深入浅出玩转FPGA(第3版)【博客藏经阁丛书】 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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吴厚航 著

图书标签:

• FPGA
• 数字电路
• Verilog
• VHDL
• 硬件设计
• 可编程逻辑
• 嵌入式系统
• 开发板
• 电子工程
• 博客藏经阁

出版社： 北京航空航天大学出版社

ISBN：9787512423794

版次：3

商品编码：12090009

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-05-01

用纸：胶版纸

内容简介

　　深入浅出玩转FPGA(第3版)【博客藏经阁丛书】

　　本书收集整理了作者在FPGA项目实践中的经验点滴。书中既有常用FPGA设计方法和技巧的探讨,引领读者掌握FPGA设计的精髓;也有很多生动的项目案例分析,帮助读者加深对重要知识点的理解,并且这些案例大都以特定的工程项目为依托,有一定的借鉴价值。此外,本书还有多个完整的项目工程实例,让读者从系统角度理解FPGA的开发流程。本书从工程实践出发,旨在引领读者学会如何在FPGA的开发设计过程中发现问题、分析问题并解决问题。本书的主要读者对象为电子、计算机、控制及信息等相关专业的在校学生、从事FPGA/CPLD开发设计的电子工程师以及所有电子设计制作的爱好者们。

目录

第一部分 基础普及
笔记1 初识FPGA
一、关于FPGA的一些基本概念
二、关于FPGA的基本结构
笔记2 应用领域
一、逻辑黏合与实时控制
二、信号采集处理与协议实现
三、原型验证系统、片上系统与其他应用
笔记3 开发流程
一、需求分析到模块划分
二、设计输入到综合优化
三、实现到时序收敛
四、仿真测试到板级调试

第二部分 基本语法
笔记4 语法学习的经验之谈
笔记5 可综合的语法子集
一、模块声明类语法：module…endmodule
二、端口声明：input，output，inout
三、参数定义：parameter
四、信号类型：wire，reg等
五、比较判断：if…else，case…default…endcase
六、循环语句：for
七、任务定义：taskendtask
八、连续赋值：assign，问号表达式（？：）
九、always模块
十、运算操作符
十一、赋值符号：＝和＜＝
笔记6 代码书写规范
一、代码书写规范
二、标识符
三、格式
四、注释
笔记7 代码风格
一、代码风格概述
二、寄存器电路的设计方式
三、同步以及时钟的设计原则
四、双向引脚的控制代码
五、提升系统性能的代码风格

第三部分 设计技巧与思想
笔记8 漫谈状态机设计
一、状态机的基本概念
二、3种不同状态机写法
笔记9 复位设计
一、异步复位与同步复位
二、复位与亚稳态
三、异步复位、同步释放
四、PLL配置后的复位设计
笔记10 FPGA重要设计思想及工程应用
一、速度和面积互换原则
二、乒乓操作及串／并转换设计
三、流水线设计
四、逻辑复制与模块复用
五、模块化设计
六、时钟设计技巧
笔记11 基于FPGA的跨时钟域信号处理
一、同步设计思想
二、单向控制信号检测
三、专用握手信号
四、搞定亚稳态
五、借助于存储器

第四部分 仿真测试
笔记12 简单的Testbench设计
一、Testbench概述
二、基本Testbench的搭建
笔记13 Testbench书写技巧
一、封装有用的子程序
二、关于变量的定义
三、HDL的并行性
四、结构化Testbench
五、读／写紊乱状态
六、防止同时调用task
笔记14 测试用例设计
一、模拟串口自收发通信
二、乘法器全覆盖测试
三、可重用MCU读／写设计

第五部分 时序分析
笔记15 时序分析基础
一、基本的时序分析理论
二、时钟、建立时间和保持时间
三、基本时序路径分析
四、reg2reg路径的时序分析
笔记16 reg2pin时序分析案例
笔记17 pin2reg时序分析案例
笔记18 基于TimeQuest的时序分析
一、从Technology Map Viewer分析Clock Setup Slack
二、基于TimeQuest的reg2reg之Tb分析
三、添加时序例外
四、多周期约束的基本用法
五、QuartusⅡ流水线均衡负载设置实例
六、读SRAM时序约束分析
七、源同步接口的时序模型
八、recovery时序优化一例
九、基于Chip Planner的时序优化一例

