基於VHDL的FPGA數字係統應用實踐 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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陳忠平 著

圖書標籤:

• FPGA
• VHDL
• 數字係統設計
• 可編程邏輯器件
• 硬件描述語言
• 實踐應用
• 嵌入式係統
• 數字電路
• 電子工程
• 設計實例

店鋪： 夜語笙簫圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121230059

商品編碼：29688484074

包裝：平裝

齣版時間：2014-05-01

基本信息

書名：基於VHDL的FPGA數字係統應用實踐

定價：79.00元

作者：陳忠平

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2014-05-01

ISBN：9787121230059

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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本書以VHDL語言為藍本，結閤Quartus II軟件，通過豐富的實例從實驗、實踐、實用的角度，詳細敘述瞭FPGA在數字係統中的應用。

內容提要

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本書以VHDL語言為藍本，結閤Quartus II軟件，通過豐富的實例從實驗、實踐、實用的角度，詳細敘述瞭FPGA在數字係統中的應用。本書共10章，主要內容包括FPGA硬件結構知識、VHDL語言編程基礎、硬件開發工具Quartus II的使用、門電路設計與實現、常用組閤邏輯電路的設計、常用時序邏輯電路與狀態機的設計、FPGA的顯示及鍵盤控製、FPGA在數字係統設計中的應用、FPGA在數字信號處理中的應用、宏功能模塊與SOPC技術的應用。

目錄

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作者介紹

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陳忠平，湖南工程職業技術學院講師，具有豐富的單片機原理、EDA技術、電子技術等課程的教學經驗，著有《基於Proteus的51係列單片機設計與仿真》、《基於項目驅動式的C51單片機程序設計與應用》、《基於Proteus的AVR單片機C語言程序設計與仿真》、《基於Proteus的PIC單片機C語言程序設計與仿真》和《基於Quartus II的FPGA/CPLD設計與應用》等。

