普通高等教育电子科学与技术类特色专业系列规划教材：CPLD/FPGA与ASIC设计实践教程（第2版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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邹道胜，朱如琪 著，陈赜 编

图书标签:

• CPLD
• FPGA
• ASIC
• 数字电路
• 可编程逻辑器件
• 硬件设计
• 电子工程
• 实践教程
• 高等教育
• 电子科学与技术

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030288301

版次：2

商品编码：11256056

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“十一五”国家级规划教材

开本：16开

出版时间：2013-06-01

用纸：胶版纸

页数：296

正文语种：中文

内容简介

　　《普通高等教育电子科学与技术类特色专业系列规划教材：CPLD/FPGA与ASIC设计实践教程（第2版）》以大规模可编程逻辑器件为基础，详细介绍了PLD、CPLD/FPGA器件的原理、设计选型、开发流程、配置和下载电路，介绍了EDA设计软件和VerilogHDL语言，通过实例介绍了利用现代EDA技术设计数字电路和数字系统的方法，并简要介绍了前沿的SOPC技术。

前言/序言

CPLD/FPGA与ASIC设计实践教程（第2版） 图书简介 本书是一本面向普通高等教育电子科学与技术类特色专业、系统介绍CPLD/FPGA与ASIC设计实践的权威教材。秉承“实践导向、理论与应用并重”的编纂理念，旨在为读者打下坚实的数字系统设计基础，掌握前沿的硬件描述语言（HDL）编程技术，并深入理解FPGA和ASIC芯片的设计流程与实现方法。本教材在原版基础上，根据行业最新发展趋势和教学实践反馈，进行了全面修订与升级，力求内容更加前沿、实用、体系化。 第一篇 CPLD/FPGA设计入门与基础 本篇是本书的核心入门部分，循序渐进地引导读者从零开始掌握CPLD/FPGA的设计方法。 第一章 CPLD/FPGA器件概述与选型 详细介绍CPLD和FPGA的基本结构、工作原理，阐述它们与ASIC在性能、功耗、灵活性、开发周期等方面的差异与优势。 深入剖析主流FPGA厂商（如Xilinx、Intel Altera）的产品系列，包括其架构特点、资源分配（LUT、FF、DSP Slice、Block RAM等）以及不同系列器件的适用场景。 指导读者如何根据项目需求（如逻辑规模、时序要求、接口类型、功耗限制、成本等）进行有效的CPLD/FPGA器件选型，提供实用的选型流程与注意事项。 介绍CPLD/FPGA开发板的组成、特点以及如何选择适合教学与实践的开发平台。 第二章 硬件描述语言（HDL）基础 Verilog HDL基础： 重点介绍Verilog HDL的语法结构、数据类型、运算符、赋值语句、过程语句（`always`、`initial`）、模块实例化等基本要素。通过大量贴合实际的Verilog代码示例，讲解如何描述组合逻辑和时序逻辑电路。 VHDL基础（可选/简述）： 简要介绍VHDL的基本语法，包括实体（Entity）、结构（Architecture）、端口（Port）、信号（Signal）、变量（Variable）等概念，为读者提供跨语言学习的起点。 HDL在数字逻辑描述中的应用： 强调HDL并非简单地“写代码”，而是对硬件电路的一种抽象描述。讲解如何将RTL（Register Transfer Level）设计思想应用于HDL编码，确保设计能够被综合工具正确理解和映射到硬件。 代码风格与优化： 介绍编写可读性强、易于维护、便于综合的HDL代码的规范与技巧，包括命名约定、模块化设计、避免使用不当结构（如时序逻辑中出现组合逻辑的竞争冒险）等。 第三章 CPLD/FPGA开发流程与综合 完整的FPGA设计流程： 详细讲解从需求分析、逻辑设计、HDL编码、功能仿真、综合、实现（布局布线）到时序仿真、硬件下载、硬件调试的全过程。 EDA工具简介： 介绍主流FPGA开发工具（如Vivado、Quartus Prime）及其核心功能，包括工程管理、编辑器、仿真器、综合器、适配器（Place & Route）和生成比特流等。 逻辑综合（Synthesis）： 深入阐述逻辑综合的概念、目标和约束。讲解如何编写综合约束文件（XDC/SDC），例如时钟定义、时序约束（Setup Time, Hold Time）、I/O端口约束等，以指导综合工具生成满足性能要求的逻辑网表。 代码风格与综合效率： 分析不同HDL编码风格对综合结果的影响，指导读者编写“综合友好型”代码，避免生成低效或不期望的逻辑。 第四章 功能仿真与时序仿真 仿真基础： 讲解数字电路仿真的原理、仿真模型（门级、RTL级、行为级）以及仿真器的作用。 功能仿真： 重点讲解如何编写测试平台（Testbench），验证HDL代码的功能正确性。介绍激励生成、波形观察、断言（Assertion）等常用仿真技巧。 时序仿真： 解释时序仿真的重要性，即在综合和实现后，考虑实际器件的时延信息对电路性能进行验证。讲解如何导入门级网表和时序模型，设置时序检查，识别时序违例（Timing Violations）。 仿真工具使用： 演示如何使用EDA工具自带的仿真器（如Vivado Simulator, ModelSim/QuestaSim）进行功能仿真和时序仿真。 第二篇 CPLD/FPGA设计进阶与实践 本篇在掌握基础知识后，深入探讨更高级的设计技术和实际应用。 第五章 CPLD/FPGA实现与时序分析 实现（Place & Route）： 详细讲解FPGA实现过程，包括布局（Placement）和布线（Routing）。分析这些过程如何影响电路的时序性能和功耗。 时序约束与优化： 再次强调时序约束的重要性，讲解如何通过修改约束文件、优化代码结构、调整综合/实现策略来满足设计时序要求。 