FPGA項目開發實戰講解 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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李憲強 著

圖書標籤:

• FPGA
• 項目開發
• Verilog
• VHDL
• 數字電路
• 嵌入式係統
• 硬件設計
• Xilinx
• Altera
• 開發闆

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121256400

版次：1

商品編碼：11677232

包裝：平裝

叢書名： FPGA應用技術叢書

開本：16開

齣版時間：2015-04-01

用紙：膠版紙

頁數：260

正文語種：中文

內容簡介

　　《FPGA項目開發實戰講解》立足於工程實踐經驗，首先介紹FPGA的原理、語法、設計技巧，然後詳細介紹瞭7項常用技術的實現。每項技術從以下幾方麵介紹：相關技術介紹、FPGA方案框圖設計、子模塊設計、仿真和測試、項目開發過程中遇到的問題、定位和解決措施，其中插入瞭大量的狀態機轉換圖和關鍵代碼，方便讀者學習。

作者簡介

　　李憲強，就職於中科院，長期從事FPGA方麵一綫科研工作，積纍瞭豐富的實踐經驗。

目錄

第1章 FPGA介紹 1
1．1 FPGA的優勢 1
1．2 FPGA典型結構圖 2
1．3 LUT原理 6
1．4 FPGA上電配置過程時序圖 7
1．5 FPGA基本開發流程 10
第2章 Verilog語法介紹 13
2．1 Verilog HDL語言簡介 13
2．1．1 什麼是Verilog HDL 13
2．1．2 Verilog HLC的曆史 13
2．2 Verilog HDL和VHDL語言比較 14
2．3 Verilog語法介紹 15
2．3．1 模塊 15
2．3．2 常量 16
2．3．3 parameter與define的區彆 18
2．3．4 reg和wire 19
2．3．5 操作符 21
2．3．6 assign和always語句 21
2．3．7 if和case語句 23
2．3．8 循環語句 25
2．3．9 模塊實例化 25
2．3．10 預處理指令 26
2．3．11 係統任務 26
2．3．12 task和function語句的區彆 29
2．3．13 文件操作 30
第3章 FPGA開發必要的技術積纍 33
3．1 鎖存器、觸發器 33
3．2 時序的基本概念 34
3．2．1 建立和保持時間 34
3．2．2 同步係統中時序分析 34
3．3 異步時鍾域和亞穩態 37
3．3．1 什麼是亞穩態 37
3．3．2 亞穩態發生場閤 37
3．3．3 亞穩態危害 38
3．3．4 怎麼減少亞穩態的發生 38
3．3．5 案例：亞穩態導緻通信異常 39
3．4 狀態機的設計 39
3．5 復位信號 40
3．5．1 同步復位和異步復位比較 40
3．5．2 案例：和復位信號相關的項目 41
3．6 串並轉換和並串轉換 42
3．7 流水技術 42
3．7．1 流水技術原理 42
3．7．2 案例：NAND FLASH流水實現高速存儲 43
3．8 乒乓操作 44
3．9 雙嚮端口使用 45
3．9．1 數據總綫的設計 45
3．9．2 程序設計 45
3．9．3 案例：MCU接口程序 46
3．10 Xilinx原語介紹 49
3．10．1 時鍾組件 49
3．10．2 吉比特收發器組件 50
3．10．3 I/O端口組件 50
3．10．4 IBUFDS 51
3．10．5 IDELAY 52
3．10．6 OBUFDS 53
3．11 DCM原理 54
3．12 RAM核的使用 56
3．13 FPGA時序約束 60
3．13．1 FPGA約束介紹 60
3．13．2 案例：500MSPS的A/D轉換器 63
3．14 生成IP核 70
3．14．1 生成IP核的方法 70
3．14．2 案例：生成IP核的具體操作過程 71
3．15 保持層次關係 73
3．16 Chipscope ICON和ILA 75
3．16．1 Chipscope介紹 75
3．16．2 案例：以DSP接口程序為例介紹使用流程 77
3．17 Verilog編碼風格注意事項總結 79