文摘

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序言

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基於VHDL的FPGA數字係統應用實踐 從理論到實踐，駕馭數字世界的設計之魂 在日新月異的電子技術浪潮中，數字係統扮演著核心的角色，它們驅動著從通信設備到人工智能，再到消費電子的方方麵麵。而FPGA（現場可編程門陣列）以其卓越的靈活性、高效的並行處理能力以及快速的迭代開發周期，已然成為現代數字係統設計的首選平颱。然而，要真正釋放FPGA的強大潛能，掌握其核心的硬件描述語言——VHDL，並將其巧妙地應用於實際係統設計，則是一項至關重要的技能。 本書——《基於VHDL的FPGA數字係統應用實踐》，正是為幫助讀者係統掌握VHDL語言，並將其深度應用於FPGA數字係統設計而精心打造的。它不僅僅是一本枯燥的技術手冊，更是一本貫穿理論與實踐的指導手冊，旨在引領讀者一步步踏入FPGA設計的神聖殿堂，最終能夠獨立完成復雜數字係統的設計、驗證與實現。 為什麼選擇VHDL？ VHDL（VHSIC Hardware Description Language），作為IEEE標準之一，是國際上廣泛認可和使用的硬件描述語言。它擁有嚴謹的語法結構、豐富的並發機製以及強大的建模能力，能夠精確地描述數字硬件的行為和結構。與軟件編程語言不同，VHDL的描述直接映射到硬件邏輯，讓設計師能夠以一種更接近硬件的思維方式來思考和構建數字係統。掌握VHDL，意味著你掌握瞭與硬件“溝通”的通用語言，能夠勝任從微處理器到信號處理，再到通信協議的各種數字係統設計任務。 本書的核心價值： 本書將帶領讀者進行一次深入而全麵的FPGA設計之旅，其核心價值體現在以下幾個方麵： 1. VHDL語言的精通之路： 本書將從VHDL語言的基礎概念齣發，循序漸進地講解其核心語法和特性。你將學會如何定義實體（Entity）與架構（Architecture），掌握信號（Signal）、變量（Variable）和常量（Constant）的使用，理解進程（Process）的並發執行模型，並深入理解數據類型、運算符、語句（如IF、CASE、LOOP、WAIT）以及函數和過程的創建與調用。 基礎構建： 從最基本的端口聲明、信號賦值，到層次化設計中的組件實例化，都將進行詳盡闡述。 並發與同步： 深入理解VHDL的並發特性，這是FPGA設計的靈魂所在。我們將詳細講解時鍾、復位信號的建模，以及如何利用同步邏輯來構建穩定可靠的係統。 高級特性： 探索VHDL中的顯式狀態機建模、保護（Protected）類型、包（Package）和庫（Library）的使用，以及如何進行參數化設計，為構建可重用和靈活的IP核奠定基礎。 仿真與驗證： 硬件設計離不開仿真。本書將結閤實際例子，演示如何編寫VHDL測試平颱（Testbench），利用仿真工具進行行為級仿真和時序仿真，發現並修復設計中的邏輯錯誤。 2. FPGA硬件的深度理解： 本書並非僅僅停留在VHDL代碼層麵，而是將VHDL代碼與FPGA硬件的實際結構緊密結閤。你將瞭解FPGA的基本構成，如查找錶（LUT）、觸發器（Flip-Flop）、分布式RAM（Distributed RAM）、塊RAM（Block RAM）、DSP Slice等。通過VHDL代碼的編寫，你將能深刻理解這些硬件資源是如何被映射和利用的。 邏輯單元的映射： 瞭解VHDL語句如何被綜閤工具翻譯成FPGA的邏輯門和觸發器。 資源優化： 學習如何編寫高效的VHDL代碼，以最小化資源占用，提高設計性能。 時序約束與分析： 理解FPGA時序設計的挑戰，掌握時序約束的設置方法，並通過時序分析報告來評估設計的性能，確保係統在預期的時鍾頻率下穩定運行。 3. 典型數字係統應用的實踐： 理論知識的掌握固然重要，但最終的目的在於能夠將其應用於實際的數字係統設計。本書將通過一係列精心挑選的、具有代錶性的數字係統應用案例，引導讀者將所學的VHDL知識付諸實踐。每一個案例都將從需求分析、係統設計、VHDL建模、仿真驗證到最終在FPGA開發闆上的實現，進行完整的演示。 基礎模塊： 從簡單的加法器、減法器、多路選擇器、譯碼器等組閤邏輯模塊開始，讓讀者熟悉VHDL的建模方式。 時序邏輯： 深入學習寄存器、計數器、移位寄存器、有限狀態機（FSM）等時序邏輯模塊的設計，理解狀態轉移的原理。 數據通路與控製器： 學習如何設計復雜的數據通路，以及如何通過控製器來協調數據流和操作，例如簡單的RISC處理器指令譯碼與執行。 通信接口： 實踐UART、SPI、I2C等常用的串行通信接口的設計，理解數據傳輸的時序和協議。 信號處理： 探索數字信號處理（DSP）在FPGA上的實現，如FIR濾波器、FFT等，感受FPGA強大的並行計算能力。 存儲器接口： 學習如何與外部存儲器（如SDRAM）進行交互，完成數據的讀寫操作。 高級應用： 觸及一些更復雜的應用，例如視頻處理中的像素處理單元，或者簡單的圖像識彆算法的硬件加速。 4. 完整的設計流程指導： 本書將不僅僅是代碼的堆砌，而是會係統地介紹一個完整的FPGA設計流程，包括： 需求分析與規格定義： 如何將模糊的係統需求轉化為清晰的設計規格。 係統架構設計： 如何劃分模塊，設計清晰的接口，構建可維護、可擴展的係統架構。 VHDL建模： 如何根據設計規格，編寫高效、可靠的VHDL代碼。 仿真驗證： 如何編寫有效的測試平颱，確保設計的正確性。 綜閤與實現： 瞭解綜閤工具（如Vivado、Quartus）的工作原理，設置閤適的約束，並執行物理實現（布局布綫）。 時序分析與優化： 理解時序報告，進行必要的代碼和約束優化，以達到設計目標。 闆級調試： 學習在FPGA開發闆上進行調試的常用方法和工具，如ILA（Integrated Logic Analyzer）等。 本書的讀者對象： 電子信息工程、計算機科學與技術等相關專業的在校學生： 為您提供紮實的FPGA設計理論基礎和實踐經驗。 初入FPGA設計領域的工程師： 幫助您快速入門，掌握核心技能，提升工作效率。 有一定VHDL基礎，希望深化理解和拓展應用範圍的工程師： 提供更深入的理論講解和更豐富的實踐案例。 對硬件設計感興趣的愛好者： 引導您進入一個充滿挑戰和創造力的領域。 學習本書，您將獲得： 駕馭VHDL的強大能力： 能夠獨立編寫高質量的VHDL代碼，描述復雜的數字邏輯。 深刻的FPGA硬件理解： 瞭解VHDL代碼如何轉化為實際的硬件電路，並學會優化設計以適應硬件資源。 解決實際問題的實踐經驗： 通過豐富的案例，掌握從需求分析到最終實現的完整設計流程。 提升邏輯思維和係統設計能力： 培養嚴謹的邏輯思維和模塊化、層次化的係統設計理念。 麵嚮未來的核心競爭力： 在數字集成電路設計、嵌入式係統開發、高性能計算等領域具備更強的競爭力。 《基於VHDL的FPGA數字係統應用實踐》不僅僅是一本書，更是您在數字設計領域的一位良師益友。它將陪伴您在VHDL的世界裏遨遊，在FPGA的硬件平颱上創造，最終點燃您對數字係統設計的無限熱情。讓我們一同開啓這段激動人心的實踐之旅，用VHDL的力量，塑造您心中的數字世界！

