普通高等教育電子科學與技術類特色專業係列規劃教材：CPLD/FPGA與ASIC設計實踐教程（第2版） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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鄒道勝，硃如琪 著，陳賾 編

圖書標籤:

• CPLD
• FPGA
• ASIC
• 數字電路
• 可編程邏輯器件
• 硬件設計
• 電子工程
• 實踐教程
• 高等教育
• 電子科學與技術

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030288301

版次：2

商品編碼：11256056

包裝：平裝

叢書名： 普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材

開本：16開

齣版時間：2013-06-01

用紙：膠版紙

頁數：296

正文語種：中文

內容簡介

　　《普通高等教育電子科學與技術類特色專業係列規劃教材：CPLD/FPGA與ASIC設計實踐教程（第2版）》以大規模可編程邏輯器件為基礎，詳細介紹瞭PLD、CPLD/FPGA器件的原理、設計選型、開發流程、配置和下載電路，介紹瞭EDA設計軟件和VerilogHDL語言，通過實例介紹瞭利用現代EDA技術設計數字電路和數字係統的方法，並簡要介紹瞭前沿的SOPC技術。

前言/序言

CPLD/FPGA與ASIC設計實踐教程（第2版） 圖書簡介 本書是一本麵嚮普通高等教育電子科學與技術類特色專業、係統介紹CPLD/FPGA與ASIC設計實踐的權威教材。秉承“實踐導嚮、理論與應用並重”的編纂理念，旨在為讀者打下堅實的數字係統設計基礎，掌握前沿的硬件描述語言（HDL）編程技術，並深入理解FPGA和ASIC芯片的設計流程與實現方法。本教材在原版基礎上，根據行業最新發展趨勢和教學實踐反饋，進行瞭全麵修訂與升級，力求內容更加前沿、實用、體係化。 第一篇 CPLD/FPGA設計入門與基礎 本篇是本書的核心入門部分，循序漸進地引導讀者從零開始掌握CPLD/FPGA的設計方法。 第一章 CPLD/FPGA器件概述與選型 詳細介紹CPLD和FPGA的基本結構、工作原理，闡述它們與ASIC在性能、功耗、靈活性、開發周期等方麵的差異與優勢。 深入剖析主流FPGA廠商（如Xilinx、Intel Altera）的産品係列，包括其架構特點、資源分配（LUT、FF、DSP Slice、Block RAM等）以及不同係列器件的適用場景。 指導讀者如何根據項目需求（如邏輯規模、時序要求、接口類型、功耗限製、成本等）進行有效的CPLD/FPGA器件選型，提供實用的選型流程與注意事項。 介紹CPLD/FPGA開發闆的組成、特點以及如何選擇適閤教學與實踐的開發平颱。 第二章 硬件描述語言（HDL）基礎 Verilog HDL基礎： 重點介紹Verilog HDL的語法結構、數據類型、運算符、賦值語句、過程語句（`always`、`initial`）、模塊實例化等基本要素。通過大量貼閤實際的Verilog代碼示例，講解如何描述組閤邏輯和時序邏輯電路。 VHDL基礎（可選/簡述）： 簡要介紹VHDL的基本語法，包括實體（Entity）、結構（Architecture）、端口（Port）、信號（Signal）、變量（Variable）等概念，為讀者提供跨語言學習的起點。 HDL在數字邏輯描述中的應用： 強調HDL並非簡單地“寫代碼”，而是對硬件電路的一種抽象描述。講解如何將RTL（Register Transfer Level）設計思想應用於HDL編碼，確保設計能夠被綜閤工具正確理解和映射到硬件。 代碼風格與優化： 介紹編寫可讀性強、易於維護、便於綜閤的HDL代碼的規範與技巧，包括命名約定、模塊化設計、避免使用不當結構（如時序邏輯中齣現組閤邏輯的競爭冒險）等。 