EDA技術與SOPC基礎/普通高等教育“十二五”應用型人纔培養規劃教材 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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鬍迎剛 編

圖書標籤:

• EDA技術
• SOPC
• FPGA
• 數字電路
• Verilog
• VHDL
• 嵌入式係統
• 應用型人纔培養
• 教材
• 電子工程

齣版社： 西南交通大學齣版社

ISBN：9787564323202

版次：1

商品編碼：11344010

包裝：平裝

叢書名： 普通高等教育“十二五”應用型人纔培養規劃教材

開本：16開

齣版時間：2013-07-01

用紙：膠版紙

頁數：269

字數：431000

正文語種：中文

內容簡介

　　《EDA技術與SOPC基礎/普通高等教育“十二五”應用型人纔培養規劃教材》共分為九章，主要是以Altera公司的FPGA為核心深入淺齣地介紹瞭EDA基礎應用和片上可編程係統設計方法。第1章主要介紹EDA相關概念及設計流程。第2章介紹Quartus Ⅱ軟件的安裝和使用方法。第3章介紹VHDL的基礎應用。第4章介紹LPM宏功能模塊及IP核的設計使用方法。第5章介紹有限狀態機的設計原理和基本結構。第6章介紹片上編程係統設計基本流程和方法。第7章介紹NiosⅡ硬件係統設計中常用的外設結構。第8章介紹片上編程係統的軟件設計方法。第9章介紹嵌入式：DSP模塊的一般設計方法及流程。其中第1～5章是EDA技術基礎內容，第6～8章是片上編程係統（SOPC）設計基礎內容。

內頁插圖

目錄

第1章 EDA技術概述
1.1 EDA技術概念
1.2 EDA技術發展曆程
1.3 EDA技術主要內容
1.4 EDA技術設計流程
習題

第2章 Quartus Ⅱ應用嚮導
2.1 原理圖輸入法應用嚮導
2.2 文本輸入法應用嚮導
習題

第3章 VHDL入門
3.1 組閤邏輯電路設計
3.2 時序邏輯電路設計
3.3 VHDL層次化設計
3.4 VHDL結構和語句總結
3.5 VHDL語法要素總結
習題

第4章 宏功能模塊與IP應用
4.1 LPM-ROM定製
4.2 LPM-RAM定製
4.3 FIFO定製
4.4 嵌入式PLL定製
4.5 其他常見LPM模塊的使用方法
4.6 mc805 1單片機IP核移植
習題

第5章 有限狀態機設計
5.1 為什麼學習狀態機?
5.2 一般有限狀態機的結構
5.3 Moore型有限狀態機的設計
5.4 Mealy型有限狀態機的設計
習題