时序报告解读： 详细解读FPGA开发工具提供的时序报告，包括关键路径分析、时钟抖动（Jitter）、时钟歪斜（Skew）等，指导读者诊断和解决时序问题。 静态时序分析（STA）： 深入介绍STA的工作原理，以及如何利用STA工具检查设计是否存在时序违例。 第六章 常用IP核与模块设计 IP核概念与应用： 介绍IP（Intellectual Property）核的概念，讲解IP核在FPGA设计中的作用，如何调用和配置IP核来加速开发。 常用IP核详解： 重点介绍常用IP核，如DDR控制器、PCIe控制器、Ethernet MAC、SerDes、DSP Slice编译器、Block RAM控制器等，并提供使用示例。 自定义IP核设计： 指导读者如何设计可复用的、参数化的HDL模块，并将其封装为自定义IP核，方便在不同项目中重复使用。 第七章 片上调试（On-Chip Debugging） 调试的重要性： 阐述在硬件上调试FPGA设计的必要性，以及仿真无法完全替代硬件调试的原因。 ILA/SignalTap II简介： 详细介绍Xilinx的ILA（Integrated Logic Analyzer）和Intel Altera的SignalTap II等片上逻辑分析仪工具。讲解它们的工作原理，如何配置触发条件、采集信号，并对采集到的波形进行分析。 调试流程： 演示如何将ILA/SignalTap II集成到FPGA设计中，实现对关键信号的实时监控和故障定位。 第八章 CPLD/FPGA典型应用实例 数字信号处理（DSP）： 介绍FFT、FIR滤波器等DSP算法在FPGA上的实现方法，展示FPGA在高速数据处理中的优势。 通信接口设计： 以UART、SPI、I2C等常见通信接口设计为例，演示FPGA在嵌入式系统通信中的应用。 视频/图像处理： 介绍图像缩放、颜色空间转换等基本图像处理模块的设计，展示FPGA在多媒体领域的应用潜力。 数据采集与控制系统： 设计一个基于FPGA的数据采集与控制系统，结合ADC/DAC等外设，体现FPGA在实时控制领域的应用。 第三篇 ASIC设计入门与流程 本篇将视角从可编程逻辑器件转向更广泛的ASIC设计。 第九章 ASIC设计基础与流程 ASIC概述： 介绍ASIC（Application Specific Integrated Circuit）的定义、特点、优势与劣势，以及其在不同领域的应用。 ASIC设计流程： 详细讲解ASIC从前端设计（RTL设计、逻辑综合、静态时序分析）到后端设计（物理综合、布局布线、版图设计、物理验证）的全生命周期。 ASIC与FPGA设计流程的对比： 明确ASIC设计流程的复杂性、高成本以及对设计验证的严苛要求，与FPGA的设计灵活性和低成本形成对比。 第十章 ASIC前端设计 RTL设计原则： 强调ASIC前端RTL设计与FPGA设计的共通性，但更注重可综合性和时序驱动。 逻辑综合（Synthesis）： 深入讲解ASIC逻辑综合工具（如Synopsys Design Compiler, Cadence Genus）的功能，包括目标库（Target Library）的选择、工艺参数（Technology Files）的设置、时序和面积约束的应用。 静态时序分析（STA）在ASIC中的应用： 强调ASIC设计中STA的地位，讲解如何设置时钟、建立/保持时间约束，以及如何分析和解决时序问题。 第十一章 ASIC后端设计概述 物理综合（Physical Synthesis）： 介绍物理综合的概念，即在综合过程中考虑布局布线的影响，以优化网表结构。 布局布线（Place & Route）： 讲解ASIC布局布线工具（如Synopsys IC Compiler II, Cadence Innovus）的功能，包括宏单元布局、标准单元布局、布线、时钟树综合（CTS）等。 物理验证（Physical Verification）： 介绍DRC（Design Rule Checking）、LVS（Layout Versus Schematic）等物理验证的重要性，确保版图符合制造规则并与电路原理图一致。 功耗、可靠性与测试： 简要介绍ASIC设计中对功耗、可靠性（如EMC, ESD）以及可测试性设计（DFT）的考量。 第四篇 嵌入式系统集成与未来展望 本篇将FPGA/ASIC设计与实际嵌入式系统相结合，并展望未来发展。 第十二章 FPGA/ASIC在嵌入式系统中的应用 SoC（System on Chip）概念： 介绍SoC的集成化设计理念，以及FPGA/ASIC在构建高效能SoC中的作用。 软核与硬核处理器： 介绍FPGA上的软核（如MicroBlaze, Nios II）和硬核（如ARM Cortex系列）处理器，以及如何构建集成了CPU、外设和加速器的高性能嵌入式系统。 总线接口设计： 讲解AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）等主流片上总线协议，以及如何实现FPGA/ASIC与其他IP核之间的接口通信。 第十三章 FPGA/ASIC设计的前沿技术与发展趋势 高层综合（High-Level Synthesis, HLS）： 介绍HLS技术，即允许使用C/C++/SystemC等高级语言进行硬件设计，进一步提高设计效率。 异构计算与AI硬件加速： 探讨FPGA/ASIC在人工智能、机器学习等领域的应用，如GPU、NPU的硬件加速器设计。 低功耗设计技术： 介绍在有限功耗下实现高性能设计的各种策略。 安全设计： 探讨在硬件层面实现安全功能的挑战与技术。 附录 常用EDA工具命令参考 硬件描述语言常用语法速查表 推荐参考文献与资源 本书通过理论讲解、大量实例分析和实践指导，力求让读者不仅理解CPLD/FPGA与ASIC设计的原理，更能熟练运用EDA工具完成实际项目。每章都配有丰富的代码示例和实验指导，以培养读者的动手能力和解决实际问题的能力。本书内容覆盖广、深度适中，适合作为高等院校电子科学与技术、自动化、计算机科学与技术等专业的教材，也可作为相关领域研究人员和工程技术人员的参考书。