第三章 CPLD/FPGA開發流程與綜閤 完整的FPGA設計流程： 詳細講解從需求分析、邏輯設計、HDL編碼、功能仿真、綜閤、實現（布局布綫）到時序仿真、硬件下載、硬件調試的全過程。 EDA工具簡介： 介紹主流FPGA開發工具（如Vivado、Quartus Prime）及其核心功能，包括工程管理、編輯器、仿真器、綜閤器、適配器（Place & Route）和生成比特流等。 邏輯綜閤（Synthesis）： 深入闡述邏輯綜閤的概念、目標和約束。講解如何編寫綜閤約束文件（XDC/SDC），例如時鍾定義、時序約束（Setup Time, Hold Time）、I/O端口約束等，以指導綜閤工具生成滿足性能要求的邏輯網錶。 代碼風格與綜閤效率： 分析不同HDL編碼風格對綜閤結果的影響，指導讀者編寫“綜閤友好型”代碼，避免生成低效或不期望的邏輯。 第四章 功能仿真與時序仿真 仿真基礎： 講解數字電路仿真的原理、仿真模型（門級、RTL級、行為級）以及仿真器的作用。 功能仿真： 重點講解如何編寫測試平颱（Testbench），驗證HDL代碼的功能正確性。介紹激勵生成、波形觀察、斷言（Assertion）等常用仿真技巧。 時序仿真： 解釋時序仿真的重要性，即在綜閤和實現後，考慮實際器件的時延信息對電路性能進行驗證。講解如何導入門級網錶和時序模型，設置時序檢查，識彆時序違例（Timing Violations）。 仿真工具使用： 演示如何使用EDA工具自帶的仿真器（如Vivado Simulator, ModelSim/QuestaSim）進行功能仿真和時序仿真。 第二篇 CPLD/FPGA設計進階與實踐 本篇在掌握基礎知識後，深入探討更高級的設計技術和實際應用。 第五章 CPLD/FPGA實現與時序分析 實現（Place & Route）： 詳細講解FPGA實現過程，包括布局（Placement）和布綫（Routing）。分析這些過程如何影響電路的時序性能和功耗。 時序約束與優化： 再次強調時序約束的重要性，講解如何通過修改約束文件、優化代碼結構、調整綜閤/實現策略來滿足設計時序要求。 時序報告解讀： 詳細解讀FPGA開發工具提供的時序報告，包括關鍵路徑分析、時鍾抖動（Jitter）、時鍾歪斜（Skew）等，指導讀者診斷和解決時序問題。 靜態時序分析（STA）： 深入介紹STA的工作原理，以及如何利用STA工具檢查設計是否存在時序違例。 第六章 常用IP核與模塊設計 IP核概念與應用： 介紹IP（Intellectual Property）核的概念，講解IP核在FPGA設計中的作用，如何調用和配置IP核來加速開發。 常用IP核詳解： 重點介紹常用IP核，如DDR控製器、PCIe控製器、Ethernet MAC、SerDes、DSP Slice編譯器、Block RAM控製器等，並提供使用示例。 自定義IP核設計： 指導讀者如何設計可復用的、參數化的HDL模塊，並將其封裝為自定義IP核，方便在不同項目中重復使用。 第七章 片上調試（On-Chip Debugging） 調試的重要性： 闡述在硬件上調試FPGA設計的必要性，以及仿真無法完全替代硬件調試的原因。 ILA/SignalTap II簡介： 詳細介紹Xilinx的ILA（Integrated Logic Analyzer）和Intel Altera的SignalTap II等片上邏輯分析儀工具。講解它們的工作原理，如何配置觸發條件、采集信號，並對采集到的波形進行分析。 調試流程： 演示如何將ILA/SignalTap II集成到FPGA設計中，實現對關鍵信號的實時監控和故障定位。 第八章 CPLD/FPGA典型應用實例 數字信號處理（DSP）： 介紹FFT、FIR濾波器等DSP算法在FPGA上的實現方法，展示FPGA在高速數據處理中的優勢。 通信接口設計： 以UART、SPI、I2C等常見通信接口設計為例，演示FPGA在嵌入式係統通信中的應用。 視頻/圖像處理： 介紹圖像縮放、顔色空間轉換等基本圖像處理模塊的設計，展示FPGA在多媒體領域的應用潛力。 數據采集與控製係統： 設計一個基於FPGA的數據采集與控製係統，結閤ADC/DAC等外設，體現FPGA在實時控製領域的應用。 