EDA技术与SOPC基础/普通高等教育“十二五”应用型人才培养规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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胡迎刚 编

图书标签:

• EDA技术
• SOPC
• FPGA
• 数字电路
• Verilog
• VHDL
• 嵌入式系统
• 应用型人才培养
• 教材
• 电子工程

出版社： 西南交通大学出版社

ISBN：9787564323202

版次：1

商品编码：11344010

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“十二五”应用型人才培养规划教材

开本：16开

出版时间：2013-07-01

用纸：胶版纸

页数：269

字数：431000

正文语种：中文

内容简介

　　《EDA技术与SOPC基础/普通高等教育“十二五”应用型人才培养规划教材》共分为九章，主要是以Altera公司的FPGA为核心深入浅出地介绍了EDA基础应用和片上可编程系统设计方法。第1章主要介绍EDA相关概念及设计流程。第2章介绍Quartus Ⅱ软件的安装和使用方法。第3章介绍VHDL的基础应用。第4章介绍LPM宏功能模块及IP核的设计使用方法。第5章介绍有限状态机的设计原理和基本结构。第6章介绍片上编程系统设计基本流程和方法。第7章介绍NiosⅡ硬件系统设计中常用的外设结构。第8章介绍片上编程系统的软件设计方法。第9章介绍嵌入式：DSP模块的一般设计方法及流程。其中第1～5章是EDA技术基础内容，第6～8章是片上编程系统（SOPC）设计基础内容。

内页插图

目录

第1章 EDA技术概述
1.1 EDA技术概念
1.2 EDA技术发展历程
1.3 EDA技术主要内容
1.4 EDA技术设计流程
习题

第2章 Quartus Ⅱ应用向导
2.1 原理图输入法应用向导
2.2 文本输入法应用向导
习题

第3章 VHDL入门
3.1 组合逻辑电路设计
3.2 时序逻辑电路设计
3.3 VHDL层次化设计
3.4 VHDL结构和语句总结
3.5 VHDL语法要素总结
习题

第4章 宏功能模块与IP应用
4.1 LPM-ROM定制
4.2 LPM-RAM定制
4.3 FIFO定制
4.4 嵌入式PLL定制
4.5 其他常见LPM模块的使用方法
4.6 mc805 1单片机IP核移植
习题

第5章 有限状态机设计
5.1 为什么学习状态机?
5.2 一般有限状态机的结构
5.3 Moore型有限状态机的设计
5.4 Mealy型有限状态机的设计
习题