評分☆☆☆☆☆

這本書在內容深度上的平衡處理，實在值得稱贊。它成功地在“新手友好”和“資深用戶需求”之間架起瞭一座堅實的橋梁。對於初學者，它能提供清晰的語法基礎和簡單的實驗案例來建立信心；但對於有一定基礎的人，它提供的進階內容，例如如何設計可綜閤的、高效的異步FIFO，以及如何處理跨時鍾域信號的同步問題，是非常有價值的。我特彆關注瞭它關於資源利用率的分析部分。作者不僅展示瞭實現某個功能所需的邏輯單元（LUTs）和觸發器（FFs）的數量，還解釋瞭不同的VHDL寫法如何導緻後端綜閤工具做齣不同的優化選擇，從而影響最終的時序報告。這教會瞭我，寫代碼時必須時刻有“硬件在腦中”的意識。市麵上很多書隻教你實現功能，而這本書教你如何優雅、高效地實現功能，這纔是工程思維的體現。

評分☆☆☆☆☆

如果用一個詞來形容這本書的閱讀體驗，那就是“踏實”。它不像某些教材那樣追求最新的、最花哨的技術點而犧牲瞭基礎的嚴謹性。這本書的內容非常“耐啃”，每一個設計模塊的引入，都基於紮實的數字電路原理。我個人非常喜歡其中關於係統級抽象層次的討論。在設計大型係統時，如何閤理地劃分模塊、定義清晰的接口協議（如AXI或簡單的握手信號），是決定項目成敗的關鍵。書中對此提供瞭非常詳盡的案例和設計規範。例如，它在介紹一個復雜的控製邏輯時，會先用狀態圖定義行為，再用VHDL實現，最後用仿真驗證。這種完整的、自上而下的設計流程演示，極大地提升瞭我對整個項目管理流程的理解。這本書就像一位經驗豐富的導師，他不僅傳授給你“招式”（VHDL代碼），更重要的是教給你“內功心法”（係統設計哲學），確保你的設計是健壯、可擴展和易於維護的。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是為我們這些在校的電子信息工程專業的學生量身定做的“救命稻草”！我一直覺得理論知識學得還行，但一到實際操作，尤其是麵對復雜的FPGA項目時，就顯得力不從心。這本書的厲害之處在於，它沒有停留在枯燥的語法講解上，而是直接切入瞭“實戰”的核心。從最基礎的數字邏輯描述到復雜的係統級設計，作者似乎帶著我們一步步拆解瞭每一個難點。我特彆欣賞它在講解時那種抽絲剝繭的耐心，比如在如何優化時序約束那一部分，它沒有簡單地說“要約束好”，而是深入剖析瞭不同約束類型對實際資源占用和運行頻率的影響，甚至還配上瞭清晰的波形圖和代碼片段對比。讀完相關的章節，我立刻能感覺到自己對FPGA設計流程的掌控力提升瞭一個檔次。這本書的好處是，它不隻是告訴你“怎麼做”，更重要的是解釋瞭“為什麼這麼做”，這種對設計思想的引導，比死記硬背語法規則要寶貴得多。對於希望從“會寫VHDL代碼”躍升到“能設計可靠數字係統”的工程師來說，這絕對是一本值得反復研讀的工具書。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在職的硬件工程師，我手頭上的參考資料已經不少瞭，但坦白說，很多教材都是停留在學院派的理論高度，對於工業界快速迭代的需求和實際項目中的“陷阱”著墨不多。然而，這本教材的視角非常貼近工程實踐。它在討論狀態機設計時，沒有僅僅停留在Mealy和Moore模型的理論對比上，而是詳細對比瞭在Xilinx和Altera（現在是Intel）的不同開發環境下的具體編碼習慣和綜閤結果差異，這一點對於需要跨平颱工作的工程師來說簡直是福音。更讓我感到驚喜的是，書中關於如何利用高級描述語言（如SystemVerilog或更高級的HLS概念的初步引入）來輔助VHDL設計，以提高模塊化和復用性的探討。這些內容在很多傳統的VHDL教材中是缺失的。它真正體現瞭“應用實踐”的精髓——不是閉門造車，而是如何將所學的語言能力轉化為高效、可維護的硬件實現。對於那些想要將自己的FPGA技能升級到能應對中大型項目挑戰的專業人士，這本書提供的實戰經驗和前沿視野是無價的。

評分☆☆☆☆☆

我之前接觸的FPGA入門書籍，要麼是專注於單一工具鏈的“點子書”，要麼就是堆砌瞭很多晦澀難懂的硬件描述語言規範。這本書的敘事節奏掌握得非常好，它沒有一開始就給我灌輸太多數學公式，而是巧妙地將復雜的算法（比如FIR濾波器或CORDIC）與所需的VHDL結構緊密地結閤起來講解。這種“問題驅動”的學習方式，極大地激發瞭我的學習興趣。尤其是在講解流水綫設計時，作者用瞭一個非常生動的例子來解釋為什麼並行度高的設計不一定在單位時間內性能更好，這讓我對性能瓶頸有瞭更直觀的認識。而且，書中對調試和驗證部分的講解也極其到位。它提供瞭很多關於如何有效使用仿真工具和邏輯分析儀的技巧，這些技巧很多都是我在實際工作中摸爬滾打纔領悟到的，現在能係統地在書中看到，讓我少走瞭很多彎路。這本書的結構設計，完全符閤人腦的學習規律，由淺入深，層層遞進，讓人讀起來有一種“豁然開朗”的感覺。