评分☆☆☆☆☆

这次拿到这本《CPLD/FPGA与ASIC设计实践教程（第2版）》，我感觉它真的是太扎实了。首先，我必须说，这本书的编排逻辑非常清晰，从最基础的数字逻辑概念讲起，循序渐进地引入CPLD和FPGA的原理，然后深入到具体的开发流程和工具使用。我最欣赏的是它没有那种“空中楼阁”式的理论讲解，而是紧密结合实际操作。书中提供的每一个实验例程都精心设计，既能验证理论知识，又能让读者亲手搭建出功能完整的模块。比如，关于状态机设计的那一部分，作者不仅详细阐述了有限状态机的理论，还给出了用Verilog HDL实现同步和异步状态机的完整代码，并且在FPGA开发板上进行了验证。我按照书中的步骤一步步操作，不仅成功实现了例程的功能，还在调试过程中深刻理解了代码的每一行是如何映射到硬件逻辑的。这种“理论+实践”的模式，对于我这种希望快速上手FPGA开发的读者来说，简直是及时雨。而且，书中的图示非常丰富，原理图、波形图、PCB布局图都清晰可见，极大地帮助我理解复杂的硬件结构和信号时序。我之前接触过一些FPGA的书籍，很多都停留在概念层面，或者例程非常简单，难以扩展。但这本书不同，它提供的例程往往是实际工程中常用到的一些模块，比如数据采集、通信接口、简单的处理器核等。这让我感觉自己不仅在学习，更是在积累实际的项目经验。