第六部分 实践经验与感悟
笔记19 系统架构思想
一、FPGA到底能做什么
二、DMA无处不在
三、图片显示速度测试报告
四、仲裁逻辑设计要点
五、硬件加速：用起来很美
六、数据吞吐量预估一例
七、秒杀FPGA片间通信
八、FPGA+CPU：并行处理大行其道
笔记20 实践应用技巧
一、被综合掉的寄存器
二、Vcrilog中宏定义位宽带来的问题
三、Verilog代码可移植性设计
四、Cyclone器件全局时钟尽在掌控
五、CycloneⅢ原型开发调试
六、M4K使用率
七、榨干FPGA片上存储资源
八、存储器实现方式转换
九、关于MAXⅡ上电和复位的一点讨论
十、基于A1tera FPGA的LVDS配置实例
十一、用FPGA的差分输入实现A／D转换
十二、守株待兔，收效显著
笔记21 板级调试
一、复用引脚，陷阱多多
二、EPCS芯片的信号完整性问题
三、都是I／O弱上拉惹的祸
四、被忽略的硬件常识——I／O电气特性
五、PLL专用输出引脚带来的反思
六、毛刺滤波的一些方法
七、基于FPGA的LVDS差分阻抗设计应用实例
八、使用FPGA时钟展频技术搞定RE测试

第七部分 项目案例
笔记22 DIY逻辑分析仪
一、背景介绍
二、功能需求及模块划分
三、数据采集、触发及存储
四、基于VGA的显示界面设计
笔记23 DIY数码相框
一、背景介绍
二、功能需求及模块划分
三、SPI接口控制
四、SD卡数据存储结构与FAT16文件系统
五、SD卡初始化及读操作
六、SDRAM控制器设计
七、BMP格式图片显示

第八部分 网络杂文
笔记24 苦练基本功
一、datasheet要看原版
二、开发工具要熟练
三、焊接功底要扎实
四、不要厌烦写文档
笔记25 永远忠于年轻时的梦想
笔记26 年轻正当时
笔记27 FPGA工程师：持守梦想or屈于现实
参考文献

前言/序言

　　时光荏苒,岁月如梭,转眼间,本书第1版出版至今已是第7个年头。翻看当当网的硬件图书子类年度畅销榜,《深入浅出玩转FPGA》居然也是常年占据前8的位置。对于这样一本专业性很强的技术类图书,原本就很小众,竟也能够取得如此成绩,实属不易。而在特权同学看来,更多的是一份责任,一份将此书的再版用心做得更好的决心。7年,对于任何人任何事都是一段不短的旅程。而对于特权同学,从年少多梦到脚踏实地,从追求全面到喜欢专注,从懵懂无畏到学习降卑;对于FPGA的认知,也是从理论到实践,从表象到内里,不敢说自己已经达到了怎样的境界,但至少,还留在了这条通往技术圣殿的康庄大道上,不偏左右。所以,7年过去了,我还可以继续以技术的视角去审视过去所写的文字。除此以外,特权同学也是使尽洪荒之力,意图将这些年一些新的感悟和总结也跃然纸上,分享给广大的读者。尤其是本书的第二部分和第五部分,基础语法和时序分析方面的技术点,这分别是初学者和进阶者的难点、痛点,因此书中既有理论的阐释说明,也有一定的案例解析。全书内容有限,有增必有减,因此某些章节的内容也会有些删减,但是目的只有一个,将最精华的部分继续呈现给读者。还记得,请EDN编辑部帮忙写的第1版序言的大标题“写一本好书吧”,时间在教会我读懂这句话的真正内涵,它不带任何的功利色彩,它只是一种不断的给予,一种只知付出的分享……思绪突然让我想起了一首诗歌,仅以它开头的几句话收尾———让我爱而不受感戴让我事而不受赏赐让我尽力而不被人记让我受苦而不被人睹只知倾酒不知饮酒……

　　特权同学2017年3月于上海

　　前言

　　FPGA器件的应用是继单片机之后,当今嵌入式系统开发中最为热门的关键技术之一,在国内也有着很广泛的应用群体。对于很多还在高校里深造的学生,甚至一些从未接触过FPGA的硬件工程师们,都希望能够掌握这样一门新技术。而基于FPGA的开发设计与以往的软件或硬件开发有着很大的不同,Verilog或VHDL等硬件描述语言的使用也有着很多的技巧和方法。如何能够快速掌握这门技术呢?捷径是没有的,需要学习者多花时间和精力。从特权同学个人的学习经历来看,理论很重要,实践更重要。理论与实践结合过程中更需要多思考,多分析,多总结。在初学时,特权同学也曾买过市场上的FPGA/CPLD实验板,开始实践时也只是简单的学会了下载配置,对一些通用的外设玩得更娴熟而已。但是这还远远不够,在实例代码的学习过程中,特权同学对代码风格的重要性感受颇深。玩过这些板子,特权同学重新回归理论,开始大量的阅读Altera和Xilinx官方提供的Handbook和ApplicationNote,从中更是领悟了很多的设计技巧和方法,也发现要真刀真枪的做一个FPGA项目也并非易事。在这期间,特权同学参与了不少小项目的设计工作,由于没有高人指点,花了很多时间和精力在琢磨,也算是走了不少弯路。但是很庆幸,功夫不负有心人,在一大堆英文资料和实际摸索中,一个个设计难点都迎刃而解。FPGA设计的精髓不仅仅是设计输入,那顶多不过是整个流程中最重要的一部分而已,如何对综合与布局布线结果进行优化、如何更有效进行验证、如何达到时序收敛等问题都是至关重要的。FPGA开发既简单又不简单,还是那句话,设计者要用心去学习、去分析、去感悟、去总结。FPGA设计中也不该有绝对的对和错,具体问题具体分析才是最适用的方法。本书收集整理了作者在FPGA项目实践中的经验点滴。书中既有常用FPGA设计方法和技巧的探讨,引领读者掌握FPGA设计的精髓;也有很多生动的项目案例分析,帮助读者加深对重要知识点的理解,并且这些案例大都以特定的工程项目为依托,有一定的借鉴价值。此外,本书还有多个完整的项目工程实例,让读者从系统角度理解FPGA的开发流程。

