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張義和 著

圖書標籤:

• FPGA
• 數字電路
• Verilog
• VHDL
• 硬件設計
• 可編程邏輯
• 嵌入式係統
• 電子工程
• 通信係統
• 信號處理

店鋪： 博學精華圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030376039

商品編碼：29729462862

包裝：平裝

齣版時間：2013-07-01

基本信息

書名:FPGA設計

：52.00元

售價：36.4元,便宜15.6元,摺扣70

作者:張義和

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2013-07-01

ISBN：9787030376039

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：12k

商品重量：0.4kg

編輯推薦

內容提要

Altium Designer所提供的電路原理圖繪圖功能（簡稱電路繪圖），一直都是群雄，它提供各種電路圖結構的設計，包括單張式電路圖、平坦式電路圖、階層式電路圖，以及高效能的重復階層式電路圖，等等。
《FPGA設計》的主要目的是探討FPGA設計，包括以VHDL為主的數字邏輯基礎能力訓練與應用技巧，並搭配NanoBoard 3000進行係統設計。
《FPGA設計》內容豐富、結構閤理、圖文並茂、語言清晰。適閤各大中型院校電工、電子、自動化及相關專業師生參考閱讀，同時適閤作為電路設計工程師的參考用書。

目錄

作者介紹

文摘

序言

《數字邏輯與時序分析實戰》 內容梗概： 本書是一本旨在為讀者打下堅實數字邏輯基礎，並深入理解時序分析關鍵概念的實踐性指南。我們將從最基礎的邏輯門和布爾代數齣發，逐步構建起復雜的組閤邏輯和時序邏輯電路。本書的核心在於強調理論與實踐的結閤，通過大量的實例和設計流程，引導讀者掌握如何從需求分析到最終電路實現的完整過程。 章節詳解： 第一部分：數字邏輯基礎 第一章：數字係統概覽與編碼 引言：為何要學習數字邏輯？數字係統在現代科技中的地位（計算機、通信、嵌入式係統等）。 數製與轉換：二進製、十進製、十六進製的相互轉換，以及它們在數字電路中的應用。 邏輯運算與布爾代數：AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR等基本邏輯門的功能和真值錶。布爾代數的公理、定理和常用公式，如德摩根定律、吸收律、分配律等。如何利用布爾代數進行邏輯錶達式的化簡。 編碼：二進製編碼（BCD碼）、格雷碼、ASCII碼等，及其在數據錶示和傳輸中的作用。 第二章：組閤邏輯電路設計 組閤邏輯電路的定義與特點：輸齣僅取決於當前輸入，無記憶性。 邏輯函數的錶示方法：真值錶、卡諾圖（Karnaugh Map）的繪製和化簡，包括多變量卡諾圖和避免使用Don't Care條件。 常用組閤邏輯模塊： 編碼器與譯碼器： 優先編碼器、數據選擇器（MUX）作為通用邏輯實現單元。 加法器與減法器： 半加器、全加器、串行加法器、並行加法器、進位選擇加法器、進位預測加法器。 比較器： 1位比較器、n位比較器。 奇偶校驗電路： 産生和檢測校驗位。 如何利用基本邏輯門構建上述模塊。 設計流程：從功能描述到真值錶，再到卡諾圖化簡，最後是邏輯圖實現。 第三章：時序邏輯電路基礎 時序邏輯電路的定義與特點：輸齣取決於當前輸入和過去的輸入（狀態），具有記憶性。 鎖存器（Latch）與觸發器（Flip-Flop）： SR鎖存器：基本結構、工作原理、透明鎖存器。 D鎖存器：數據鎖存功能。 時鍾信號： 時鍾的周期、頻率、占空比，時鍾的産生和分發。 同步時序電路： 邊沿觸發（上升沿、下降沿）與電平觸發。 SR觸發器、D觸發器（D-FF）、JK觸發器、T觸發器。它們的特性錶、狀態圖和狀態轉換圖。 主從結構觸發器和脈衝觸發器。 寄存器（Register）： 存儲多個位的設備，如並行加載寄存器、移位寄存器（左移、右移）。 計數器（Counter）： 異步計數器（Ripple Counter）：優點和缺點，異步傳播延遲。 同步計數器（Synchronous Counter）：行波進位計數器、二進製計數器、十進製計數器（BCD計數器）。 任意模計數器設計：如何通過組閤邏輯和觸發器實現任意長度的計數。 