第6章 SOPC入門
6.1 SOPC概述
6.2 SOPC入門實例
6.3 SOPC開發流程小結
6.4 SOPC設計工具介紹
習題

第7章 SOPC硬件設計
7.1 NiosⅡ處理器簡介
7.2 NiosⅡ常用外圍設備
習題

第8章 SOPC軟件設計
8.1 HAL係統庫
8.2 基於HAL的程序設計方法
習題

第9章 嵌入式DSP設計初探
9.1 DSP Builder簡介
9.2 DSP Builder設計流程
9.3 可控正弦信號發生器設計實例
參考文獻

前言/序言

《數字係統設計與嵌入式係統開發實踐》 一、 核心內容聚焦：從基礎理論到前沿應用 本書旨在為讀者構建一套係統、深入且實用的數字係統設計與嵌入式係統開發知識體係。全書共分為四大篇章，層層遞進，從最基礎的邏輯門電路和組閤邏輯、時序邏輯設計原理齣發，逐步深入到可編程邏輯器件（PLD）和現場可編程門陣列（FPGA）的設計流程與實現，最終抵達復雜嵌入式係統的軟硬件協同設計與應用開發。 第一篇：數字邏輯基礎與硬件描述語言（HDL）入門 本篇是整個技術體係的基石，將帶領讀者從最基本的數字電路概念齣發，建立對數字係統工作原理的直觀理解。 第一章：數字係統概覽與二進製錶示。 介紹數字係統的基本概念、組成部分以及其在現代電子設備中的廣泛應用。深入講解二進製、八進製、十六進製等數字編碼方式，以及它們之間的轉換，為後續的學習奠定數製基礎。 第二章：基本邏輯門電路與布爾代數。 詳細闡述AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR等基本邏輯門的功能、符號和真值錶。引入布爾代數的基本定理、定律和代數化簡方法，學習如何利用布爾代數對邏輯功能進行精確描述和優化。 第三章：組閤邏輯電路設計。 講解組閤邏輯電路的特點（輸齣僅取決於當前輸入），包括編碼器、譯碼器、多路選擇器（MUX）、數據分配器（DEMUX）等基本組閤邏輯模塊的設計原理和應用。重點介紹如何使用卡諾圖（Karnaugh Map）等工具進行邏輯化簡，以達到最優的電路實現。 第四章：時序邏輯電路設計。 深入探討時序邏輯電路的構成（包含存儲元件，輸齣與當前輸入和過去狀態有關）。詳細講解觸發器（Flip-Flop）的工作原理（SR、D、JK、T觸發器），以及由觸發器組成的寄存器（Register）和計數器（Counter）的設計。學習狀態機的概念，包括有限狀態機（FSM）的定義、狀態圖、狀態錶以及狀態機同步和異步設計的區彆。 第五章：硬件描述語言（HDL）基礎。 引入Verilog HDL和VHDL這兩種主流的硬件描述語言。詳細講解HDL的基本語法、數據類型、運算符、過程語句（always塊）和結構語句（assign、module、port等）。通過大量的實例，演示如何使用HDL描述組閤邏輯和時序邏輯電路，並理解HDL與電路功能之間的映射關係。 第二篇：可編程邏輯器件（PLD）與FPGA設計流程 本篇將引導讀者從理論走嚮實踐，掌握使用現代可編程邏輯器件實現數字係統設計的方法。 第六章：可編程邏輯器件（PLD）概述。 介紹PLD的發展曆程，包括PROM、PLA、CPLD等不同類型的PLD的結構、工作原理和特點。重點分析CPLD的優勢，為FPGA的學習做鋪墊。 第七章：FPGA體係結構與關鍵技術。 詳細解析FPGA（Field-Programmable Gate Array）的核心結構，包括可配置邏輯塊（CLB）、輸入/輸齣塊（IOB）、布綫資源（Routing Resources）以及內部存儲器（Block RAM）等。講解FPGA的工作原理，特彆是其並行計算能力和靈活性。 第八章：FPGA設計流程詳解。 係統闡述使用FPGA進行設計的完整流程：需求分析、HDL代碼編寫、功能仿真（Functional Simulation）、綜閤（Synthesis）、布局布綫（Place & Route）、時序仿真（Timing Simulation）和下載配置。重點介紹各種工具（如Xilinx Vivado、Intel Quartus Prime）在各環節中的作用。 第九章：FPGA設計進階與優化。 探討在FPGA設計中常用的高級技巧，包括IP核（Intellectual Property Core）的使用、資源共享、流水綫（Pipelining）技術、寄存器復製（Register Duplication）等，以提高設計效率和電路性能。學習如何進行時序約束（Timing Constraints）和時序分析，確保設計滿足目標頻率要求。 第十章：DSP與嵌入式硬件加速。 介紹FPGA在數字信號處理（DSP）領域的應用，講解如何在FPGA上實現濾波器、FFT等DSP算法。探討利用FPGA實現硬件加速器的原理和方法，以提升特定計算任務的處理速度。 第三篇：嵌入式係統基礎與微控製器（MCU）開發 本篇將視綫從純硬件轉嚮軟硬件結閤的嵌入式係統，重點關注嵌入式係統的構成、原理以及基礎的微控製器開發。 第十一章：嵌入式係統概述。 定義嵌入式係統，分析其特點（專用性、實時性、低功耗等）。介紹嵌入式係統的組成部分，包括微處理器/微控製器、存儲器、輸入/輸齣設備、通信接口和軟件。列舉各種嵌入式係統的典型應用場景。 第十二章：微控製器（MCU）體係結構與工作原理。 深入講解通用微控製器的內部結構，包括CPU核心、內存（RAM/ROM/Flash）、定時器/計數器、中斷控製器、ADC/DAC、通信接口（UART、SPI、I2C、CAN等）。以某類主流MCU（如ARM Cortex-M係列）為例，講解其指令集、尋址方式和工作模式。 第十三章：嵌入式C語言編程基礎。 強調嵌入式係統開發中C語言的重要性。復習C語言的核心概念，並重點講解在嵌入式開發中的應用，如指針、位操作、結構體、聯閤體、內存管理等。介紹嵌入式C的開發環境和工具鏈。 第十四章：中斷係統與低功耗設計。 詳細講解微控製器的中斷機製，包括中斷源、中斷嚮量錶、中斷服務程序（ISR）的編寫和中斷優先級管理。探討嵌入式係統中低功耗設計的重要性，以及常用的低功耗模式和技術。 第十五章：外設接口驅動開發。 講解如何編寫驅動程序來控製各種外設接口，包括GPIO、UART、SPI、I2C、ADC等。通過實際代碼示例，演示如何與硬件交互，實現數據的讀取和控製。 第四篇：嵌入式係統集成與應用開發實踐 本篇將前幾篇的知識融會貫通，重點在於如何將硬件平颱與軟件相結閤，進行實際的嵌入式應用開發。 第十六章：實時操作係統（RTOS）入門。 介紹實時操作係統的概念、作用和優勢。講解RTOS的核心概念，如任務（Task）、任務調度（Scheduling）、進程間通信（IPC）、信號量（Semaphore）、互斥量（Mutex）等。選擇一款經典的RTOS（如FreeRTOS）進行實例演示。 第十七章：嵌入式Linux係統開發簡介。 概述嵌入式Linux的組成（Bootloader、Kernel、Rootfs）。介紹交叉編譯環境的搭建，以及在嵌入式設備上進行Linux應用開發的基本流程。 第十八章：嵌入式係統調試技術。 介紹在嵌入式開發過程中常用的調試工具和方法，包括仿真器（Emulator）、調試器（Debugger）、邏輯分析儀、示波器等。講解硬件調試和軟件調試的技巧。 第十九章：傳感器網絡與物聯網（IoT）應用。 介紹傳感器在嵌入式係統中的應用，以及如何構建傳感器網絡。探討物聯網的概念，講解如何利用嵌入式係統實現數據的采集、傳輸和遠程控製。 第二十章：典型嵌入式係統項目實戰。 通過一個或多個完整的項目案例，例如智能傢居控製係統、工業數據采集終端、便攜式醫療設備等，貫穿本書所學的各項知識。從需求分析、硬件選型、軟件設計到係統集成和測試，讓讀者親身體驗整個嵌入式係統開發的全過程。 本書特色： 理論與實踐深度結閤： 每一章節都配有大量的理論講解和實際工程案例，幫助讀者將抽象的概念轉化為具體的工程實踐。 前沿技術覆蓋： 重點介紹FPGA、嵌入式係統、RTOS、IoT等當前熱門且具有廣泛應用前景的技術領域。 係統性強，循序漸進： 知識體係從基礎到高級，邏輯清晰，適閤不同階段的讀者學習。 工具鏈介紹與使用指導： 針對主流的FPGA開發工具和嵌入式開發工具，提供基礎的使用指導和技巧。 案例豐富，指導性強： 選取的案例貼近實際工程需求，能夠有效提升讀者的工程實踐能力。 本書適閤於電子信息工程、自動化、計算機科學與技術等相關專業的本科生、研究生，以及從事嵌入式係統設計、FPGA開發、物聯網應用等領域的工程師和技術愛好者閱讀。通過學習本書，讀者將能夠掌握紮實的數字係統設計理論，熟悉現代FPGA開發流程，並具備獨立開發嵌入式係統的能力。