　　全书的内容可以分为三大块。第一~五部分,主要是针对FPGA的开发流程,从基础知识入手,先介绍一些基本概念,然后针对开发流程中最重要的环节,从实践的角度带领读者逐步深入。第六、七部分,以特权同学的项目经历为基础,有点滴的经验和感悟,也有完整的项目实例,希望能够让读者与FPGA的开发与设计有更紧密的接触。第八部分是特权同学作为一个电子工程师(FPGA工程师)的一些感悟杂文。对于初学者,特权同学可以很负责任地说,想利用这本书一步登天是不可能的。这本书充其量只能是一本不错的参考书而已,初学者应该更多的在这些实例中学习如何发现问题、分析问题、解决问题。对于有一定基础的人,这本书不同于以往的教科书,它从实践出发,或许能够让你眼前一亮。它不会只是简单的唠叨代码风格,它会给出两个风格迥异的结果让你去感受;它也不会只是生搬硬套地先把时序理论叙述一通,再依葫芦画瓢地演示开发工具的使用方法,它更是要告诉你为什么要做时序分析、分析什么、怎么分析,列举一些实例教会大家如何学以致用……书中的很多方法和技巧都是经典的用法,并非特权同学突发奇想,当然也有一些是特权同学对自己过往设计的总结整理而归纳出来的。也许书中的某些内容表述欠妥,也很期待高人指点。附上特权同学的E-mail:wuhouhang@163.com,也欢迎大家到百度网盘免费下载(网址:http://pan.baidu.com/s/1mDoPg)。致谢……感谢夏宇闻老师为本书第2版作序,感谢《EDNChina电子设计技术》的编辑们为本书第1版作序,能得到你们的指点,感觉万分荣幸。感谢EDN的廖彩云、黄娜、朱雪薇、王志华以及网站的所有编辑和领导为广大电子爱好者提供了一个施展才华的舞台,感谢RickySu、riple、wind330、yulzhu(朱玉龙)、缺氧(张亚峰)、Bingo(韩彬)等博友曾给予特权同学的帮助以及对本书出版的支持。感谢好友陈卫东和余国峰的支持。谨以此书献给特权同学所有的亲戚朋友们,尤其是给了特权同学一个健康、温馨成长环境的父母和一直默默无闻地支持特权同学的妻子。这本书的顺利出版离不开你们。最后,要感谢那本神之于人最美妙最宝贵的奇书———那是联合国大厦奠基时置于地下基穴之中称“唯此书世界才有和平”的一本书———更是对人类历史产生着巨大影响的一本书———《圣经》。从小在基督徒家庭长大的特权同学,研读《圣经》是每天的必修课,不知道这些年来祂改变了特权同学多少,但特权同学清楚地意识到祂将影响特权同学的一生。半导体行业的发展日新月异,也许若干年后,这本书的内容已不再为人所津津乐道。但是《圣经》所启示出的最高标准道德及人生的奥秘才是值得每个人用心去追求的,确实是一本不容错过的真正好书。这也正是特权同学选择以祂为本书的每个部分做小结的原因。特权同学真心地期望这本书的每位读者在浏览过此书后,也能够轻轻地拿起《圣经》……

