基于VHDL的FPGA数字系统应用实践 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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陈忠平 著

图书标签:

• FPGA
• VHDL
• 数字系统设计
• 可编程逻辑器件
• 硬件描述语言
• 实践应用
• 嵌入式系统
• 数字电路
• 电子工程
• 设计实例

店铺： 夜语笙箫图书专营店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121230059

商品编码：29688484074

包装：平装

出版时间：2014-05-01

基本信息

书名：基于VHDL的FPGA数字系统应用实践

定价：79.00元

作者：陈忠平

出版社：电子工业出版社

出版日期：2014-05-01

ISBN：9787121230059

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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本书以VHDL语言为蓝本，结合Quartus II软件，通过丰富的实例从实验、实践、实用的角度，详细叙述了FPGA在数字系统中的应用。

内容提要

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本书以VHDL语言为蓝本，结合Quartus II软件，通过丰富的实例从实验、实践、实用的角度，详细叙述了FPGA在数字系统中的应用。本书共10章，主要内容包括FPGA硬件结构知识、VHDL语言编程基础、硬件开发工具Quartus II的使用、门电路设计与实现、常用组合逻辑电路的设计、常用时序逻辑电路与状态机的设计、FPGA的显示及键盘控制、FPGA在数字系统设计中的应用、FPGA在数字信号处理中的应用、宏功能模块与SOPC技术的应用。

目录

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作者介绍

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陈忠平，湖南工程职业技术学院讲师，具有丰富的单片机原理、EDA技术、电子技术等课程的教学经验，著有《基于Proteus的51系列单片机设计与仿真》、《基于项目驱动式的C51单片机程序设计与应用》、《基于Proteus的AVR单片机C语言程序设计与仿真》、《基于Proteus的PIC单片机C语言程序设计与仿真》和《基于Quartus II的FPGA/CPLD设计与应用》等。

