叉编译？GCC for ARM等常用工具链的安装与配置。 集成开发环境（IDE）： Keil MDK, IAR Embedded Workbench, VS Code + PlatformIO等常用IDE的使用介绍。 仿真器与调试器： JTAG/SWD调试器的工作原理，以及如何使用它们进行硬件调试。 串口调试： 利用串口打印日志信息，辅助排查问题。 内存分析与查看： 如何在调试器中查看内存、寄存器状态。 代码优化与性能分析： 提高代码效率的常用方法。 第九章：嵌入式项目开发案例分析 理论学习需要与实践相结合。本章将通过一个或两个完整的嵌入式项目案例，来展示如何将前面学到的知识融会贯通，进行实际的系统开发。 案例一：智能家居温湿度监测与控制系统： 需求分析与硬件选型。 使用MCU读取温湿度传感器数据。 通过UART与PC通信，发送数据。 利用RTOS实现定时任务和数据处理。 （可选）连接LCD显示温湿度。 案例二：基于MCU的简单数据采集与存储系统： 采集多个模拟传感器数据。 使用SPI/I2C接口与外部存储设备（如SD卡）通信。 实现数据的格式化和写入。 （可选）通过USB接口导出数据。 第十章：嵌入式开发进阶方向与学习资源 嵌入式开发是一个不断发展的领域，本章将为你指明未来的学习方向，并提供一些有价值的学习资源。 嵌入式Linux开发： 简要介绍嵌入式Linux的优势和开发流程，为有志于更复杂系统的读者指明方向。 FPGA（现场可编程门阵列）与SoC（片上系统）： 介绍硬件描述语言（Verilog/VHDL）在高性能嵌入式系统中的应用。 嵌入式GUI设计： Qt for Embedded, LVGL等嵌入式图形用户界面库的介绍。 嵌入式安全： 随着物联网的发展，嵌入式安全日益重要。 学习社区与资源： 推荐一些优秀的嵌入式技术论坛、在线课程、开发板资源等。 结语 本书的编写旨在提供一个扎实且实用的嵌入式系统开发学习基础，重点在于C语言在嵌入式领域的应用。我们希望通过深入浅出的讲解和丰富的实践案例，帮助读者掌握核心技术，培养解决实际问题的能力，并激发他们在这个充满活力的领域中不断探索和创新。嵌入式世界的精彩，等待你去发现！

评分☆☆☆☆☆

这部作品的引入部分简直是为那些初涉数字电路设计领域的新手量身定做的指南。作者以一种近乎手把手的姿态，将那些晦涩难懂的逻辑门、组合电路和时序电路的概念，用非常直观且易于理解的方式娓娓道来。特别是对于基础概念的阐述，那种层层递进的逻辑链条，让人感觉自己仿佛正坐在大学的课堂上，被一位经验丰富的老教授悉心教导。书中对于理论背景的铺垫非常扎实，并没有急于抛出复杂的代码示例，而是先把“为什么”和“是什么”讲透彻。对于像我这样，在学习过程中总是喜欢刨根问底、追求原理性理解的读者来说，这种详略得当的讲解方式无疑是极大的福音。它构建了一个坚实的理论基石，确保读者在后续接触更高级主题时，不会因为基础知识的薄弱而感到力不从心。阅读过程中，我能真切感受到作者在平衡理论深度与可读性上所付出的巨大努力，使得原本枯燥的硬件描述语言（HDL）学习过程，变得充满探索的乐趣。

评分☆☆☆☆☆

要说这本书的结构布局，那真是做到了教科书级别的典范。从基础的逻辑操作到复杂的数据通路设计，再到最终的系统集成和时序约束的探讨，整个知识体系的构建脉络是极其清晰和连贯的。尤其值得称道的是其对不同设计风格（如行为级、RTL级描述）的对比分析。作者并未简单地推崇某一种方式，而是根据应用场景的差异，客观地分析了各自的优缺点和适用范围。这对于培养读者的设计选择能力至关重要，因为在实际工作中，我们经常需要在抽象程度和硬件资源之间做出权衡。书中关于模块化设计和层次化结构的思想贯穿始终，教会读者如何将一个庞大复杂的系统分解成若干个可管理、可测试的小单元，这无疑是提升工程效率的核心能力之一。这种系统化的组织方式，使得读者在学习过程中能够始终保持对全局的掌控感。

评分☆☆☆☆☆

对于工具链和验证方法的描述，是这部作品的另一大亮点。它深刻理解到，在现代硬件设计中，代码本身只完成了工作的一半，有效的验证才是保证设计正确性的关键。书中对仿真工具的使用进行了深入浅出的介绍，不仅限于基本的激励生成，更深入到了更高级的断言（Assertion-based Verification）的应用层面。作者很注重培养读者“设计即验证”的理念，强调在编码阶段就应充分考虑可测试性。这种前瞻性的指导，使得读者能够跳脱出仅仅停留在“代码能编译通过”的初级阶段，真正迈向“代码能通过严格验证”的专业水平。这种对验证流程的重视，体现了作者对当代EDA（电子设计自动化）环境的深刻理解，也为读者装备了应对未来更复杂系统所需的关键技能包。整本书读下来，获得的不仅仅是硬件描述语言的知识，更是一套完整的、面向现代流程的数字系统设计方法论。

评分☆☆☆☆☆

翻开这本厚厚的著作，最令人惊喜的是其在实践案例设计上的独到视角。它绝非一本仅仅停留在教科书层面的理论堆砌，而是深入到了现代电子工程实际应用中的诸多痛点。书中对于不同复杂度的项目模块划分得极其清晰，每一个模块的搭建都仿佛是一次真实的工程迭代。我特别欣赏作者在描述设计流程时所采用的“自顶向下”与“自底向上”相结合的策略，这极大地模拟了真实项目开发中的双向思考模式。例如，在涉及有限状态机（FSM）的设计部分，作者不仅展示了如何编写Verilog代码，更着重强调了状态图的绘制、状态编码的优化以及如何通过仿真工具进行充分验证的过程，这才是工程实践中至关重要的环节。这种对设计哲学而非仅仅是语法规则的强调，让读者在学习代码的同时，也潜移默化地吸收了一种严谨的、面向工程的思维框架。读完这些章节，我感觉自己不光是学会了“如何写”，更明白了“为何要这样写”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事节奏和语言风格，透露出一种沉稳而又不失活力的工程师气质。它避免了过于学术化、佶屈聱牙的术语堆砌，而是采用了一种非常贴近实际工作场景的口吻进行阐述。当我阅读到关于时序逻辑电路分析的部分时，我发现作者处理竞争冒险和毛刺问题的技巧非常精妙。他没有用过于抽象的数学模型去解释，而是结合了具体的电路图和波形图，一步步引导读者去“看穿”这些隐藏在代码背后的物理效应。这种可视化教学的手法，对于理解数字电路的时序特性至关重要。此外，书中穿插的“设计陷阱”或“性能优化”小贴士，更是如同经验丰富的导师在耳边提醒，避免了许多初学者容易掉进去的坑。这些细节的积累，让整本书的知识密度非常高，但由于讲解的清晰度，读起来并不会感到负担过重，反而有一种持续不断获得新知的满足感。