第三篇 ASIC設計入門與流程 本篇將視角從可編程邏輯器件轉嚮更廣泛的ASIC設計。 第九章 ASIC設計基礎與流程 ASIC概述： 介紹ASIC（Application Specific Integrated Circuit）的定義、特點、優勢與劣勢，以及其在不同領域的應用。 ASIC設計流程： 詳細講解ASIC從前端設計（RTL設計、邏輯綜閤、靜態時序分析）到後端設計（物理綜閤、布局布綫、版圖設計、物理驗證）的全生命周期。 ASIC與FPGA設計流程的對比： 明確ASIC設計流程的復雜性、高成本以及對設計驗證的嚴苛要求，與FPGA的設計靈活性和低成本形成對比。 第十章 ASIC前端設計 RTL設計原則： 強調ASIC前端RTL設計與FPGA設計的共通性，但更注重可綜閤性和時序驅動。 邏輯綜閤（Synthesis）： 深入講解ASIC邏輯綜閤工具（如Synopsys Design Compiler, Cadence Genus）的功能，包括目標庫（Target Library）的選擇、工藝參數（Technology Files）的設置、時序和麵積約束的應用。 靜態時序分析（STA）在ASIC中的應用： 強調ASIC設計中STA的地位，講解如何設置時鍾、建立/保持時間約束，以及如何分析和解決時序問題。 第十一章 ASIC後端設計概述 物理綜閤（Physical Synthesis）： 介紹物理綜閤的概念，即在綜閤過程中考慮布局布綫的影響，以優化網錶結構。 布局布綫（Place & Route）： 講解ASIC布局布綫工具（如Synopsys IC Compiler II, Cadence Innovus）的功能，包括宏單元布局、標準單元布局、布綫、時鍾樹綜閤（CTS）等。 物理驗證（Physical Verification）： 介紹DRC（Design Rule Checking）、LVS（Layout Versus Schematic）等物理驗證的重要性，確保版圖符閤製造規則並與電路原理圖一緻。 功耗、可靠性與測試： 簡要介紹ASIC設計中對功耗、可靠性（如EMC, ESD）以及可測試性設計（DFT）的考量。 第四篇 嵌入式係統集成與未來展望 本篇將FPGA/ASIC設計與實際嵌入式係統相結閤，並展望未來發展。 第十二章 FPGA/ASIC在嵌入式係統中的應用 SoC（System on Chip）概念： 介紹SoC的集成化設計理念，以及FPGA/ASIC在構建高效能SoC中的作用。 軟核與硬核處理器： 介紹FPGA上的軟核（如MicroBlaze, Nios II）和硬核（如ARM Cortex係列）處理器，以及如何構建集成瞭CPU、外設和加速器的高性能嵌入式係統。 總綫接口設計： 講解AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）等主流片上總綫協議，以及如何實現FPGA/ASIC與其他IP核之間的接口通信。 第十三章 FPGA/ASIC設計的前沿技術與發展趨勢 高層綜閤（High-Level Synthesis, HLS）： 介紹HLS技術，即允許使用C/C++/SystemC等高級語言進行硬件設計，進一步提高設計效率。 異構計算與AI硬件加速： 探討FPGA/ASIC在人工智能、機器學習等領域的應用，如GPU、NPU的硬件加速器設計。 低功耗設計技術： 介紹在有限功耗下實現高性能設計的各種策略。 安全設計： 探討在硬件層麵實現安全功能的挑戰與技術。 附錄 常用EDA工具命令參考 硬件描述語言常用語法速查錶 推薦參考文獻與資源 本書通過理論講解、大量實例分析和實踐指導，力求讓讀者不僅理解CPLD/FPGA與ASIC設計的原理，更能熟練運用EDA工具完成實際項目。每章都配有豐富的代碼示例和實驗指導，以培養讀者的動手能力和解決實際問題的能力。本書內容覆蓋廣、深度適中，適閤作為高等院校電子科學與技術、自動化、計算機科學與技術等專業的教材，也可作為相關領域研究人員和工程技術人員的參考書。

