可编程逻辑器件基础 9787302287988 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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董海青 著

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店铺： 广影图书专营店

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302287988

商品编码：29657885613

包装：平装

出版时间：2012-08-01

基本信息

书名:可编程逻辑器件基础

定价：25.00元

售价：17.0元,便宜8.0元,折扣68

作者:董海青

出版社：清华大学出版社

出版日期：2012-08-01

ISBN：9787302287988

字数：

页码：

版次：5

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.359kg

编辑推荐

内容提要

　　本书主要包括器件、工具、语言、单元电路和实例五个部分。器件部分主要介绍了目前常用的可编程逻辑器件及其发展；工具部分主要介绍了仿真工具ModelSim、综合工具XilinxISE和开发板；语言部分详细介绍了VerilogHDL的基本语法、程序结构等；单元电路部分主要介绍了组合逻辑电路和时序逻辑电路的VerilogHDL设计和仿真验证；实例部分主要介绍了基于开发板的复杂数字系统的基本设计和验证。
　　《21世纪高职高专电子信息类实用规划教材：可编程逻辑器件基础》可作为高职高专微电子技术、电子线路设计、通信技术等相关专业的教材用书，同时也可以作为从事FPGA设计的相关从业人员的参考用书。

目录

作者介绍

文摘

序言

电子设计领域的基石：深入探索可编程逻辑器件的奥秘 在日新月异的电子技术浪潮中，可编程逻辑器件（Programmable Logic Devices, PLD）早已成为现代电子系统设计不可或缺的核心组成部分。它们以其高度的灵活性、快速的迭代能力以及对复杂数字逻辑实现的强大支持，深刻地改变了电子产品从原型验证到大规模生产的整个流程。本书旨在为读者提供一个全面且深入的视角，剖析PLD的设计原理、内部结构、开发流程以及在实际应用中的关键技术，帮助读者建立扎实的理论基础，掌握先进的设计方法，从而在蓬勃发展的电子工程领域中占据先机。 从基础到精通：构建坚实的理论框架 本书开篇将从数字逻辑的基础理论讲起，系统回顾布尔代数、逻辑门、组合逻辑和序逻辑等核心概念。这些是理解任何数字电路设计乃至PLD工作原理的基石。我们将清晰地阐述这些基本概念如何通过逻辑函数和时序行为来描述数字系统的功能，并为后续深入探讨PLD的内部结构和编程方式奠定坚实的理论基础。 接下来，本书将重点介绍PLD的家族成员及其演进历程。我们将详细讲解早期的Programmable Read-Only Memory (PROM)、Field-Programmable Logic Array (FPLA) 以及更为主流的Programmable Array Logic (PAL) 和 Generic Array Logic (GAL) 等器件。通过对比分析它们的结构特点、优缺点以及适用场景，读者将能够理解PLD技术是如何一步步发展至今，并为后续对复杂PLD（CPLD）和现场可编程门阵列（FPGA）的学习做好铺垫。 深入剖析：CPLD与FPGA的内部乾坤 CPLD（Complex Programmable Logic Device）作为PLD家族中的重要一员，以其非易失性存储特性、结构化的宏单元以及较低的延迟，在许多对启动速度和稳定性要求较高的应用中扮演着关键角色。本书将详细揭示CPLD的内部架构，包括其宏单元（Macrocell）、乘积项阵列（Product-term Array）、或项阵列（OR Array）、输出逻辑宏单元（Output Macrocell）以及全局布线资源（Global Interconnect）等关键组成部分。我们将深入分析宏单元的工作原理，理解乘积项和或项如何通过编程来实现任意的逻辑功能。同时，本书还会探讨CPLD的非易失性存储机制，以及它在掉电后仍能保持配置状态的优势，这对于需要快速启动或对稳定性有高要求的系统至关重要。 FPGA（Field-Programmable Gate Array）以其海量可编程逻辑单元（Logic Element, LE）或逻辑块（Logic Block, LB）、高度灵活的布线资源以及强大的并行处理能力，成为现代数字逻辑设计中最为强大的工具之一。本书将花费大量篇幅来解析FPGA的内部结构。我们将深入探讨可配置逻辑块（Configurable Logic Block, CLB）或逻辑元素（Logic Element, LE）的构成，包括查找表（Look-Up Table, LUT）、触发器（Flip-Flop, FF）以及可编程互连（Programmable Interconnect）等。我们将详细说明LUT如何通过编程实现任意的组合逻辑函数，触发器如何实现序逻辑功能，以及可编程互连如何动态地连接这些逻辑单元，从而构建出极其复杂的数字系统。此外，本书还将介绍FPGA中的其他重要资源，如块RAM（Block RAM）、DSP Slice（Digital Signal Processing Slice）、时钟管理模块（Clock Management Tile, CMT）以及输入/输出块（Input/Output Block, IOB）等，并阐述它们在实现高性能数字信号处理、存储和接口功能方面的作用。 