第6章 SOPC入门
6.1 SOPC概述
6.2 SOPC入门实例
6.3 SOPC开发流程小结
6.4 SOPC设计工具介绍
习题

第7章 SOPC硬件设计
7.1 NiosⅡ处理器简介
7.2 NiosⅡ常用外围设备
习题

第8章 SOPC软件设计
8.1 HAL系统库
8.2 基于HAL的程序设计方法
习题

第9章 嵌入式DSP设计初探
9.1 DSP Builder简介
9.2 DSP Builder设计流程
9.3 可控正弦信号发生器设计实例
参考文献

前言/序言

《数字系统设计与嵌入式系统开发实践》 一、 核心内容聚焦：从基础理论到前沿应用 本书旨在为读者构建一套系统、深入且实用的数字系统设计与嵌入式系统开发知识体系。全书共分为四大篇章，层层递进，从最基础的逻辑门电路和组合逻辑、时序逻辑设计原理出发，逐步深入到可编程逻辑器件（PLD）和现场可编程门阵列（FPGA）的设计流程与实现，最终抵达复杂嵌入式系统的软硬件协同设计与应用开发。 第一篇：数字逻辑基础与硬件描述语言（HDL）入门 本篇是整个技术体系的基石，将带领读者从最基本的数字电路概念出发，建立对数字系统工作原理的直观理解。 第一章：数字系统概览与二进制表示。 介绍数字系统的基本概念、组成部分以及其在现代电子设备中的广泛应用。深入讲解二进制、八进制、十六进制等数字编码方式，以及它们之间的转换，为后续的学习奠定数制基础。 第二章：基本逻辑门电路与布尔代数。 详细阐述AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR等基本逻辑门的功能、符号和真值表。引入布尔代数的基本定理、定律和代数化简方法，学习如何利用布尔代数对逻辑功能进行精确描述和优化。 第三章：组合逻辑电路设计。 讲解组合逻辑电路的特点（输出仅取决于当前输入），包括编码器、译码器、多路选择器（MUX）、数据分配器（DEMUX）等基本组合逻辑模块的设计原理和应用。重点介绍如何使用卡诺图（Karnaugh Map）等工具进行逻辑化简，以达到最优的电路实现。 第四章：时序逻辑电路设计。 深入探讨时序逻辑电路的构成（包含存储元件，输出与当前输入和过去状态有关）。详细讲解触发器（Flip-Flop）的工作原理（SR、D、JK、T触发器），以及由触发器组成的寄存器（Register）和计数器（Counter）的设计。学习状态机的概念，包括有限状态机（FSM）的定义、状态图、状态表以及状态机同步和异步设计的区别。 第五章：硬件描述语言（HDL）基础。 引入Verilog HDL和VHDL这两种主流的硬件描述语言。详细讲解HDL的基本语法、数据类型、运算符、过程语句（always块）和结构语句（assign、module、port等）。通过大量的实例，演示如何使用HDL描述组合逻辑和时序逻辑电路，并理解HDL与电路功能之间的映射关系。 第二篇：可编程逻辑器件（PLD）与FPGA设计流程 本篇将引导读者从理论走向实践，掌握使用现代可编程逻辑器件实现数字系统设计的方法。 第六章：可编程逻辑器件（PLD）概述。 介绍PLD的发展历程，包括PROM、PLA、CPLD等不同类型的PLD的结构、工作原理和特点。重点分析CPLD的优势，为FPGA的学习做铺垫。 第七章：FPGA体系结构与关键技术。 详细解析FPGA（Field-Programmable Gate Array）的核心结构，包括可配置逻辑块（CLB）、输入/输出块（IOB）、布线资源（Routing Resources）以及内部存储器（Block RAM）等。讲解FPGA的工作原理，特别是其并行计算能力和灵活性。 第八章：FPGA设计流程详解。 系统阐述使用FPGA进行设计的完整流程：需求分析、HDL代码编写、功能仿真（Functional Simulation）、综合（Synthesis）、布局布线（Place & Route）、时序仿真（Timing Simulation）和下载配置。重点介绍各种工具（如Xilinx Vivado、Intel Quartus Prime）在各环节中的作用。 第九章：FPGA设计进阶与优化。 探讨在FPGA设计中常用的高级技巧，包括IP核（Intellectual Property Core）的使用、资源共享、流水线（Pipelining）技术、寄存器复制（Register Duplication）等，以提高设计效率和电路性能。学习如何进行时序约束（Timing Constraints）和时序分析，确保设计满足目标频率要求。 第十章：DSP与嵌入式硬件加速。 介绍FPGA在数字信号处理（DSP）领域的应用，讲解如何在FPGA上实现滤波器、FFT等DSP算法。探讨利用FPGA实现硬件加速器的原理和方法，以提升特定计算任务的处理速度。 第三篇：嵌入式系统基础与微控制器（MCU）开发 本篇将视线从纯硬件转向软硬件结合的嵌入式系统，重点关注嵌入式系统的构成、原理以及基础的微控制器开发。 