评分☆☆☆☆☆

说实话，拿到这本书的时候，我并没有抱太高的期望，毕竟电子类教材往往都比较枯燥乏味。然而，《CPLD/FPGA与ASIC设计实践教程（第2版）》却给了我很大的惊喜。它的语言风格相当接地气，不像有些学术性的书籍那样晦涩难懂。作者在讲解一些复杂概念时，会用一些生活中的类比，或者用非常直观的方式来解释，让初学者也能轻松理解。我印象最深刻的是关于逻辑综合的那部分，书中并没有过多地堆砌各种优化算法的数学公式，而是通过一个简单的例子，展示了综合工具是如何将HDL代码转化为门级网表，以及不同的综合选项对结果的影响。读完这部分，我才真正明白“综合”这个词的含义，以及它在整个设计流程中的关键作用。此外，书中对不同EDA工具的使用讲解也很到位，不是简单罗列菜单选项，而是结合实际的工程项目，教你如何有效地利用这些工具来完成设计、仿真、实现和调试。我尤其喜欢书中关于时序分析的部分，它不仅讲解了建立时间、保持时间等基本概念，还通过一个具体的例子，演示了如何使用时序分析工具找出时序违例，以及如何修改代码或约束来解决这些问题。这种“问题驱动”的学习方式，让我觉得学到的知识非常实用，能够直接应用到实际项目中。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，学习一门技术，最重要的是能够真正动手实践，而《CPLD/FPGA与ASIC设计实践教程（第2版）》恰恰满足了我对实践学习的所有期待。这本书的每一个章节都紧密围绕着实践展开，理论知识的讲解是为了更好地指导实践，而实践的成果又反过来加深对理论的理解。我最喜欢的是书中提供的丰富的实验平台支持，它不仅支持主流的FPGA开发板，还提供了详细的配置说明和驱动安装指南。我按照书中的指导，很快就搭建好了开发环境，并且成功地在开发板上运行了第一个程序。从简单的LED闪烁，到复杂的数据处理模块，书中的例子循序渐进，难度递增，能够让读者在不断挑战中提升自己的能力。我特别喜欢书中关于算法硬件实现的那一部分，它将一些典型的数字信号处理算法，如FIR滤波器、FFT等，通过HDL语言进行硬件描述，并在FPGA上实现了加速。这让我看到了FPGA在高性能计算领域的巨大潜力，也为我今后的学习和工作方向提供了新的思路。而且，书中还提供了相关的参考资料和在线社区的链接，方便读者进一步深入学习和交流。总的来说，这本书就像一位经验丰富的导师，在我学习FPGA设计的道路上，给予了我最直接、最有效的指导。

评分☆☆☆☆☆

作为一名有几年FPGA开发经验的老手，我一直觉得市面上缺少一本能够深入讲解高级FPGA设计技巧和一些“坑”的书。《CPLD/FPGA与ASIC设计实践教程（第2版）》在这方面做得相当不错。它不仅仅是停留在基础的HDL编程和FPGA实现，而是触及了一些在实际项目中容易遇到的难题，比如如何优化代码以获得更好的时序和面积，如何处理多时钟域问题，如何进行高效的调试等等。我特别欣赏书中关于代码优化的那一章，它给出了很多实用的建议，比如如何避免流水线冒险，如何使用局部变量提高效率，如何合理地组织状态机以减少逻辑等。这些技巧都不是教材上常见的，但却是实际开发中非常重要的。书中的一些高级主题，比如AXI总线接口的设计，IP核的调用和配置，以及低功耗设计，也让我受益匪浅。我之前虽然知道这些概念，但对如何具体实现，以及在实际项目中如何应用，一直没有一个清晰的认识。这本书通过详细的讲解和实例，弥补了我的知识盲区。另外，书中对一些错误调试的经验总结，也让我感到非常亲切，仿佛作者就是在分享他多年摸索出来的“血泪史”，让我少走了不少弯路。

评分☆☆☆☆☆

我一直在寻找一本能够系统讲解ASIC设计流程的教材，之前看了不少资料，总觉得碎片化严重，不够系统。《CPLD/FPGA与ASIC设计实践教程（第2版）》在这一块的表现，可以说超出了我的预期。它并没有把ASIC设计看作是一个遥不可及的高端领域，而是将其融入到了FPGA的实践过程中，通过对比和讲解，让读者能够理解两者之间的异同以及ASIC设计的核心挑战。我特别喜欢其中关于工艺库、时序约束、功耗分析和版图设计的章节。虽然这些内容在FPGA开发中不一定需要深入掌握，但书中通过简练的语言和生动的例子，勾勒出了ASIC设计从RTL到GDSII的完整流程。例如，书中在讲解亚稳态问题时，就关联到了ASIC设计中时钟域交叉处理的重要性，以及如何通过同步器来规避风险。这一点给我留下了深刻的印象，让我意识到，即使是FPGA开发，也应该具备一些ASIC设计的思维方式，以便于将来向ASIC领域发展。书中对不同工艺选项的简单介绍，以及对设计流片过程的概括，也让我对整个集成电路设计产业链有了更清晰的认识。我感觉，这本书不仅仅是教我如何用某个工具，更是培养我一种“工程思维”，让我能够从更高的层面去理解数字IC设计。