从设计到实现：掌握PLD开发全流程 本书不仅关注PLD的硬件原理，更注重实际的开发流程。我们将系统介绍使用硬件描述语言（Hardware Description Language, HDL）进行PLD设计的整个过程。 硬件描述语言（HDL）： 本书将重点介绍业界主流的HDL，如Verilog HDL和VHDL。我们将从基本的语法结构、数据类型、运算符、语句开始，逐步引导读者掌握如何使用HDL来描述数字电路的功能。我们将通过丰富的实例，演示如何利用HDL进行组合逻辑和序逻辑的设计，如何实例化模块，如何处理时序约束，以及如何进行仿真验证。读者将学习到如何将抽象的逻辑功能转化为计算机可理解的代码，为后续的综合和实现做好准备。 逻辑综合（Logic Synthesis）： 逻辑综合是将HDL代码转化为门级网表（Netlist）的关键步骤。本书将详细阐述逻辑综合的原理，介绍综合工具如何解析HDL代码，如何优化逻辑，如何映射到目标PLD器件的逻辑单元。我们将讨论综合的优化目标，如面积（Area）、速度（Speed）和功耗（Power），以及如何通过编写高效的HDL代码和设置合理的综合约束来获得最佳的综合结果。 实现（Implementation）： 实现是逻辑综合后的网表被映射到目标PLD器件物理资源的过程，通常包括布局（Placement）和布线（Routing）。本书将深入讲解布局的原理，即如何将逻辑单元放置到FPGA/CPLD的物理位置上，以及布线的挑战，即如何连接这些逻辑单元的引脚。我们将探讨布局布线过程中的优化策略，如何满足时序要求，如何处理布线拥塞等问题。读者将理解为何布局布线对最终器件的性能至关重要，以及如何通过调整设计和约束来优化实现结果。 仿真与验证（Simulation and Verification）： 仿真和验证是确保PLD设计正确性的重要环节。本书将详细介绍仿真器的作用，以及如何使用HDL编写测试平台（Testbench）来驱动设计并验证其功能。我们将讨论不同类型的仿真，包括行为级仿真、 RTL仿真和门级仿真，以及它们在设计流程中的作用。同时，本书还将介绍静态时序分析（Static Timing Analysis, STA）的重要性，如何利用STA工具来检查设计是否满足所有时序约束，并找出潜在的时序违例。 高级主题与前沿应用 在掌握了PLD的基础知识和开发流程后，本书还将拓展到一些更高级的主题和前沿应用，以期激发读者的创新思维。 时序约束与优化： 深入探讨时序约束的设定，包括时钟定义、输入/输出延迟、伪路径等，以及如何通过这些约束来指导布局布线工具优化设计性能。讲解各种常见的时序违例及其产生的原因，并提供相应的解决方法。 功耗优化： 随着器件集成度的不断提高和应用领域的拓展，功耗成为越来越重要的考量因素。本书将介绍PLD的功耗构成，以及各种降低功耗的设计技巧和工具，如时钟门控、低功耗状态设计等。 IP核（Intellectual Property Core）的使用： 介绍IP核的概念及其在PLD设计中的重要性，如何利用现有的IP核来快速实现复杂功能，如处理器、通信接口、DSP算法等。 嵌入式系统集成： 讲解如何将PLD器件集成到复杂的嵌入式系统中，包括与微处理器、存储器和其他外围设备的接口设计。 行业标准与发展趋势： 简要介绍与PLD相关的行业标准，如JEDEC标准，并展望PLD技术未来的发展趋势，如更高集成度、更低功耗、更先进的架构以及在人工智能、边缘计算等领域的应用。 本书特色与价值 本书的编写力求做到理论与实践相结合，既有严谨的学术深度，又不失工程应用的实用性。 系统性强： 从基础概念到高级应用，循序渐进，构建完整的知识体系。 案例丰富： 配备大量图示和代码示例，帮助读者理解抽象概念，掌握设计方法。 强调实践： 关注实际的开发流程，引导读者掌握主流的PLD开发工具和技术。 前瞻性： 探讨行业发展趋势，为读者未来的学习和职业发展指明方向。 通过研读本书，读者不仅能够深刻理解可编程逻辑器件的内在奥秘，更能够掌握一套行之有效的PLD设计方法论，从而在数字逻辑设计领域游刃有余，设计出更智能、更高效、更具竞争力的电子产品。本书将是电子工程专业学生、嵌入式系统工程师、硬件设计工程师以及所有对数字逻辑设计感兴趣的读者的宝贵参考。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容深度和广度，绝对是同类教材中的佼佼者，它真正做到了“基础”与“前沿”的平衡。初学者可能会被它开篇那些基础的数字逻辑和布尔代数概念所吸引，讲解得极其细致，几乎每一步推导都有详细的文字说明，完全没有那种“你懂的”的跳跃感。但更让我佩服的是，它并没有止步于教科书式的陈旧内容。当你深入到后面关于CPLD和FPGA的章节时，你会发现它引入了大量的现代设计流程和工具链的介绍。例如，对于如何使用硬件描述语言（VHDL/Verilog）来描述一个复杂的算法，书中的例子不仅限于教科书上那种简单的加法器，而是涉及到了更贴近实际应用的如状态机设计和简单的数据通路控制。这种从底层原理到上层应用无缝衔接的处理方式，让读者在学习完基本逻辑单元后，能够清晰地看到这些单元是如何被组合成一个功能强大的可编程器件的。我感觉，读完这本书，我不仅仅是学会了如何画电路图，更重要的是，我理解了硬件设计思维是如何形成的，这对于未来从事系统级设计工作是无价的财富。