3．18 FPGA學習步驟 80
3．19 FPGA工作方式 81
第4章 FIFO控製器設計 83
4．1 FIFO相關的概念 83
4．2 設計指標 84
4．3 同步FIFO設計 84
4．3．1 雙端口RAM介紹 84
4．3．2 同步FIFO設計 85
4．4 異步FIFO設計 88
4．4．1 空/滿標誌的産生 88
4．4．2 亞穩態問題 88
4．4．3 格雷碼 89
4．4．4 異步FIFO設計及結果 90
第5章 串口通信模塊設計 95
5．1 串口通信概述 95
5．1．1 串口介紹 95
5．1．2 串口幀格式 96
5．2 設計指標 97
5．3 串口通信模塊方案 97
5．3．1 原理框圖 97
5．3．2 FPGA方案 98
5．4 串口通信各個模塊設計 99
5．4．1 MCU配置模塊設計 99
5．4．2 發送模塊設計 106
5．4．3 接收模塊設計 114
5．4．4 頂層模塊 123
5．5 串口通信模塊調試注意事項 126
第6章 數/模及模/數轉換控製模塊設計 127
6．1 相關技術介紹 127
6．1．1 數/模轉換器（DAC）介紹 127
6．1．2 模/數轉換器（ADC）介紹 129
6．1．3 數/模轉換芯片AD5641介紹 131
6．1．4 模/數轉換芯片ADS7230介紹 132
6．2 技術指標要求 135
6．3 D/A模塊設計 136
6．4 AD模塊設計 141
6．5 遇到的問題、排查及定位 148
第7章 HDLC總綫控製器設計 149
7．1 HDLC協議介紹 149
7．2 CRC校驗 150
7．3 設計技術指標 150
7．4 HDLC電路圖 150
7．5 HDLC總綫控製器模塊劃分 151
7．6 HDLC總綫控製器各個模塊設計 152
7．6．1 CRC模塊設計 152
7．6．2 發送編碼設計及結果 152
7．6．3 接收解碼設計及結果 163
7．7 遇到的問題及解決辦法 174
第8章 SDRAM控製器設計 175
8．1 SDRAM簡介 175
8．2 SDRAM芯片介紹 176
8．3 SDRAM設計方案 178
8．3．1 刷新周期的問題 180
8．3．2 初始化模塊 183
8．3．3 定時刷新請求信號産生模塊 184
8．3．4 讀/寫請求産生模塊 185
8．3．5 讀/寫狀態機 187
第9章 NAND FLASH控製器設計 195
9．1 NAND FLASH介紹 195
9．1．1 NAND FLASH信號功能介紹 195
9．1．2 芯片存儲陣列結構和地址尋址 196
9．1．3 NAND FLASH時序圖介紹 197
9．2 設計技術指標 201
9．3 原理圖介紹 202
9．4 NAND FLASH控製器方案 202
9．5 NAND FLASH各個模塊設計 203
9．5．1 MCU接口模塊 203
9．5．2 FLASH管理模塊 205
9．5．3 NAND FLASH壞塊錶查找模塊設計 209
9．5．4 NAND FLASH頁查找模塊設計 210
9．5．5 NAND FLASH讀模塊設計 211
9．5．6 NAND FLASH寫模塊設計 212
9．5．7 NAND FLASH塊擦除模塊設計 214
9．6 遇到的問題及解決辦法 217
9．6．1 對FLASH的讀/寫不能完成 217
9．6．2 讀/寫不穩定 217
第10章 1553B總綫控製器設計 218
10．1 1553B總綫介紹 218
10．1．1 總綫拓撲結構 219
10．1．2 編碼方式 220
10．1．3 1553B數據格式 220
10．1．4 總綫數據傳輸過程說明 223
10．2 設計技術指標 224
10．3 原理圖介紹 224
10．4 收發器芯片介紹 224
10．5 1553B總綫控製器方案 225
10．6 1553B總綫控製器各個模塊設計 226
10．6．1 曼徹斯特編碼模塊設計 226
10．6．2 曼徹斯特解碼模塊設計 230
10．6．3 協議處理模塊設計 231
10．6．4 RT接收模塊設計 238
10．6．5 RT發送模塊設計 242
10．6．6 RT-RT模塊設計 243
10．6．7 Broadcast模塊設計 243
10．7 測試結果 245
10．8 遇到的問題及解決辦法 246
參考文獻 247
後記 248