　　吴厚航2009年10月第1版初稿2017年3月第3版修改

《数字逻辑设计与FPGA实践指南》 前言 在飞速发展的数字时代，硬件设计与实现的能力已成为推动技术创新的关键驱动力。从嵌入式系统到高性能计算，从通信网络到人工智能，数字逻辑设计无处不在，而现场可编程门阵列（FPGA）作为一种高度灵活且强大的硬件平台，正以前所未有的速度渗透到各个技术领域。本书旨在为读者提供一套全面、系统且实用的数字逻辑设计理论与FPGA实践知识体系，帮助您从零开始，掌握FPGA开发的核心技能，并能够独立完成复杂的数字系统设计项目。 本书将带领您深入探索数字逻辑设计的基石，理解组合逻辑和时序逻辑的内在规律；逐步掌握硬件描述语言（HDL）——Verilog HDL——的设计精髓，学习如何用代码精确描述硬件功能；进而将理论与实践相结合，引导您熟悉FPGA开发流程，包括原理图设计、HDL编码、仿真验证、综合、布局布线以及比特流生成等关键步骤。我们还将深入探讨FPGA的内部结构、资源利用、时序约束以及常用的IP核，帮助您优化设计性能，提高开发效率。 本书特别注重实战应用，通过一系列精心设计的实例，涵盖了从简单的LED闪烁到复杂的通信接口、图像处理单元等典型数字系统。每一个实例都将带领您一步步完成从需求分析到最终实现的完整过程，让您在实践中巩固所学知识，积累宝贵的工程经验。我们相信，通过阅读本书并动手实践，您将能够自信地驾驭FPGA开发，为您的创新项目注入强大的硬件生命力。 第一章：数字逻辑设计基础 本章将为您打下坚实的数字逻辑设计理论基础。我们将从最基本的逻辑门（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR）开始，详细讲解它们的逻辑功能、真值表以及在电路中的实现方式。在此基础上，我们将深入介绍组合逻辑电路的设计，包括如何构建加法器、减法器、多路选择器、译码器、编码器等基本逻辑模块。您将学习到卡诺图（Karnaugh Map）化简方法，这是一种直观有效地最小化逻辑表达式的强大工具，能够帮助您设计出更高效、更节省资源的组合逻辑电路。 接着，我们将转向时序逻辑电路的范畴。我们将详细解释触发器（Flip-Flop）的概念，如D触发器、JK触发器、T触发器等，理解它们如何存储状态并进行时序控制。同步与异步时序逻辑的区别将被清晰阐述，并着重讲解如何设计和分析寄存器（Register）、移位寄存器（Shift Register）以及计数器（Counter）等关键的时序逻辑模块。您将学习到状态机（State Machine）的设计方法，理解有限状态机（FSM）如何驱动复杂的时序控制流程，并学会使用状态图和状态表来描述和实现FSM。 本章还将介绍数字系统设计中的一些重要概念，如时钟（Clock）的作用、时钟域（Clock Domain）的划分、时钟同步与异步问题，以及如何处理亚稳态（Metastability）现象。这些基础知识对于理解和设计可靠的FPGA系统至关重要。 第二章：Verilog HDL入门与进阶 硬件描述语言（HDL）是使用代码来实现硬件功能的桥梁。本章将聚焦于目前业界最流行的HDL之一——Verilog HDL。我们将从Verilog的基本语法开始，介绍数据类型（如`reg`, `wire`）、运算符、赋值语句（如`assign`, `always`块）以及模块（`module`）的定义和实例化。 您将学习到如何使用Verilog来描述组合逻辑和时序逻辑。我们将通过大量示例，展示如何用Verilog实现本章第一部分讲解的各种数字逻辑电路，例如如何用`assign`语句描述组合逻辑，如何用`always @(posedge clk)`或`always @(negedge clk)`描述时序逻辑。 本章将进一步深入Verilog的高级特性，包括参数化设计（`parameter`）、生成语句（`generate`）、任务（`task`）和函数（`function`），这些都将帮助您编写更具可重用性和灵活性的代码。我们还将介绍任务（`task`）和函数（`function`）的区别与应用，以及如何使用它们来提高代码的模块化程度。 除了硬件功能描述，Verilog也用于仿真验证。我们将介绍仿真概念，如何编写测试平台（Testbench）来激励被测模块（DUT, Device Under Test），以及如何观察和分析仿真结果。理解仿真验证是确保设计正确性的关键步骤。 第三章：FPGA开发流程与Xilinx Vivado入门 本章将全面介绍FPGA的开发流程，以及如何使用业界领先的FPGA开发套件——Xilinx Vivado——来完成整个开发过程。