文摘

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序言

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基于VHDL的FPGA数字系统应用实践 从理论到实践，驾驭数字世界的设计之魂 在日新月异的电子技术浪潮中，数字系统扮演着核心的角色，它们驱动着从通信设备到人工智能，再到消费电子的方方面面。而FPGA（现场可编程门阵列）以其卓越的灵活性、高效的并行处理能力以及快速的迭代开发周期，已然成为现代数字系统设计的首选平台。然而，要真正释放FPGA的强大潜能，掌握其核心的硬件描述语言——VHDL，并将其巧妙地应用于实际系统设计，则是一项至关重要的技能。 本书——《基于VHDL的FPGA数字系统应用实践》，正是为帮助读者系统掌握VHDL语言，并将其深度应用于FPGA数字系统设计而精心打造的。它不仅仅是一本枯燥的技术手册，更是一本贯穿理论与实践的指导手册，旨在引领读者一步步踏入FPGA设计的神圣殿堂，最终能够独立完成复杂数字系统的设计、验证与实现。 为什么选择VHDL？ VHDL（VHSIC Hardware Description Language），作为IEEE标准之一，是国际上广泛认可和使用的硬件描述语言。它拥有严谨的语法结构、丰富的并发机制以及强大的建模能力，能够精确地描述数字硬件的行为和结构。与软件编程语言不同，VHDL的描述直接映射到硬件逻辑，让设计师能够以一种更接近硬件的思维方式来思考和构建数字系统。掌握VHDL，意味着你掌握了与硬件“沟通”的通用语言，能够胜任从微处理器到信号处理，再到通信协议的各种数字系统设计任务。 本书的核心价值： 本书将带领读者进行一次深入而全面的FPGA设计之旅，其核心价值体现在以下几个方面： 1. VHDL语言的精通之路： 本书将从VHDL语言的基础概念出发，循序渐进地讲解其核心语法和特性。你将学会如何定义实体（Entity）与架构（Architecture），掌握信号（Signal）、变量（Variable）和常量（Constant）的使用，理解进程（Process）的并发执行模型，并深入理解数据类型、运算符、语句（如IF、CASE、LOOP、WAIT）以及函数和过程的创建与调用。 基础构建： 从最基本的端口声明、信号赋值，到层次化设计中的组件实例化，都将进行详尽阐述。 并发与同步： 深入理解VHDL的并发特性，这是FPGA设计的灵魂所在。我们将详细讲解时钟、复位信号的建模，以及如何利用同步逻辑来构建稳定可靠的系统。 高级特性： 探索VHDL中的显式状态机建模、保护（Protected）类型、包（Package）和库（Library）的使用，以及如何进行参数化设计，为构建可重用和灵活的IP核奠定基础。 仿真与验证： 硬件设计离不开仿真。本书将结合实际例子，演示如何编写VHDL测试平台（Testbench），利用仿真工具进行行为级仿真和时序仿真，发现并修复设计中的逻辑错误。 2. FPGA硬件的深度理解： 本书并非仅仅停留在VHDL代码层面，而是将VHDL代码与FPGA硬件的实际结构紧密结合。你将了解FPGA的基本构成，如查找表（LUT）、触发器（Flip-Flop）、分布式RAM（Distributed RAM）、块RAM（Block RAM）、DSP Slice等。通过VHDL代码的编写，你将能深刻理解这些硬件资源是如何被映射和利用的。 逻辑单元的映射： 了解VHDL语句如何被综合工具翻译成FPGA的逻辑门和触发器。 资源优化： 学习如何编写高效的VHDL代码，以最小化资源占用，提高设计性能。 时序约束与分析： 理解FPGA时序设计的挑战，掌握时序约束的设置方法，并通过时序分析报告来评估设计的性能，确保系统在预期的时钟频率下稳定运行。 3. 典型数字系统应用的实践： 理论知识的掌握固然重要，但最终的目的在于能够将其应用于实际的数字系统设计。本书将通过一系列精心挑选的、具有代表性的数字系统应用案例，引导读者将所学的VHDL知识付诸实践。每一个案例都将从需求分析、系统设计、VHDL建模、仿真验证到最终在FPGA开发板上的实现，进行完整的演示。 基础模块： 从简单的加法器、减法器、多路选择器、译码器等组合逻辑模块开始，让读者熟悉VHDL的建模方式。 时序逻辑： 深入学习寄存器、计数器、移位寄存器、有限状态机（FSM）等时序逻辑模块的设计，理解状态转移的原理。 数据通路与控制器： 学习如何设计复杂的数据通路，以及如何通过控制器来协调数据流和操作，例如简单的RISC处理器指令译码与执行。 通信接口： 实践UART、SPI、I2C等常用的串行通信接口的设计，理解数据传输的时序和协议。 信号处理： 探索数字信号处理（DSP）在FPGA上的实现，如FIR滤波器、FFT等，感受FPGA强大的并行计算能力。 存储器接口： 学习如何与外部存储器（如SDRAM）进行交互，完成数据的读写操作。 高级应用： 触及一些更复杂的应用，例如视频处理中的像素处理单元，或者简单的图像识别算法的硬件加速。 4. 完整的设计流程指导： 本书将不仅仅是代码的堆砌，而是会系统地介绍一个完整的FPGA设计流程，包括： 需求分析与规格定义： 如何将模糊的系统需求转化为清晰的设计规格。 系统架构设计： 如何划分模块，设计清晰的接口，构建可维护、可扩展的系统架构。 VHDL建模： 如何根据设计规格，编写高效、可靠的VHDL代码。 仿真验证： 如何编写有效的测试平台，确保设计的正确性。 综合与实现： 了解综合工具（如Vivado、Quartus）的工作原理，设置合适的约束，并执行物理实现（布局布线）。 时序分析与优化： 理解时序报告，进行必要的代码和约束优化，以达到设计目标。 板级调试： 学习在FPGA开发板上进行调试的常用方法和工具，如ILA（Integrated Logic Analyzer）等。 本书的读者对象： 电子信息工程、计算机科学与技术等相关专业的在校学生： 为您提供扎实的FPGA设计理论基础和实践经验。 初入FPGA设计领域的工程师： 帮助您快速入门，掌握核心技能，提升工作效率。 有一定VHDL基础，希望深化理解和拓展应用范围的工程师： 提供更深入的理论讲解和更丰富的实践案例。 对硬件设计感兴趣的爱好者： 引导您进入一个充满挑战和创造力的领域。 学习本书，您将获得： 驾驭VHDL的强大能力： 能够独立编写高质量的VHDL代码，描述复杂的数字逻辑。 深刻的FPGA硬件理解： 了解VHDL代码如何转化为实际的硬件电路，并学会优化设计以适应硬件资源。 解决实际问题的实践经验： 通过丰富的案例，掌握从需求分析到最终实现的完整设计流程。 提升逻辑思维和系统设计能力： 培养严谨的逻辑思维和模块化、层次化的系统设计理念。 面向未来的核心竞争力： 在数字集成电路设计、嵌入式系统开发、高性能计算等领域具备更强的竞争力。 《基于VHDL的FPGA数字系统应用实践》不仅仅是一本书，更是您在数字设计领域的一位良师益友。它将陪伴您在VHDL的世界里遨游，在FPGA的硬件平台上创造，最终点燃您对数字系统设计的无限热情。让我们一同开启这段激动人心的实践之旅，用VHDL的力量，塑造您心中的数字世界！