前言/序言

智能時代的脈搏：深入剖析硬件設計與嵌入式開發 在這信息爆炸、萬物互聯的時代，計算能力的邊界不斷被刷新，而這背後，往往離不開強大的硬件支撐。從消費電子到尖端科研，從汽車電子到工業自動化，再到如今飛速發展的物聯網和人工智能，核心的驅動力之一正是高效、靈活且性能卓越的硬件設計。本書，並非直接聚焦於具體的FPGA項目實戰講解，而是將目光投嚮更廣闊的硬件開發與嵌入式係統領域，深入探究其核心原理、關鍵技術以及未來的發展趨勢。 本書旨在為讀者構建一個堅實的硬件開發基礎理論框架，並在此之上，拓展至嵌入式係統設計的方方麵麵。我們將一同揭開現代電子設備“大腦”的運作奧秘，理解它們如何從概念轉化為觸手可及的産品，並逐步掌握構建復雜智能係統的必備知識和技能。 第一篇：數字電路與邏輯設計基石 要理解現代硬件的精妙，首先必須迴溯到最基礎的數字邏輯。本篇將詳細闡述數字電路的基本原理，包括二進製、邏輯門（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR）、布爾代數以及它們在數字係統中的應用。我們將深入講解組閤邏輯和時序邏輯的設計方法，掌握如何利用狀態機（FSM）來描述和實現序列控製邏輯，理解觸發器（Flip-flops）和寄存器（Registers）在數據存儲與傳遞中的關鍵作用。 此外，本篇還將觸及數字係統設計的關鍵抽象層次。我們將介紹邏輯門級、寄存器傳輸級（RTL）以及行為級等不同的設計視角，並講解如何從高層次的抽象描述逐步細化到具體的硬件實現。理解這些抽象層次的轉換，是進行復雜係統設計的前提，它能幫助我們更好地管理設計復雜度，提高開發效率。 第二篇：計算機體係結構與指令集 硬件設計的終極目標是構建能夠執行特定任務的計算單元。因此，對計算機體係結構的基本理解至關重要。本篇將深入剖析經典和現代的計算機體係結構，包括RISC（精簡指令集計算機）和CISC（復雜指令集計算機）的設計理念及其優劣。我們將詳細講解CPU（中央處理器）的核心組成部分，如指令寄存器、程序計數器、算術邏輯單元（ALU）、寄存器文件等，以及它們協同工作的工作流程。 指令集架構（ISA）是硬件和軟件之間的橋梁。本篇將剖析不同指令集的特點，例如x86、ARM等主流架構的指令集設計原則，以及如何通過指令集來錶達計算操作。我們將探討指令流水綫（Instruction Pipelining）、超標量（Superscalar）和亂序執行（Out-of-Order Execution）等提高CPU性能的技術，理解它們如何通過並行處理來加速指令的執行。 第三篇：存儲器係統與接口技術 數據是智能係統的生命綫，而高效可靠的存儲器係統和多樣化的接口技術則是保證數據流通的關鍵。本篇將全麵介紹各種類型的存儲器，包括易失性存儲器（如DRAM、SRAM）和非易失性存儲器（如Flash、EEPROM），深入理解它們的存儲原理、讀寫時序以及在係統中的應用場景。 此外，本篇還將詳細解析各種常見的外部接口技術，如USB、PCIe、Ethernet、HDMI等。我們將探討這些接口的工作協議、數據傳輸方式、物理層設計以及在不同應用中的集成方法。理解這些接口，是連接處理器與外部設備、構建完整嵌入式係統的基礎。 第四篇：嵌入式操作係統（RTOS） 對於任何一個復雜的嵌入式係統，都離不開操作係統的支撐。本篇將聚焦於嵌入式實時操作係統（RTOS）的設計原理和核心概念。我們將深入講解任務（Task）與綫程（Thread）的概念，理解任務調度（Scheduling）算法，如先占式調度、非先占式調度、時間片輪轉等，以及它們如何管理係統中的並發執行。 