評分☆☆☆☆☆

我一直在尋找一本能夠係統講解ASIC設計流程的教材，之前看瞭不少資料，總覺得碎片化嚴重，不夠係統。《CPLD/FPGA與ASIC設計實踐教程（第2版）》在這一塊的錶現，可以說超齣瞭我的預期。它並沒有把ASIC設計看作是一個遙不可及的高端領域，而是將其融入到瞭FPGA的實踐過程中，通過對比和講解，讓讀者能夠理解兩者之間的異同以及ASIC設計的核心挑戰。我特彆喜歡其中關於工藝庫、時序約束、功耗分析和版圖設計的章節。雖然這些內容在FPGA開發中不一定需要深入掌握，但書中通過簡練的語言和生動的例子，勾勒齣瞭ASIC設計從RTL到GDSII的完整流程。例如，書中在講解亞穩態問題時，就關聯到瞭ASIC設計中時鍾域交叉處理的重要性，以及如何通過同步器來規避風險。這一點給我留下瞭深刻的印象，讓我意識到，即使是FPGA開發，也應該具備一些ASIC設計的思維方式，以便於將來嚮ASIC領域發展。書中對不同工藝選項的簡單介紹，以及對設計流片過程的概括，也讓我對整個集成電路設計産業鏈有瞭更清晰的認識。我感覺，這本書不僅僅是教我如何用某個工具，更是培養我一種“工程思維”，讓我能夠從更高的層麵去理解數字IC設計。

評分☆☆☆☆☆

作為一名有幾年FPGA開發經驗的老手，我一直覺得市麵上缺少一本能夠深入講解高級FPGA設計技巧和一些“坑”的書。《CPLD/FPGA與ASIC設計實踐教程（第2版）》在這方麵做得相當不錯。它不僅僅是停留在基礎的HDL編程和FPGA實現，而是觸及瞭一些在實際項目中容易遇到的難題，比如如何優化代碼以獲得更好的時序和麵積，如何處理多時鍾域問題，如何進行高效的調試等等。我特彆欣賞書中關於代碼優化的那一章，它給齣瞭很多實用的建議，比如如何避免流水綫冒險，如何使用局部變量提高效率，如何閤理地組織狀態機以減少邏輯等。這些技巧都不是教材上常見的，但卻是實際開發中非常重要的。書中的一些高級主題，比如AXI總綫接口的設計，IP核的調用和配置，以及低功耗設計，也讓我受益匪淺。我之前雖然知道這些概念，但對如何具體實現，以及在實際項目中如何應用，一直沒有一個清晰的認識。這本書通過詳細的講解和實例，彌補瞭我的知識盲區。另外，書中對一些錯誤調試的經驗總結，也讓我感到非常親切，仿佛作者就是在分享他多年摸索齣來的“血淚史”，讓我少走瞭不少彎路。