我们将详细讲解从需求分析、设计输入（原理图或HDL）、逻辑仿真、综合（Synthesis）、实现（Implementation，包括布局和布线）、时序分析、生成比特流（Bitstream）到最终下载到FPGA芯片的完整生命周期。 对于Vivado工具，我们将从安装和基本界面操作开始，逐步引导您熟悉其主要功能模块，包括项目管理、源文件添加、IP核集成、仿真器启动、综合和实现设置，以及结果查看等。您将学习到如何创建新项目，添加Verilog或VHDL源文件，以及如何设置顶层模块。 本章将重点讲解综合和实现过程中的关键概念。我们将解释综合器（Synthesizer）如何将HDL代码转换为门级网表，以及实现工具（Place and Route）如何将逻辑映射到FPGA的物理资源（如LUTs, Flip-Flops, DSPs, Block RAMs）并进行连接。您将了解时钟约束（Clock Constraints）和时序约束（Timing Constraints）的重要性，以及如何设置它们以指导工具满足设计的时间要求。 第四章：FPGA内部结构与资源利用 了解FPGA的内部架构是高效利用FPGA资源、优化设计的关键。本章将深入剖析FPGA的核心组成部分，包括可编程逻辑块（Configurable Logic Block, CLB）、输入/输出块（Input/Output Block, IOB）、数字信号处理器（DSP）片、块RAM（Block RAM, BRAM）、时钟管理单元（Clock Management Tile, CMT）以及全局时钟网络。 我们将详细介绍CLB的结构，包括查找表（Look-Up Table, LUT）和触发器（Flip-Flop）的作用，以及它们如何灵活地实现任意逻辑功能。您将理解如何通过配置LUT来实现组合逻辑，并通过触发器实现时序逻辑。 本章还将讲解DSP片在数字信号处理中的作用，它们如何加速乘法累加等运算。块RAM是FPGA中重要的存储资源，我们将介绍其结构、使用方式以及如何将其配置为单端口、双端口或FIFO等模式。 此外，我们还将探讨FPGA的互连线资源，以及它们如何影响信号传输延迟。理解这些内部结构将帮助您更好地进行资源估算，选择合适的IP核，并根据FPGA的特性来优化您的设计，以达到最佳的性能和功耗。 第五章：Verilog HDL仿真与调试技术 仿真和调试是FPGA开发过程中不可或缺的环节。本章将深入讲解Verilog HDL的仿真技术，并介绍有效的调试方法。我们将首先介绍如何构建一个健壮的测试平台（Testbench），包括时钟生成、复位信号产生、激励信号设计以及结果检查。您将学习到如何使用文件I/O操作来生成复杂的输入序列和保存仿真结果。 本章将重点介绍仿真波形（Waveform）的查看与分析。我们将讲解如何使用Vivado自带的仿真器（或第三方仿真器）来观察信号的变化，如何设置断点，以及如何通过波形图来定位设计中的逻辑错误。 除了仿真，我们还将介绍在硬件调试中的常用技术。当设计被下载到FPGA板上后，您可能需要进行在线调试。我们将介绍逻辑分析仪（Logic Analyzer）的工作原理，以及如何将其集成到FPGA设计中，以便在运行时观察内部信号。您还将学习到如何利用JTAG接口进行调试，以及使用ChipScope Pro（或其他类似的在线调试工具）来探测FPGA内部信号，从而快速有效地找出硬件问题。 第六章：时序分析与约束 在FPGA设计中，时序是决定设计能否正常工作的关键因素。本章将深入讲解时序分析的概念，以及如何进行有效的时序约束。我们将首先解释时序的基本参数，如时钟周期（Clock Period）、建立时间（Setup Time）、保持时间（Hold Time）以及传播延迟（Propagation Delay）。 您将学习到如何计算组合逻辑路径的延迟和时序逻辑路径的延迟。我们将重点讲解最关键的时序路径——长时序路径（Long Timing Path）和短时序路径（Short Timing Path），以及它们可能导致的问题，如时钟频率限制和数据丢失。 本章将详细介绍Vivado中的时序约束文件（XDC, Xilinx Design Constraints）的编写。我们将讲解如何定义时钟（`create_clock`），如何设置时钟组（`set_clock_groups`），以及如何为输入/输出端口设置时序例外（`set_input_delay`, `set_output_delay`）。您将学习到如何通过这些约束来指导综合和实现工具，使其生成的电路满足设计的时间要求。 