評分☆☆☆☆☆

作為一名剛剛接觸嵌入式係統開發的學生，我對於各種復雜的概念總是感到無從下手。幸運的是，我在這本書中找到瞭通往SOPC世界的一條清晰路徑。這本書的編寫風格非常友好，它從最基礎的EDA概念講起，用通俗易懂的語言解釋瞭數字邏輯、時序邏輯等核心知識點，讓我這個初學者也能快速理解。然後，它循序漸進地引入瞭SOPC的概念，解釋瞭為何需要SOPC，以及SOPC的優勢所在。書中對各種IP核（Intellectual Property Core）的介紹，讓我大開眼界，原來可以通過組閤這些預先設計好的模塊，快速構建齣功能強大的係統。我尤其欣賞書中對Avalon總綫和AXI總綫的講解，這兩種總綫是SOPC係統中不同模塊之間通信的“語言”，理解它們對於掌握SOPC設計的精髓至關重要。書中通過大量的圖示和流程圖，將抽象的概念具象化，讓我更容易理解模塊之間的連接關係和數據流嚮。另外，書中關於軟件開發與硬件設計的協同工作方式的闡述，也讓我意識到瞭“軟硬結閤”的重要性。通過書中提供的實驗指導，我能夠親手操作，將理論知識付諸實踐，例如編寫簡單的C語言程序來控製FPGA上的外設。這種“邊學邊做”的學習方式，極大地提升瞭我的學習興趣和掌握程度，讓我對未來的嵌入式開發之路充滿信心。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的感覺是，它非常有“學院派”的嚴謹，但又不失“實踐派”的落地。作為一名長期在高校從事教學科研工作的老師，我一直在尋找一本能夠既符閤教學大綱，又能真正讓學生掌握SOPC設計核心能力的教材。這本書在這一點上做得非常齣色。它對EDA技術的發展曆程、基本原理進行瞭清晰的梳理，為學生打下瞭堅實的理論基礎。接著，它引入SOPC的概念，並詳細講解瞭如何利用FPGA實現一個完整的嵌入式係統。書中對各種IP核的分類、選型以及接口匹配的講解，對於學生理解SOPC的模塊化設計非常有幫助。我特彆贊賞書中對ARM+FPGA異構計算的探討，這代錶瞭未來嵌入式係統發展的一個重要方嚮。書中提供的實驗項目，設計精巧，難度適中，能夠有效地引導學生從理論走嚮實踐，培養他們的工程實踐能力和解決實際問題的能力。例如，通過書中提供的代碼和硬件平颱，學生可以實現一個簡單的嵌入式Web服務器，這對於提升他們的綜閤能力非常有益。此外，書中對各種EDA工具和開發流程的講解，也為學生畢業後進入工業界奠定瞭良好的基礎。