此外，我們還將學習RTOS提供的核心服務，如進程間通信（IPC）機製（消息隊列、信號量、互斥鎖）、中斷處理（Interrupt Handling）、內存管理（Memory Management）以及定時器（Timers）等。通過理解這些RTOS的核心組件，讀者將能夠掌握如何構建一個穩定、高效、具備實時響應能力的嵌入式軟件環境。 第五篇：驅動程序開發與中間件 操作係統之上，還需要驅動程序來控製和管理硬件設備。本篇將詳細闡述驅動程序的設計理念和開發流程。我們將學習如何編寫設備驅動，使其能夠與操作係統內核進行交互，以及如何通過驅動來暴露硬件的功能給上層應用。 同時，我們還將探討中間件（Middleware）在嵌入式係統中的作用。中間件可以看作是連接操作係統和應用軟件之間的橋梁，它提供瞭一係列服務和抽象，簡化瞭應用開發。我們將介紹一些常見的嵌入式中間件，如文件係統、網絡協議棧、圖形庫等，並分析它們如何提升開發效率和係統復用性。 第六篇：嵌入式係統安全性 隨著嵌入式設備在關鍵基礎設施和個人生活中的普及，安全性已成為不可忽視的重要議題。本篇將深入探討嵌入式係統的安全挑戰，包括硬件安全漏洞、軟件安全弱點以及通信安全問題。我們將介紹常見的安全攻擊手段，如緩衝區溢齣、側信道攻擊、重放攻擊等，並講解相應的防禦策略。 此外，本篇還將介紹加密技術（如AES、RSA）、安全啓動（Secure Boot）、可信執行環境（TEE）等安全硬件和軟件機製，以及如何通過安全編碼實踐來降低軟件層的安全風險。掌握嵌入式係統安全性知識，對於構建可靠、安全的智能設備至關重要。 第七篇：物聯網（IoT）與邊緣計算 物聯網的興起極大地拓展瞭嵌入式係統的應用範圍。本篇將聚焦於物聯網的架構、通信協議和關鍵技術。我們將深入講解MQTT、CoAP等物聯網通信協議，以及Wi-Fi、Bluetooth、LoRa等無綫通信技術。 同時，我們還將探討邊緣計算（Edge Computing）的概念及其在物聯網中的重要性。邊緣計算將計算能力從雲端推嚮網絡邊緣的設備，從而實現更低的延遲、更高的帶寬利用率和更好的隱私保護。本篇將分析邊緣計算的架構、挑戰以及在智能傢居、智能交通、工業物聯網等領域的應用前景。 第八篇：高性能計算與人工智能硬件 人工智能的飛速發展對硬件提齣瞭前所未有的要求。本篇將探索支持高性能計算和人工智能的硬件技術。我們將介紹GPU（圖形處理器）在通用計算中的應用，以及其並行計算架構的優勢。 此外，本篇還將深入講解專門為人工智能設計的硬件加速器，如ASIC（專用集成電路）和FPGA（現場可編程門陣列）在AI推理和訓練中的應用。我們將分析這些硬件的設計特點、性能優勢以及它們如何推動深度學習模型的實現。雖然本書不直接講解FPGA項目，但通過本篇的介紹，讀者將能理解FPGA作為一種高度靈活的硬件平颱，在定製化AI加速器設計中的獨特價值。 展望未來 本書的最後一章將聚焦於硬件設計和嵌入式係統領域的未來發展趨勢。我們將探討低功耗設計、異構計算、可重構計算、量子計算的潛在影響，以及AI技術在硬件設計流程中的應用。通過對這些前沿領域的探討，本書旨在激發讀者對未來智能硬件的想象力，並為他們在不斷變化的科技浪潮中指明方嚮。 總而言之，本書將帶領讀者踏上一段深入理解現代智能設備“內在機理”的探索之旅。它不僅提供瞭堅實的理論基礎，更拓寬瞭視野，幫助讀者理解硬件、軟件與係統如何協同工作，構建齣我們賴以生存的智能世界。本書的價值在於，它為您打開瞭一扇通往更深層次硬件設計與嵌入式係統開發的門，讓您能夠更清晰地認識到組成我們數字化生活的基石。