狀態機（State Machine）的初步概念：有限狀態機（FSM）的描述方式（狀態圖、狀態錶）。 第二部分：數字係統的高級設計與時序分析 第四章：有限狀態機（FSM）設計 FSM的詳細介紹：摩爾型（Moore Machine）和米利型（Mealy Machine）的區彆和適用場景。 狀態編碼：二進製編碼、獨熱編碼（One-Hot Encoding），及其對邏輯復雜度和速度的影響。 FSM設計流程： 1. 需求分析與狀態定義。 2. 繪製狀態圖。 3. 編寫狀態錶。 4. 選擇觸發器類型（通常使用D觸發器）。 5. 根據狀態錶和觸發器類型，推導齣驅動方程（Next State Logic）和輸齣方程（Output Logic）。 6. 電路實現。 實例分析：序列檢測器、交通燈控製器、簡單協議處理器等。 第五章：時序分析入門 時鍾周期和時鍾頻率的關係。 關鍵路徑（Critical Path）的概念：電路中信號從輸入端傳播到輸齣端所需的最長時間路徑。 建立時間（Setup Time, t_SU）和保持時間（Hold Time, t_H）：觸發器在時鍾邊沿附近對數據信號的要求。 時鍾到輸齣延遲（Clock-to-Q Delay, t_CQ）：時鍾邊沿到達後，數據信號在觸發器輸齣端穩定所需的時間。 時鍾抖動（Clock Jitter）：時鍾周期實際值與理想值之間的偏差。 時鍾傾斜（Clock Skew）：同一時鍾信號到達不同觸發器的時間差。 組閤邏輯延遲（Combinational Logic Delay, t_COMB）：信號通過組閤邏輯所花費的時間。 時序約束（Timing Constraints）：為瞭保證電路正確運行而設定的時間要求。 時序違例（Timing Violation）：建立時間違例和保持時間違例的産生原因和後果。 第六章：時序分析與優化 時序分析方法： 時序圖（Timing Diagram）的繪製和分析：可視化時序關係，幫助理解建立時間和保持時間。 靜態時序分析（Static Timing Analysis, STA）的原理：不依賴於測試嚮量，而是分析所有可能的路徑。 時序報告（Timing Report）的解讀：分析報告中的關鍵路徑、Slack值（裕量）。 最大時鍾頻率計算： 如何根據建立時間和組閤邏輯延遲來確定電路能夠工作的最高時鍾頻率。 最小工作時鍾周期計算： 如何根據保持時間和組閤邏輯延遲來確定電路能夠工作的最小時鍾周期。 時序優化技術： 流水綫（Pipelining）：將長組閤邏輯分解，插入寄存器，提高吞吐量。 邏輯優化：使用更快的邏輯門，減少層數。 閤理的時鍾頻率選擇：避免過高的頻率帶來的時序問題。 優化狀態機編碼：選擇閤適的狀態編碼減少邏輯。 時鍾分頻與時鍾域交叉（Clock Domain Crossing, CDC）的初步介紹（在本章作為高級內容提及，詳細內容可能涉及更復雜的同步電路設計）。 第七章：實際設計流程與工具 硬件描述語言（HDL）簡介： Verilog HDL和VHDL的基本語法和特點（本章將側重於解釋HDL在邏輯設計中的作用，而非深入講解HDL本身）。 綜閤（Synthesis）工具： 如何將HDL代碼轉換為門級網錶。 布局布綫（Place and Route）工具：在物理器件上實現邏輯。 時序仿真（Timing Simulation）與功能仿真（Functional Simulation）的區彆。 設計流程總結： 從需求到仿真、綜閤、實現、驗證的完整流程。 常見設計問題與調試技巧。 本書特色： 理論與實踐並重： 每章都包含大量概念解釋、電路圖示和設計實例，幫助讀者將理論知識應用於實際。 由淺入深： 從最基礎的邏輯門開始，逐步過渡到復雜的狀態機和時序分析，適閤不同基礎的讀者。 強調時序分析： 詳細講解建立時間、保持時間等關鍵時序概念，以及如何進行時序分析和優化，這是設計高速、穩定數字電路的關鍵。 工程導嚮： 關注實際設計流程和可能遇到的問題，為讀者提供工程實踐的指導。 目標讀者： 電子工程、計算機科學、自動化等相關專業的學生。 希望深入理解數字電路工作原理的硬件工程師。 從事嵌入式係統、ASIC/FPGA設計等相關工作的從業人員。 對數字邏輯和計算機硬件感興趣的愛好者。 通過閱讀本書，您將能夠獨立設計和分析數字邏輯電路，理解高速數字係統設計的核心挑戰，並為進一步學習更高級的數字係統設計打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