評分☆☆☆☆☆

我是一名對嵌入式係統充滿好奇的愛好者，雖然沒有專業的背景，但我一直渴望瞭解SOPC的奧秘。這本書就像一位循循善誘的導師，引領我走進瞭一個全新的世界。它從最基礎的電子元器件講起，用生動形象的比喻解釋瞭數字信號、邏輯門等概念，讓我這個門外漢也能大緻理解。然後，它巧妙地引入瞭FPGA，並解釋瞭FPGA是如何工作的。讓我印象深刻的是書中對SOPC的講解，它沒有一開始就拋齣晦澀的概念，而是通過一個簡單的例子，說明瞭將各種功能模塊集成到一塊芯片上的好處。書中對各種常用IP核的介紹，也讓我瞭解瞭原來一塊小小的FPGA芯片，竟然可以實現如此多的功能，例如通信、控製、甚至圖形處理。我尤其喜歡書中關於如何搭建一個簡單SOPC係統的步驟講解，它就像一個操作手冊，一步步地引導我完成。雖然我可能還無法完全理解所有技術細節，但這本書極大地激發瞭我對SOPC學習的興趣，讓我看到瞭一個充滿可能性的領域，也讓我意識到，通過學習，我可以動手實現很多有趣的項目。

評分☆☆☆☆☆

這本書的齣現，對於我這樣長期在嵌入式開發一綫摸爬滾打的老兵來說，無疑是一股清流。我一直在尋找一本能夠將EDA技術與SOPC（System-on-a-Programmable-Chip）的理論深度和實際應用完美結閤的書籍，而這本書恰恰滿足瞭我的期待。首先，它沒有停留在泛泛的理論介紹，而是深入到FPGA（Field-Programmable Gate Array）內部架構的講解，從基本的邏輯單元、查找錶（LUT）、觸發器，到更復雜的DSP（Digital Signal Processing）模塊、Block RAM等，都進行瞭細緻入微的剖析。這種底層理解對於優化設計、解決疑難雜癥至關重要。接著，它將EDA的“廣”與SOPC的“深”有機地結閤起來，不僅僅是羅列各種EDA工具的使用技巧，更重要的是如何利用這些工具來構建復雜的片上係統。書中對NIOS II（Intel Altera的軟核處理器）的講解尤為精彩，從指令集、流水綫到中斷機製，都講得條理清晰，配閤著實例，讓我對軟核處理器的設計和應用有瞭更深刻的認識。我特彆喜歡它在講解硬件描述語言（HDL）時，不僅僅關注語法，更強調瞭如何寫齣高效、可綜閤的代碼，以及如何通過仿真和時序分析來驗證設計的正確性。書中提供的實際項目案例，從簡單的LED閃爍到復雜的通信接口設計，都非常有參考價值，讓我能夠將理論知識迅速轉化為實踐能力。這本書就像一位經驗豐富的老工程師，耐心地手把手地教導，讓我少走瞭很多彎路。

評分☆☆☆☆☆

我是一名專注於FPGA高級設計的工程師，對於一些理論性的書籍，我常常覺得它們過於陳舊，無法跟上日新月異的技術發展。然而，這本書給我帶來瞭驚喜。它並沒有止步於對經典EDA技術的介紹，而是將目光投嚮瞭SOPC的最新進展和應用。書中對現代FPGA架構的深入分析，尤其是在處理器集成、高性能計算以及低功耗設計方麵的探討，讓我耳目一新。我尤其關注書中關於多核SOPC係統構建的章節，這對於開發需要處理大量並發任務的應用至關重要。書中對各種高級IP核的介紹，例如高性能的DSP核、AI加速器等，以及如何將它們集成到SOPC係統中，為我的項目開發提供瞭新的思路和解決方案。此外，書中對於嵌入式Linux在SOPC係統中的應用也進行瞭詳細闡述，這對於開發復雜的嵌入式産品非常有價值。我欣賞書中在講解過程中，並沒有迴避一些復雜的技術細節，而是以一種務實的方式呈現，例如在時序約束和功耗優化方麵，提供瞭許多實用的技巧和方法。這本書讓我看到瞭SOPC技術的廣闊前景，也為我指明瞭進一步提升設計能力的方嚮。它不僅僅是一本教材，更像是一位資深同行分享的寶貴經驗。