評分☆☆☆☆☆

我一直在尋找一本能夠係統性地提升FPGA設計能力的進階讀物，而《FPGA項目開發實戰講解》恰好滿足瞭我的需求。這本書的結構設計非常巧妙，它並沒有僅僅停留在基礎知識的復述，而是將重點放在瞭如何將這些知識融會貫通，並應用到實際的項目開發中。作者在處理每一個項目時，都展現齣一種嚴謹而又靈活的設計理念。我尤其欣賞書中對項目需求的分析、架構設計、模塊劃分以及時序約束等關鍵環節的深入剖析。這些內容往往是新手容易忽略但又是項目成功的基石。書中的案例並非那種“玩具”性質的簡單演示，而是真實項目中會遇到的挑戰，比如如何優化資源利用率，如何提高設計性能，如何進行有效的仿真和調試。作者在講解時，不隻給齣“怎麼做”，更重要的是解釋“為什麼這麼做”，這種“知其然，更知其所以然”的講解方式，極大地提升瞭我的理解深度和解決問題的能力。此外，書中的調試技巧和問題排查方法也讓我受益匪淺，很多我之前在項目中遇到的棘手問題，在這本書的指導下都迎刃而解。對於想要在FPGA領域深入發展，並能夠獨立承擔復雜項目設計的工程師來說，這本書絕對是不可或缺的參考資料。

評分☆☆☆☆☆

這本《FPGA項目開發實戰講解》簡直是我近期最大的驚喜！作為一名對FPGA充滿好奇但又無從下手的新手，我之前嘗試過一些在綫教程和零散的文章，但總感覺像在海麵上漂浮，抓不住核心。這本書徹底改變瞭我的看法。它不是那種枯燥乏味的理論堆砌，而是真正地從“實戰”齣發，手把手地帶領讀者走進真實的FPGA項目開發流程。我特彆喜歡它在項目選擇上的眼光，每一個案例都非常經典且具有代錶性，從簡單的LED閃爍到復雜的通信接口，再到一些嵌入式係統的構建，覆蓋的範圍很廣，但又不會顯得過於龐雜，每個項目都解釋得非常透徹，讓我能夠清晰地理解項目背後的邏輯和設計思路。而且，作者在講解過程中，並沒有迴避實際開發中可能遇到的各種坑，反而將這些“坑”作為重要的學習點，詳細地分析瞭原因和解決方案。這讓我覺得作者非常接地氣，仿佛一位經驗豐富的導師，在旁邊耐心指導。書中的代碼示例也寫得非常規範、清晰，易於閱讀和理解，並且給齣瞭詳細的注釋，讓我能夠快速地掌握代碼的含義和用法。總而言之，如果你也像我一樣，渴望掌握FPGA實戰技能，這本書絕對是你的不二之選，它能讓你從“知道”FPGA變成“會用”FPGA。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的感覺就像是一位經驗老道的工程師，在我的案頭留下瞭他的心血總結。它沒有華麗的辭藻，沒有故弄玄虛的理論，而是充滿瞭實實在在的乾貨。《FPGA項目開發實戰講解》最吸引我的地方在於其“實戰”的定位，它緊密圍繞著如何完成一個完整的FPGA項目展開，從項目啓動到最終實現，每一個環節都講解得淋灕盡緻。書中選取的項目案例非常貼近實際工業應用，能夠幫助讀者快速地瞭解真實的開發環境和流程。我特彆喜歡作者在講解每個項目時，都會先提齣一個清晰明確的目標，然後一步步分解任務，並詳細介紹每一步的操作和背後的原理。這種結構化的講解方式，讓我在學習過程中不會感到迷茫，始終知道自己在做什麼，以及為什麼這樣做。而且，書中對於設計中的權衡和取捨也有非常深刻的討論，比如在速度、麵積和功耗之間的選擇，這讓我對FPGA設計的復雜性有瞭更深的認識。讓我印象深刻的是，書中還分享瞭一些非常實用的技巧和經驗，比如如何高效地編寫Verilog/VHDL代碼，如何進行模塊化設計，以及如何利用各種工具進行仿真和驗證，這些內容對於提升我的開發效率和設計質量有著立竿見影的效果。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在FPGA領域摸索瞭幾年，但總感覺自己停留在“紙上談兵”階段的工程師，《FPGA項目開發實戰講解》這本書為我提供瞭一條清晰的“落地”路徑。它讓我意識到，理論知識固然重要，但缺乏實踐的檢驗，這些知識就如同空中樓閣。這本書的“實戰”二字，絕非虛名，它通過一係列精心挑選的、具有代錶性的項目，真實地模擬瞭項目開發的全過程。我非常喜歡書中的案例選擇，它們既有經典的應用，也有一些前沿的課題，能夠很好地拓寬我的視野，讓我看到FPGA在各個領域的無限可能。作者在講解每個項目時，都展現齣一種深入骨髓的理解，不僅僅是告訴你“怎麼做”，更是深入剖析瞭“為什麼這麼做”，包括設計上的考量，性能上的權衡，以及潛在的風險。這使得我在學習過程中，不僅僅是模仿，而是能夠真正地理解設計背後的邏輯，並從中獲得啓發。書中對於各種調試工具的使用技巧，以及如何快速定位和解決設計中的bug，更是讓我感覺如獲至寶，這部分內容無疑會大大提升我在實際工作中的效率。總而言之，這本書為我提供瞭一個極佳的學習平颱，讓我能夠將零散的知識點串聯起來，形成完整的項目開發能力。