評分☆☆☆☆☆

說實話，拿到這本書的時候，我並沒有抱太高的期望，畢竟電子類教材往往都比較枯燥乏味。然而，《CPLD/FPGA與ASIC設計實踐教程（第2版）》卻給瞭我很大的驚喜。它的語言風格相當接地氣，不像有些學術性的書籍那樣晦澀難懂。作者在講解一些復雜概念時，會用一些生活中的類比，或者用非常直觀的方式來解釋，讓初學者也能輕鬆理解。我印象最深刻的是關於邏輯綜閤的那部分，書中並沒有過多地堆砌各種優化算法的數學公式，而是通過一個簡單的例子，展示瞭綜閤工具是如何將HDL代碼轉化為門級網錶，以及不同的綜閤選項對結果的影響。讀完這部分，我纔真正明白“綜閤”這個詞的含義，以及它在整個設計流程中的關鍵作用。此外，書中對不同EDA工具的使用講解也很到位，不是簡單羅列菜單選項，而是結閤實際的工程項目，教你如何有效地利用這些工具來完成設計、仿真、實現和調試。我尤其喜歡書中關於時序分析的部分，它不僅講解瞭建立時間、保持時間等基本概念，還通過一個具體的例子，演示瞭如何使用時序分析工具找齣時序違例，以及如何修改代碼或約束來解決這些問題。這種“問題驅動”的學習方式，讓我覺得學到的知識非常實用，能夠直接應用到實際項目中。

評分☆☆☆☆☆

這次拿到這本《CPLD/FPGA與ASIC設計實踐教程（第2版）》，我感覺它真的是太紮實瞭。首先，我必須說，這本書的編排邏輯非常清晰，從最基礎的數字邏輯概念講起，循序漸進地引入CPLD和FPGA的原理，然後深入到具體的開發流程和工具使用。我最欣賞的是它沒有那種“空中樓閣”式的理論講解，而是緊密結閤實際操作。書中提供的每一個實驗例程都精心設計，既能驗證理論知識，又能讓讀者親手搭建齣功能完整的模塊。比如，關於狀態機設計的那一部分，作者不僅詳細闡述瞭有限狀態機的理論，還給齣瞭用Verilog HDL實現同步和異步狀態機的完整代碼，並且在FPGA開發闆上進行瞭驗證。我按照書中的步驟一步步操作，不僅成功實現瞭例程的功能，還在調試過程中深刻理解瞭代碼的每一行是如何映射到硬件邏輯的。這種“理論+實踐”的模式，對於我這種希望快速上手FPGA開發的讀者來說，簡直是及時雨。而且，書中的圖示非常豐富，原理圖、波形圖、PCB布局圖都清晰可見，極大地幫助我理解復雜的硬件結構和信號時序。我之前接觸過一些FPGA的書籍，很多都停留在概念層麵，或者例程非常簡單，難以擴展。但這本書不同，它提供的例程往往是實際工程中常用到的一些模塊，比如數據采集、通信接口、簡單的處理器核等。這讓我感覺自己不僅在學習，更是在積纍實際的項目經驗。

評分☆☆☆☆☆

我一直認為，學習一門技術，最重要的是能夠真正動手實踐，而《CPLD/FPGA與ASIC設計實踐教程（第2版）》恰恰滿足瞭我對實踐學習的所有期待。這本書的每一個章節都緊密圍繞著實踐展開，理論知識的講解是為瞭更好地指導實踐，而實踐的成果又反過來加深對理論的理解。我最喜歡的是書中提供的豐富的實驗平颱支持，它不僅支持主流的FPGA開發闆，還提供瞭詳細的配置說明和驅動安裝指南。我按照書中的指導，很快就搭建好瞭開發環境，並且成功地在開發闆上運行瞭第一個程序。從簡單的LED閃爍，到復雜的數據處理模塊，書中的例子循序漸進，難度遞增，能夠讓讀者在不斷挑戰中提升自己的能力。我特彆喜歡書中關於算法硬件實現的那一部分，它將一些典型的數字信號處理算法，如FIR濾波器、FFT等，通過HDL語言進行硬件描述，並在FPGA上實現瞭加速。這讓我看到瞭FPGA在高性能計算領域的巨大潛力，也為我今後的學習和工作方嚮提供瞭新的思路。而且，書中還提供瞭相關的參考資料和在綫社區的鏈接，方便讀者進一步深入學習和交流。總的來說，這本書就像一位經驗豐富的導師，在我學習FPGA設計的道路上，給予瞭我最直接、最有效的指導。