最后，我们将介绍如何解读Vivado的时序报告（Timing Report），包括静态时序分析（STA, Static Timing Analysis）的结果，例如关键路径（Critical Path）的分析，以及如何根据报告中的信息来优化设计，解决时序违例问题。 第七章：FPGA常用IP核的使用 IP核（Intellectual Property Core）是FPGA开发中提高效率的利器。本章将介绍FPGA中常用的IP核，以及如何在Vivado中进行配置和使用。我们将重点讲解以下几类IP核： 存储器IP核：包括RAM（单端口、双端口）、ROM以及FIFO（先进先出）缓冲器。我们将讲解如何配置它们的深度、宽度以及读写模式，并给出在实际应用中的示例，如作为数据缓存或通信缓冲。 DSP IP核：介绍DSP Slice的结构，以及如何使用Vivado的DSP IP生成器来创建乘法器、MAC（Multiply-Accumulate）单元、FIR滤波器以及FFT（快速傅里叶变换）等常用DSP模块。 通信接口IP核：如UART（通用异步收发器）、SPI（串行外设接口）、I2C（集成电路总线）、AXI（Advanced eXtensible Interface）总线接口等。我们将讲解这些接口的基本工作原理，以及如何配置和实例化相应的IP核，以便与其他设备进行通信。 时钟管理IP核：如MMCM（Mixed-Mode Clock Manager）和PLL（Phase-Locked Loop），它们用于生成和管理FPGA内部的时钟信号，包括频率合成、相位调整和抖动过滤。 本章将通过实例演示，引导读者如何在Vivado IP Catalog中搜索、配置和实例化这些IP核，并将其集成到自己的设计中。 第八章：LED闪烁与IO控制实践 本章是FPGA实践的起点，我们将带领您完成一个最经典的FPGA入门项目：LED闪烁。您将学习如何通过FPGA的IO引脚来控制外部LED灯的亮灭。 首先，我们将介绍FPGA的IO Bank和IO引脚的概念，以及如何将FPGA的IO引脚映射到具体的物理引脚。您将学习如何编写Verilog代码来控制LED的闪烁频率，包括如何使用计数器来生成延时。 接着，我们将讲解如何将您的Verilog设计集成到Vivado项目中，进行综合、实现，并生成最终的比特流文件。然后，您将学习如何使用JTAG电缆将比特流文件下载到FPGA开发板上。 完成LED闪烁项目后，我们将进一步扩展，介绍更复杂的IO控制，例如控制多个LED以不同的模式闪烁，或者通过按钮输入来控制LED的状态。这些实践将帮助您熟悉FPGA的基本开发流程，并为后续更复杂的项目打下基础。 第九章：UART通信实现 UART（通用异步收发器）是嵌入式系统中非常常见的串行通信接口，用于在设备之间传输数据。本章将指导您使用FPGA实现一个UART发送和接收模块。 您将学习UART的基本通信协议，包括波特率（Baud Rate）、起始位（Start Bit）、数据位（Data Bits）、停止位（Stop Bit）和校验位（Parity Bit）。然后，我们将一起用Verilog HDL从零开始设计一个UART发送器，它能够将并行数据转换为串行格式并按照指定的波特率发送出去。 接着，我们将设计一个UART接收器，它能够检测起始位，并按照相同的波特率接收串行数据，最后将其还原为并行格式。我们将重点讲解如何处理时序匹配问题，以及如何在数据有效时进行状态机的切换。 完成UART模块的设计后，我们将演示如何将其集成到FPGA项目中，并进行仿真验证。您还可以将该模块下载到FPGA开发板上，并通过PC端的串口助手来与之通信，例如发送字符串到FPGA，或者让FPGA将采集到的数据发送回PC。 第十章：DRAM控制器设计入门 DRAM（Dynamic Random-Access Memory）是现代电子系统中不可或缺的高速存储器。本章将带您入门DRAM控制器的设计。我们将以SDRAM（Synchronous DRAM）为例，介绍其基本的读写操作时序。 您将学习DRAM的内部结构，包括行地址（Row Address）和列地址（Column Address）的概念，以及如何通过命令（如Activating Row, Reading/Writing Column, Precharging）来访问存储器。 本章将引导您使用Verilog HDL设计一个简化的SDRAM控制器。您将学习如何处理DRAM的时钟、复位以及数据总线。我们将重点关注如何管理DRAM的读写时序，包括发送命令、更新地址、以及对数据进行采样。 