評分☆☆☆☆☆

這本書的價值遠遠超齣瞭我的預期，它真正地幫助我打開瞭FPGA項目開發的大門。《FPGA項目開發實戰講解》不是那種“一目瞭然”的學習資料，它更像是一本需要細細品味的“武功秘籍”。我之所以這樣說，是因為書中的每一個項目都經過瞭精心的設計和打磨，不僅僅是代碼的堆砌，更是對整個開發流程的深度還原。作者在講解過程中，非常注重細節，從工程的創建、IP核的配置，到綜閤、布局布綫、時序分析，再到最終的下載和測試，每一個步驟都講解得非常細緻，並且給齣瞭大量的圖示和流程圖，這對於我這樣的初學者來說，簡直是福音。我特彆欣賞書中對於不同FPGA器件傢族和開發工具的介紹，這讓我能夠對市麵上的主流産品和工具有一個整體的認識，並能夠根據實際項目需求做齣更明智的選擇。更重要的是，書中穿插瞭大量關於如何進行項目管理的建議，比如如何進行版本控製，如何編寫文檔，如何與團隊協作等等，這些軟技能的培養，對於一個未來的FPGA工程師來說，同樣至關重要。這本書讓我明白，FPGA開發不僅僅是寫代碼，更是一個係統性的工程。

評分☆☆☆☆☆

剛收到，要好好研讀一番。。。。。

評分☆☆☆☆☆

挺不錯的書，主要是書中的幾個例子對我的項目有幫助，好評

評分☆☆☆☆☆

挺不錯的書，主要是書中的幾個例子對我的項目有幫助，好評

評分☆☆☆☆☆

沒看，應該不錯！！！！

評分☆☆☆☆☆

書質量不錯，非常好，正版。

評分☆☆☆☆☆

參考一下還是有些幫助的

評分☆☆☆☆☆

還行。。。但講的不夠細。。。。。。。。。。

評分☆☆☆☆☆

剛收到，要好好研讀一番。。。。。

評分☆☆☆☆☆

等看完再來追評，還沒看呢，明天看，好好學習