第十一章：嵌入式系统概述。 定义嵌入式系统，分析其特点（专用性、实时性、低功耗等）。介绍嵌入式系统的组成部分，包括微处理器/微控制器、存储器、输入/输出设备、通信接口和软件。列举各种嵌入式系统的典型应用场景。 第十二章：微控制器（MCU）体系结构与工作原理。 深入讲解通用微控制器的内部结构，包括CPU核心、内存（RAM/ROM/Flash）、定时器/计数器、中断控制器、ADC/DAC、通信接口（UART、SPI、I2C、CAN等）。以某类主流MCU（如ARM Cortex-M系列）为例，讲解其指令集、寻址方式和工作模式。 第十三章：嵌入式C语言编程基础。 强调嵌入式系统开发中C语言的重要性。复习C语言的核心概念，并重点讲解在嵌入式开发中的应用，如指针、位操作、结构体、联合体、内存管理等。介绍嵌入式C的开发环境和工具链。 第十四章：中断系统与低功耗设计。 详细讲解微控制器的中断机制，包括中断源、中断向量表、中断服务程序（ISR）的编写和中断优先级管理。探讨嵌入式系统中低功耗设计的重要性，以及常用的低功耗模式和技术。 第十五章：外设接口驱动开发。 讲解如何编写驱动程序来控制各种外设接口，包括GPIO、UART、SPI、I2C、ADC等。通过实际代码示例，演示如何与硬件交互，实现数据的读取和控制。 第四篇：嵌入式系统集成与应用开发实践 本篇将前几篇的知识融会贯通，重点在于如何将硬件平台与软件相结合，进行实际的嵌入式应用开发。 第十六章：实时操作系统（RTOS）入门。 介绍实时操作系统的概念、作用和优势。讲解RTOS的核心概念，如任务（Task）、任务调度（Scheduling）、进程间通信（IPC）、信号量（Semaphore）、互斥量（Mutex）等。选择一款经典的RTOS（如FreeRTOS）进行实例演示。 第十七章：嵌入式Linux系统开发简介。 概述嵌入式Linux的组成（Bootloader、Kernel、Rootfs）。介绍交叉编译环境的搭建，以及在嵌入式设备上进行Linux应用开发的基本流程。 第十八章：嵌入式系统调试技术。 介绍在嵌入式开发过程中常用的调试工具和方法，包括仿真器（Emulator）、调试器（Debugger）、逻辑分析仪、示波器等。讲解硬件调试和软件调试的技巧。 第十九章：传感器网络与物联网（IoT）应用。 介绍传感器在嵌入式系统中的应用，以及如何构建传感器网络。探讨物联网的概念，讲解如何利用嵌入式系统实现数据的采集、传输和远程控制。 第二十章：典型嵌入式系统项目实战。 通过一个或多个完整的项目案例，例如智能家居控制系统、工业数据采集终端、便携式医疗设备等，贯穿本书所学的各项知识。从需求分析、硬件选型、软件设计到系统集成和测试，让读者亲身体验整个嵌入式系统开发的全过程。 本书特色： 理论与实践深度结合： 每一章节都配有大量的理论讲解和实际工程案例，帮助读者将抽象的概念转化为具体的工程实践。 前沿技术覆盖： 重点介绍FPGA、嵌入式系统、RTOS、IoT等当前热门且具有广泛应用前景的技术领域。 系统性强，循序渐进： 知识体系从基础到高级，逻辑清晰，适合不同阶段的读者学习。 工具链介绍与使用指导： 针对主流的FPGA开发工具和嵌入式开发工具，提供基础的使用指导和技巧。 案例丰富，指导性强： 选取的案例贴近实际工程需求，能够有效提升读者的工程实践能力。 本书适合于电子信息工程、自动化、计算机科学与技术等相关专业的本科生、研究生，以及从事嵌入式系统设计、FPGA开发、物联网应用等领域的工程师和技术爱好者阅读。通过学习本书，读者将能够掌握扎实的数字系统设计理论，熟悉现代FPGA开发流程，并具备独立开发嵌入式系统的能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉是，它非常有“学院派”的严谨，但又不失“实践派”的落地。作为一名长期在高校从事教学科研工作的老师，我一直在寻找一本能够既符合教学大纲，又能真正让学生掌握SOPC设计核心能力的教材。这本书在这一点上做得非常出色。它对EDA技术的发展历程、基本原理进行了清晰的梳理，为学生打下了坚实的理论基础。接着，它引入SOPC的概念，并详细讲解了如何利用FPGA实现一个完整的嵌入式系统。书中对各种IP核的分类、选型以及接口匹配的讲解，对于学生理解SOPC的模块化设计非常有帮助。我特别赞赏书中对ARM+FPGA异构计算的探讨，这代表了未来嵌入式系统发展的一个重要方向。书中提供的实验项目，设计精巧，难度适中，能够有效地引导学生从理论走向实践，培养他们的工程实践能力和解决实际问题的能力。例如，通过书中提供的代码和硬件平台，学生可以实现一个简单的嵌入式Web服务器，这对于提升他们的综合能力非常有益。此外，书中对各种EDA工具和开发流程的讲解，也为学生毕业后进入工业界奠定了良好的基础。