通过实现这个SDRAM控制器，您将能够将外部DRAM芯片集成到您的FPGA系统中，从而极大地扩展系统的存储容量。我们将提供仿真和可能的硬件连接建议，帮助您验证您设计的DRAM控制器。 第十一章：SPI总线外设接口设计 SPI（Serial Peripheral Interface）是一种同步串行通信协议，广泛用于片上设备之间的通信，例如连接微控制器与传感器、存储器或显示器。本章将指导您设计一个FPGA与SPI外设（如SPI Flash、SPI ADC/DAC）进行通信的接口。 您将学习SPI协议的工作模式，包括主设备（Master）和从设备（Slave）的角色，以及四种工作模式（Mode 0, 1, 2, 3），它们决定了时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）。 我们将用Verilog HDL设计一个SPI Master控制器。您将学习如何生成SPI时钟（SCLK），如何控制片选信号（CS, Chip Select）来选择目标SPI设备，以及如何按照时序要求在MOSI（Master Out Slave In）线上发送数据，并在MISO（Master In Slave Out）线上读取数据。 完成SPI Master设计后，您将学习如何将其集成到FPGA项目中，并与实际的SPI设备进行连接和测试。例如，您可以使用FPGA的SPI Master来读取SPI Flash中的数据，或者向SPI ADC/DAC写入配置信息。 第十二章：简单的图像处理单元设计 本章将通过一个简单的图像处理项目，展示FPGA在图像和视频处理领域的应用潜力。我们将设计一个基本的图像滤波器，例如灰度转换或边缘检测。 您将学习图像的基本概念，如像素（Pixel）、分辨率（Resolution）、颜色空间（Color Space）以及图像的存储格式。我们将介绍如何将图像数据从外部存储器（如SDRAM）读取到FPGA内部，并通过像素并行处理的方式来加速图像处理。 我们将重点讲解如何实现一个简单的图像滤波器算法。例如，对于灰度转换，您将学习如何将RGB三通道的像素值转换为灰度值。对于边缘检测，您将了解Sobel算子等常用算法的原理，并用Verilog HDL来实现。 在设计过程中，我们将强调FPGA的并行处理能力如何能够显著提升图像处理的速度。您将学习如何组织数据流，如何利用FPGA的DSP片来加速计算，以及如何将处理后的图像数据输出到显示设备或存储器中。 第十三章：FPGA项目综合与优化 随着项目复杂度的增加，对FPGA设计的综合和优化变得尤为重要。本章将深入探讨FPGA项目综合与优化的技巧，帮助您设计出性能更高、资源利用率更佳、功耗更低的FPGA系统。 我们将回顾综合过程，并介绍各种综合选项对最终结果的影响。您将学习如何通过调整综合策略来平衡设计性能、面积和功耗。 本章将重点讲解设计优化技术。我们将介绍如何进行代码优化，例如减少逻辑深度、避免不必要的寄存器复制、以及使用流水线（Pipelining）技术来提高时序性能。您还将学习如何进行资源分配，例如将计算密集型的任务分配给DSP片，将数据存储任务分配给Block RAM。 我们还将探讨时序收敛（Timing Closure）的策略，当设计出现时序违例时，如何分析关键路径，并采取有效的措施来解决问题，例如重新划分逻辑、插入流水线寄存器、或者优化时钟树。 第十四章：高级FPGA设计概念与最佳实践 本章将探讨一些更高级的FPGA设计概念，并总结一些FPGA开发中的最佳实践。我们将讨论功耗优化技术，包括如何通过降低时钟频率、使用低功耗IP核以及进行门控时钟（Clock Gating）来减少功耗。 您还将了解FPGA的低功耗模式（Low-Power Modes）以及如何有效利用它们。 本章还将讨论设计验证的进阶话题，例如形式验证（Formal Verification）的概念，以及它在提高设计可靠性方面的作用。 此外，我们将总结FPGA开发中的一些最佳实践，包括良好的代码风格、模块化设计、版本控制、以及文档编写的重要性。这些实践将帮助您构建更易于维护、更易于协作、且更不容易出错的FPGA项目。 附录 Verilog HDL语法速查表 FPGA开发常用术语表 推荐参考资料与在线资源 结语 通过本书的学习，我们期望您能够掌握数字逻辑设计的核心理论，精通Verilog HDL语言，熟悉FPGA开发流程，并能独立完成具有一定挑战性的FPGA项目。FPGA技术仍在不断发展，掌握其精髓将使您在快速变化的电子技术领域保持领先。愿本书成为您FPGA学习之旅的坚实起点和可靠伙伴！