评分☆☆☆☆☆

如果用一个词来形容这本书的阅读体验，那就是“踏实”。它不像某些教材那样追求最新的、最花哨的技术点而牺牲了基础的严谨性。这本书的内容非常“耐啃”，每一个设计模块的引入，都基于扎实的数字电路原理。我个人非常喜欢其中关于系统级抽象层次的讨论。在设计大型系统时，如何合理地划分模块、定义清晰的接口协议（如AXI或简单的握手信号），是决定项目成败的关键。书中对此提供了非常详尽的案例和设计规范。例如，它在介绍一个复杂的控制逻辑时，会先用状态图定义行为，再用VHDL实现，最后用仿真验证。这种完整的、自上而下的设计流程演示，极大地提升了我对整个项目管理流程的理解。这本书就像一位经验丰富的导师，他不仅传授给你“招式”（VHDL代码），更重要的是教给你“内功心法”（系统设计哲学），确保你的设计是健壮、可扩展和易于维护的。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在职的硬件工程师，我手头上的参考资料已经不少了，但坦白说，很多教材都是停留在学院派的理论高度，对于工业界快速迭代的需求和实际项目中的“陷阱”着墨不多。然而，这本教材的视角非常贴近工程实践。它在讨论状态机设计时，没有仅仅停留在Mealy和Moore模型的理论对比上，而是详细对比了在Xilinx和Altera（现在是Intel）的不同开发环境下的具体编码习惯和综合结果差异，这一点对于需要跨平台工作的工程师来说简直是福音。更让我感到惊喜的是，书中关于如何利用高级描述语言（如SystemVerilog或更高级的HLS概念的初步引入）来辅助VHDL设计，以提高模块化和复用性的探讨。这些内容在很多传统的VHDL教材中是缺失的。它真正体现了“应用实践”的精髓——不是闭门造车，而是如何将所学的语言能力转化为高效、可维护的硬件实现。对于那些想要将自己的FPGA技能升级到能应对中大型项目挑战的专业人士，这本书提供的实战经验和前沿视野是无价的。

评分☆☆☆☆☆

我之前接触的FPGA入门书籍，要么是专注于单一工具链的“点子书”，要么就是堆砌了很多晦涩难懂的硬件描述语言规范。这本书的叙事节奏掌握得非常好，它没有一开始就给我灌输太多数学公式，而是巧妙地将复杂的算法（比如FIR滤波器或CORDIC）与所需的VHDL结构紧密地结合起来讲解。这种“问题驱动”的学习方式，极大地激发了我的学习兴趣。尤其是在讲解流水线设计时，作者用了一个非常生动的例子来解释为什么并行度高的设计不一定在单位时间内性能更好，这让我对性能瓶颈有了更直观的认识。而且，书中对调试和验证部分的讲解也极其到位。它提供了很多关于如何有效使用仿真工具和逻辑分析仪的技巧，这些技巧很多都是我在实际工作中摸爬滚打才领悟到的，现在能系统地在书中看到，让我少走了很多弯路。这本书的结构设计，完全符合人脑的学习规律，由浅入深，层层递进，让人读起来有一种“豁然开朗”的感觉。

评分☆☆☆☆☆

这本书在内容深度上的平衡处理，实在值得称赞。它成功地在“新手友好”和“资深用户需求”之间架起了一座坚实的桥梁。对于初学者，它能提供清晰的语法基础和简单的实验案例来建立信心；但对于有一定基础的人，它提供的进阶内容，例如如何设计可综合的、高效的异步FIFO，以及如何处理跨时钟域信号的同步问题，是非常有价值的。我特别关注了它关于资源利用率的分析部分。作者不仅展示了实现某个功能所需的逻辑单元（LUTs）和触发器（FFs）的数量，还解释了不同的VHDL写法如何导致后端综合工具做出不同的优化选择，从而影响最终的时序报告。这教会了我，写代码时必须时刻有“硬件在脑中”的意识。市面上很多书只教你实现功能，而这本书教你如何优雅、高效地实现功能，这才是工程思维的体现。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是为我们这些在校的电子信息工程专业的学生量身定做的“救命稻草”！我一直觉得理论知识学得还行，但一到实际操作，尤其是面对复杂的FPGA项目时，就显得力不从心。这本书的厉害之处在于，它没有停留在枯燥的语法讲解上，而是直接切入了“实战”的核心。从最基础的数字逻辑描述到复杂的系统级设计，作者似乎带着我们一步步拆解了每一个难点。我特别欣赏它在讲解时那种抽丝剥茧的耐心，比如在如何优化时序约束那一部分，它没有简单地说“要约束好”，而是深入剖析了不同约束类型对实际资源占用和运行频率的影响，甚至还配上了清晰的波形图和代码片段对比。读完相关的章节，我立刻能感觉到自己对FPGA设计流程的掌控力提升了一个档次。这本书的好处是，它不只是告诉你“怎么做”，更重要的是解释了“为什么这么做”，这种对设计思想的引导，比死记硬背语法规则要宝贵得多。对于希望从“会写VHDL代码”跃升到“能设计可靠数字系统”的工程师来说，这绝对是一本值得反复研读的工具书。