评分☆☆☆☆☆

这本书对于如何看待和解决实际工程中的挑战，提供了非常深刻的见解，这远超出了单纯的“技术手册”范畴。在讲解可编程器件的架构时，作者不仅罗列了查找表（LUT）和触发器的基本结构，还花了一整节篇幅来讨论不同厂商的架构差异，以及这些差异如何影响到最终的资源利用率和性能表现。他很坦诚地指出了在实际设计中，资源优化和设计时序的矛盾性，并给出了一些经典的权衡策略，比如在面积受限时如何对代码进行综合优化，或者在性能瓶颈时如何重新划分模块边界。我特别欣赏其中关于“设计调试”的章节，这部分内容往往在教材中被一带而过，但这本书却详细讨论了如何利用硬件调试工具进行波形捕获和错误定位，这对于我们这些刚刚接触FPGA的实践者来说，简直是救命稻草。这些来自于实际项目经验的总结和告诫，让这本书不仅仅是一本学习工具，更像是一位经验丰富的老工程师在耳边传授“江湖经验”，指导我们如何避开那些只有在流片失败后才能学到的教训。

评分☆☆☆☆☆

作者的叙事风格和逻辑组织方式，有一种老派工程师的严谨和务实。他很少使用那种浮夸或者过于学术化的语言来烘托气氛，而是采用一种极其平铺直叙但又层层递进的讲解方式。比如，在解释时序约束（Timing Constraint）的重要性时，他没有用大段文字来渲染“时序收敛”的难度，而是直接给出了一个因违反建立时间（Setup Time）或保持时间（Hold Time）而导致的错误波形图，然后用简洁的数学公式直接推导出需要满足的条件。这种“问题驱动-公式支撑-应用实例”的讲解路径，非常符合工科学习的规律。我发现自己阅读时，很少需要反复回溯，因为作者在引入新概念之前，总会先回顾一下上一个章节中与之相关的基础知识点，就像是在铺设一条坚实的知识阶梯，每一步都踩得很稳。这种对知识点之间内在联系的精妙把握，使得这本书读起来有一种行云流水的顺畅感，完全没有那种东拼西凑的生硬感。

评分☆☆☆☆☆

这本书的配套资源，简直是“神助攻”级别的存在。很多时候，光看书本上的理论是枯燥的，尤其涉及到编程和仿真时，没有实际操作，知识点就很容易变成空中楼阁。我惊喜地发现，这本书的配套网站上提供了大量的实验指导文档和参考代码库。这些实验并不是简单的验证性操作，而是设计性很强的项目。比如，书中理论讲解了有限状态机的设计，配套的实验就要求你设计一个复杂的交通信号灯控制器，并且提供了不同层次的实现建议，从最基础的门级描述到后来的RTL级描述。更重要的是，它给出的示例代码，注释非常详尽，几乎每一行关键代码的作用都解释得清清楚楚，这极大地降低了初学者入门HDL的门槛。我发现自己以前在其他地方遇到的最大障碍就是“环境配置”和“工具使用”，而这本书的配套资料里，对主流开发套件的安装和基本项目创建流程做了非常细致的图文教程，几乎手把手地带着你走完了从代码输入到最终下载到开发板上的全过程，这种全流程的支持，是很多纸质教材所欠缺的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计实在是很用心，封面那种略带磨砂的质感，拿在手里沉甸甸的，立刻就能感觉到这不是一本糊弄事儿的教材。我特别喜欢它选用的那种深蓝和灰色的主色调，看起来既专业又不失稳重。内页的纸张质量也相当不错，那种微微泛黄的米白色，长时间阅读眼睛也不会觉得特别疲劳，这对于我们这种需要啃完厚厚一本专业书的学生来说，简直是福音。更别提排版了，字里行间留白恰到好处，公式和电路图的绘制清晰锐利，各种符号的标注一丝不苟。很多教材的插图总是糊得像涂鸦，但这本处理得非常专业，无论是时序图还是逻辑门电路的示意图，都像是直接从专业设计软件里导出来的标准件。我记得翻到讲同步电路那一章时，复杂的时序波形图居然能做到一目了然，这对于理解信号之间的先后关系至关重要。而且，很多关键的概念，比如锁存器和触发器的区别，作者都用了专门的色块或者加粗字体来强调，这种细致入微的排版处理，极大地提升了阅读的效率和体验，让人感觉作者真的站在读者的角度去思考如何更好地传授知识，而不是仅仅把知识堆砌在一起。