購買這本書，我是希望它能包含一些前沿或至少是主流的應用案例，比如簡單的圖像處理加速、PCIe接口的基礎協議介紹，或者至少是嵌入式Linux在FPGA上的加載經驗。我希望能看到一些實戰性強的項目代碼片段，哪怕是簡化的，也能讓我對FPGA的應用邊界有個直觀的認識。但是，這本書的內容似乎停留在非常基礎的邏輯門電路和狀態機的理論推導階段。大量的篇幅用來講解如何用純粹的組閤邏輯實現乘法器，或者用有限狀態機（FSM）來控製一個簡單的交通信號燈，這些內容在任何一本大學的數字電路教材裏都能找到，而且講解得更直觀。我甚至懷疑這本書是不是在介紹上世紀八十年代的PAL/GAL器件設計思路，因為它的“設計實例”缺乏現代FPGA所特有的那些高速接口、DDR內存控製器或者SoC集成的相關內容。對那些想看到FPGA“能做什麼”的讀者來說，這本書提供的視角太局限瞭。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的期望是它能提供一套係統化的設計流程，從需求分析到最終的比特流下載，每一個環節都有清晰的步驟和工具推薦。比如，我期待它能詳細介紹如何使用主流EDA工具鏈進行仿真、綜閤、布局布綫，並且針對不同的目標器件（比如賽靈思的7係列和英特爾的Cyclone係列）給齣具體的約束文件（XDC/SDC）編寫技巧。然而，這本書的重點似乎完全偏離瞭這個方嚮。它花瞭大量的篇幅去討論硬件描述語言（HDL）本身的一些晦澀的語法特性，比如如何利用SystemVerilog的類和約束隨機驗證（CRV）來設計測試平颱，這對於一個隻想學習如何點亮闆子上某個外設的人來說，簡直是殺雞用牛刀。我翻遍瞭索引，幾乎找不到關於“I/O引腳分配”或者“JTAG調試”這種基礎操作的詳細說明。感覺作者是假設讀者已經擁有瞭一個成熟的、自動化的流程，而這本書的任務隻是指導你如何用更深奧的理論去重構這個流程，這完全不符閤我的實際需求，我需要的是工具的使用手冊，不是語言哲學的探討。

評分☆☆☆☆☆

這本《FPGA設計》的篇幅和深度，對於一個初學者來說簡直是天文數字。我本來以為能從中找到一些關於Verilog/VHDL基礎語法的快速入門指南，或者是一些現成的項目模闆，方便我快速上手做一個簡單的小玩意兒。結果呢？這本書像是一本麵嚮資深工程師的參考手冊，上來就直接探討亞穩態的成因、時鍾域交叉的跨時鍾域邏輯設計中的奇技淫巧，以及如何利用高級綜閤工具優化關鍵路徑的時序。我花瞭整整一個周末試圖理解其中的寄存器傳輸級描述和結構級描述的底層差異，結果還是雲裏霧裏。那些關於片上RAM的讀寫時序圖，對我來說就像是天書，完全沒有圖形化的輔助說明，全是密密麻麻的文字和公式。我真正想知道的是，如何用最簡單的方式點亮一個LED燈，並讓它閃爍起來，這本書裏似乎默認你已經知道這一切，並且正在追求極緻的性能優化。如果你是想找一本“手把手教你入門”的書，請避開它，它更像是給那些已經畢業十年，準備衝擊高級認證的同行準備的“內功心法”。

評分☆☆☆☆☆

最讓我感到睏惑的是，這本書對如何管理和避免FPGA設計中的“陷阱”討論得過於理論化，而缺乏實際的調試經驗分享。例如，在處理中斷邏輯或者異步FIFO時，我們都知道實際調試中會遇到各種意想不到的問題，比如復位序列的競態條件，或者由於綜閤器優化導緻的行為差異。我非常期待書中能有一章專門討論“調試方法論”，分享一些資深工程師在仿真驗證失敗後，如何利用硬件邏輯分析儀、示波器或者闆級調試工具來定位問題。這本書裏提到的調試方法，基本都停留在“檢查你的波形圖是否符閤預期”這種最錶層的建議。它沒有教我如何在高頻時鍾下捕捉到那個隻齣現一次的時序錯誤，也沒有提到如何使用芯片內部的邏輯分析儀（如ILA核）來探查實際運行時的內部信號。對我這個急需解決實際硬件Bug的工程師來說，這本書提供的“理論解藥”遠不如一個實用的“調試技巧”來得珍貴。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和圖示質量實在令人擔憂。在技術書籍中，清晰的邏輯圖、時序圖和波形圖是理解復雜概念的關鍵。遺憾的是，這本書中的示意圖常常是低分辨率的黑白綫條圖，很多關鍵的信號綫交叉和延時標注模糊不清，需要我反復對照文字描述纔能勉強辨認齣來。特彆是涉及到並行處理結構時，缺乏一個清晰的俯視角度的模塊框圖來展示數據流嚮，使得理解數據如何在流水綫中傳遞成為一項挑戰。我不得不自己打開一個繪圖軟件，重新手繪瞭幾個關鍵算法的數據通路圖，纔能真正理解作者想要錶達的意思。這無疑大大減慢瞭我的學習進度。對於一個旨在教授“設計”的學科來說，視覺呈現的專業性和清晰度是至關重要的，這本書在這方麵的投入明顯不足，讓人感覺像是在閱讀一份年代久遠的學術論文草稿。