评分☆☆☆☆☆

不得不说，《深入浅出玩转FPGA（第3版）【博客藏经阁丛书】》在内容的更新和实用性上做得非常出色。在FPGA领域，技术更新迭代的速度很快，老版本的书籍往往会显得有些过时。而第三版及时地更新了许多与当前主流FPGA器件和开发工具相关的内容，比如对Xilinx Vivado和Intel Quartus Prime这些常用EDA工具的使用进行了详细的介绍和演示。这对于我们这些在实际工作中需要用到这些工具的工程师来说，是非常宝贵的。书中对于仿真和调试的技巧也做了深入的讲解，这一点往往被很多教程所忽视。作者通过实际例子，展示了如何有效地利用仿真工具来验证设计的正确性，以及如何利用调试工具来定位和解决设计中的bug。这大大减少了我们实际调试的时间，提高了工作效率。另外，书中还加入了一些关于嵌入式系统在FPGA上实现的案例，例如简单的SoC设计，这让我对FPGA的应用领域有了更广阔的认识。整体而言，这本书紧跟行业发展趋势，内容新颖且贴合实际应用需求，绝对是一本值得推荐的FPGA学习参考书。

评分☆☆☆☆☆

对于已经有一定FPGA基础，但感觉自己仍然停留在“玩”的层面，缺乏系统性思维的读者来说，《深入浅出玩转FPGA（第3版）【博客藏经阁丛书】》同样具有极高的价值。书中在巩固了基本概念之后，开始深入探讨一些更高级的主题，比如状态机的设计、流水线技术、存储器接口等。作者并没有将这些内容简单罗列，而是通过分析具体的项目案例，展示了如何在实际设计中应用这些技术，并详细解释了各种设计方法的优缺点和适用场景。我特别喜欢书中关于“如何优化你的FPGA设计”的章节，这里面涉及到了面积、时序和功耗的权衡，以及常用的优化技巧，例如资源共享、状态机编码优化等。这些内容对于提升设计效率和性能至关重要，也是我之前在自学过程中常常感到力不从心的地方。作者的讲解清晰透彻，逻辑严密，让我对如何进行高效的FPGA设计有了更深刻的认识。而且，书中还涉及到了Verilog HDL语言的一些高级用法和设计模式，这对于提高代码的可读性、可维护性和可复用性大有裨益。总而言之，这本书能帮助你从“会用”FPGA，提升到“善用”FPGA的阶段。

评分☆☆☆☆☆

这本书最让我印象深刻的一点是其“博客藏经阁丛书”的定位所带来的独特风格。它不像传统的教科书那样板正，而是充满了作者个人经验和思考的痕迹，仿佛真的在阅读一个经验丰富的工程师的博客。这种非正式的写作风格，反而让学习过程变得轻松愉快。作者在讲解一些复杂概念时，会时不时地插入一些个人体会、注意事项或者“踩坑”经验，这些细节往往是其他书籍中难以找到的，却又是我们实际学习和工作中非常需要的。比如，在讲到时序分析时，作者会提醒我们注意哪些常见的时序违例原因，以及如何通过修改代码或约束来解决。这种“过来人”的经验分享，能够帮助我们少走很多弯路。此外，书中还穿插了一些关于FPGA设计哲学和工程伦理的讨论，这让我意识到，作为一名FPGA工程师，除了技术能力，还需要具备良好的工程素养。阅读这本书，不仅仅是学习技术，更像是一种潜移默化的职业指导。

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这本《深入浅出玩转FPGA（第3版）【博客藏经阁丛书】》绝对是FPGA学习者们的福音。作为一名曾经被FPGA繁杂的理论和枯燥的实验折磨得够呛的初学者，我深知找到一本真正能“深入浅出”的书是多么不易。这本书恰恰做到了这一点。它没有一开始就抛出一堆晦涩难懂的术语和公式，而是从最基本、最直观的概念入手，比如什么是FPGA，它为什么存在，以及它与ASIC等其他器件的区别。通过生动形象的比喻和图示，作者将FPGA的内部结构，如查找表（LUT）、触发器（Flip-Flop）等，讲解得通俗易懂，仿佛在拆解一个有趣的玩具。我尤其欣赏书中关于逻辑综合和时序约束的讲解，这部分往往是初学者最容易卡住的地方。作者巧妙地将这些概念与实际的工程设计紧密结合，让我能深刻理解为什么需要这些步骤，以及它们在整个设计流程中的作用。不再是死记硬背理论，而是理解其背后的原理和应用场景。而且，书中穿插了大量的代码示例，并且这些示例都能够直接运行，这对于动手能力强的学习者来说，无疑是巨大的吸引力。我尝试着跟着书中的例子，一步步搭建自己的小型FPGA项目，那种从无到有的成就感，是任何理论知识都无法比拟的。

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《深入浅出玩转FPGA（第3版）【博客藏经阁丛书】》这本书的另一个亮点在于其循序渐进的教学方法和丰富的实战案例。作者深知学习的本质是“由浅入深”，因此在内容编排上，始终遵循这个原则。从最简单的组合逻辑和时序逻辑讲起，到复杂的数据通路设计，再到嵌入式系统集成，每一步都衔接得恰到好处，让读者能够逐步建立起完整的FPGA设计知识体系。书中提供的实战案例非常丰富，而且覆盖了多种应用场景，从简单的LED闪烁到复杂的信号处理，再到简单的ARM核移植，每一个案例都设计得非常有代表性，并且提供了详细的代码和步骤指导。我尝试着跟着书中的案例，自己动手实现了一个简单的图像处理模块，整个过程非常顺畅，并且学到了很多实际的设计技巧。这些案例的价值不仅仅在于让我们学会实现具体的功能，更在于让我们理解如何将FPGA的理论知识转化为实际的工程应用。对于想要将FPGA知识转化为实际生产力的读者来说，这本书无疑是提供了非常好的实践平台。

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不错，认真学习

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USB入门好帮手啊，只是里面介绍的驱动程序开发环境跟不上时代了，要是作者能与时俱进更新一下就好了！

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看了没几天，书就散架了，开胶了

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深入浅出玩转FPGA(第3版)【博客藏经阁

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跟第一版没什么区别,假大空,总是说应该这么这么做,从不告诉你具体做法和为什么这么做

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学习一下！最近买了很多书，不时充电！

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买来慢慢看 看的很慢 有空看看

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书脊胶开了

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厉害了我的哥 真心不错 价格公道 省心还。下次还来