评分☆☆☆☆☆

我是一名专注于FPGA高级设计的工程师，对于一些理论性的书籍，我常常觉得它们过于陈旧，无法跟上日新月异的技术发展。然而，这本书给我带来了惊喜。它并没有止步于对经典EDA技术的介绍，而是将目光投向了SOPC的最新进展和应用。书中对现代FPGA架构的深入分析，尤其是在处理器集成、高性能计算以及低功耗设计方面的探讨，让我耳目一新。我尤其关注书中关于多核SOPC系统构建的章节，这对于开发需要处理大量并发任务的应用至关重要。书中对各种高级IP核的介绍，例如高性能的DSP核、AI加速器等，以及如何将它们集成到SOPC系统中，为我的项目开发提供了新的思路和解决方案。此外，书中对于嵌入式Linux在SOPC系统中的应用也进行了详细阐述，这对于开发复杂的嵌入式产品非常有价值。我欣赏书中在讲解过程中，并没有回避一些复杂的技术细节，而是以一种务实的方式呈现，例如在时序约束和功耗优化方面，提供了许多实用的技巧和方法。这本书让我看到了SOPC技术的广阔前景，也为我指明了进一步提升设计能力的方向。它不仅仅是一本教材，更像是一位资深同行分享的宝贵经验。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，对于我这样长期在嵌入式开发一线摸爬滚打的老兵来说，无疑是一股清流。我一直在寻找一本能够将EDA技术与SOPC（System-on-a-Programmable-Chip）的理论深度和实际应用完美结合的书籍，而这本书恰恰满足了我的期待。首先，它没有停留在泛泛的理论介绍，而是深入到FPGA（Field-Programmable Gate Array）内部架构的讲解，从基本的逻辑单元、查找表（LUT）、触发器，到更复杂的DSP（Digital Signal Processing）模块、Block RAM等，都进行了细致入微的剖析。这种底层理解对于优化设计、解决疑难杂症至关重要。接着，它将EDA的“广”与SOPC的“深”有机地结合起来，不仅仅是罗列各种EDA工具的使用技巧，更重要的是如何利用这些工具来构建复杂的片上系统。书中对NIOS II（Intel Altera的软核处理器）的讲解尤为精彩，从指令集、流水线到中断机制，都讲得条理清晰，配合着实例，让我对软核处理器的设计和应用有了更深刻的认识。我特别喜欢它在讲解硬件描述语言（HDL）时，不仅仅关注语法，更强调了如何写出高效、可综合的代码，以及如何通过仿真和时序分析来验证设计的正确性。书中提供的实际项目案例，从简单的LED闪烁到复杂的通信接口设计，都非常有参考价值，让我能够将理论知识迅速转化为实践能力。这本书就像一位经验丰富的老工程师，耐心地手把手地教导，让我少走了很多弯路。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对嵌入式系统充满好奇的爱好者，虽然没有专业的背景，但我一直渴望了解SOPC的奥秘。这本书就像一位循循善诱的导师，引领我走进了一个全新的世界。它从最基础的电子元器件讲起，用生动形象的比喻解释了数字信号、逻辑门等概念，让我这个门外汉也能大致理解。然后，它巧妙地引入了FPGA，并解释了FPGA是如何工作的。让我印象深刻的是书中对SOPC的讲解，它没有一开始就抛出晦涩的概念，而是通过一个简单的例子，说明了将各种功能模块集成到一块芯片上的好处。书中对各种常用IP核的介绍，也让我了解了原来一块小小的FPGA芯片，竟然可以实现如此多的功能，例如通信、控制、甚至图形处理。我尤其喜欢书中关于如何搭建一个简单SOPC系统的步骤讲解，它就像一个操作手册，一步步地引导我完成。虽然我可能还无法完全理解所有技术细节，但这本书极大地激发了我对SOPC学习的兴趣，让我看到了一个充满可能性的领域，也让我意识到，通过学习，我可以动手实现很多有趣的项目。

评分☆☆☆☆☆

作为一名刚刚接触嵌入式系统开发的学生，我对于各种复杂的概念总是感到无从下手。幸运的是，我在这本书中找到了通往SOPC世界的一条清晰路径。这本书的编写风格非常友好，它从最基础的EDA概念讲起，用通俗易懂的语言解释了数字逻辑、时序逻辑等核心知识点，让我这个初学者也能快速理解。然后，它循序渐进地引入了SOPC的概念，解释了为何需要SOPC，以及SOPC的优势所在。书中对各种IP核（Intellectual Property Core）的介绍，让我大开眼界，原来可以通过组合这些预先设计好的模块，快速构建出功能强大的系统。我尤其欣赏书中对Avalon总线和AXI总线的讲解，这两种总线是SOPC系统中不同模块之间通信的“语言”，理解它们对于掌握SOPC设计的精髓至关重要。书中通过大量的图示和流程图，将抽象的概念具象化，让我更容易理解模块之间的连接关系和数据流向。另外，书中关于软件开发与硬件设计的协同工作方式的阐述，也让我意识到了“软硬结合”的重要性。通过书中提供的实验指导，我能够亲手操作，将理论知识付诸实践，例如编写简单的C语言程序来控制FPGA上的外设。这种“边学边做”的学习方式，极大地提升了我的学习兴趣和掌握程度，让我对未来的嵌入式开发之路充满信心。