大规模可编程逻辑器件与数字系统设计 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:北京航空航天大学出版社作者:杨晖出品人: 页数:209 译者: 出版时间:1998-06 价格:13.50元装帧:平装 isbn号码:9787810127776 丛书系列:

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具体描述

内容简介

90年代，大规模可编程逻辑器件和电子设计自动化（EDA）技术已经逐渐成为电子系统设计者的主

要设计手段，传统的设计方法逐渐被淘汰。今天，作为电子工程师，学习和掌握EDA技术已势在必行。

本书系统地介绍大规模可编程逻辑器件、EDA设计工具和数字系统设计方法。主要内容包括三个

部分：Lattice公司的ispLSI器件和Xilinx公司的FPGA器件的结构原理；Synario软件的使用方法；数

字系统的模块设计和系统集成方法。

全书内容详细、图文并茂、由浅人深，并配有几十个设计实例和十八个实验。既可作为高等院校可编

程逻辑器件和数字系统设计课程的本科生教材，也可作为电子工程技术人员的技术参考书和EDA设

计入门读物。

《现代嵌入式系统原理与应用开发》内容简介本书旨在为读者提供一个全面、深入且与时俱进的嵌入式系统知识体系，重点聚焦于现代微控制器（MCU）架构、实时操作系统（RTOS）的原理与实践，以及物联网（IoT）边缘设备的关键技术栈。全书结构严谨，理论阐述清晰，并辅以大量基于主流硬件平台（如ARM Cortex-M系列）的实际项目案例，确保读者不仅掌握理论基础，更能具备独立开发复杂嵌入式应用的能力。本书的读者群体涵盖了电子工程、计算机科学、自动化控制等相关专业的本科高年级学生、研究生，以及希望系统性提升嵌入式开发技能的工程师和技术爱好者。第一部分：嵌入式系统基础与硬件架构第一章嵌入式系统概述与发展趋势本章首先界定了嵌入式系统的概念、特点及其在现代工业、消费电子和基础设施中的核心地位。详细分析了嵌入式系统的典型应用领域，如智能家居、工业控制（IIoT）、医疗设备和汽车电子。随后，深入探讨了嵌入式技术的发展脉络，重点剖析了从传统的8位/16位处理器向32位高性能MCU演进的驱动力，以及异构计算、低功耗设计在未来嵌入式领域中的关键作用。第二章微控制器（MCU）核心架构剖析本章专注于现代嵌入式系统的“心脏”——微控制器。我们将以目前应用最广泛的ARM Cortex-M系列架构作为核心讲解对象，详尽阐述其流水线设计、特权级别（Privilege Levels）、中断与异常处理机制（NVIC）。内容涵盖寄存器组、存储器映射、总线结构（如AHB/APB）的原理，以及如何通过查阅数据手册（Datasheet）和参考手册（Reference Manual）来理解和配置底层硬件资源。此外，本章还将简要介绍RISC-V等新兴开源指令集架构的特点及其在特定嵌入式场景中的潜力。第三章存储器系统与启动流程嵌入式系统的可靠性高度依赖于其存储器管理。本章详细讲解了嵌入式系统中常见的存储器类型，包括SRAM、Flash（NOR/NAND）、EEPROM及其在系统中的角色分配。重点剖析了系统的启动序列（Boot Sequence）：从复位到程序执行的完整流程，包括启动配置位的设置、初始化代码（Startup Code）的作用以及C/C++运行时环境的建立。同时，讨论了代码密度优化和存储器保护单元（MPU）的基本配置方法。第四章片上外设接口与驱动编程本章是连接硬件与软件的关键桥梁。我们将系统性地介绍主流MCU集成的关键外设模块，并提供基于寄存器操作和硬件抽象层（HAL）两种层级的驱动编程方法：定时器/计数器（Timers/Counters）：讲解PWM生成、输入捕获和时间基准的实现，以及如何精确控制时间事件。模数/数模转换器（ADC/DAC）：深入探讨采样定理、量化误差、多通道扫描模式及DMA在高速数据采集中的应用。通信接口：详细解析UART、SPI、I2C等同步/异步串行通信协议的底层实现机制，并探讨RS-485、CAN等工业标准总线的应用特点。通用输入输出（GPIO）：讨论上拉/下拉电阻、开漏/推挽输出配置，以及防抖动设计。第二部分：实时操作系统（RTOS）与并发编程第五章实时操作系统（RTOS）核心概念本章构建了读者对RTOS的理论认知框架。首先区分了通用操作系统与实时操作系统的根本差异，强调了确定性、可预测性和时效性的重要性。详细阐述了RTOS的关键组件：任务（Task）管理、任务状态转换、上下文切换的原理与成本。着重分析了固定优先级抢占式调度、时间片轮转调度等调度算法的优缺点及其在不同应用场景下的适用性。第六章任务间通信与同步机制并发编程中的数据竞争和死锁是嵌入式开发中的常见陷阱。本章深入讲解了保障系统稳定性的同步与通信机制：信号量（Semaphores）与互斥锁（Mutexes）：区分二者的用途，讨论优先级反转问题及其解决方案（如优先级继承/天花板协议）。消息队列（Message Queues）：用于异步消息传递，讨论消息的拷贝开销和阻塞机制。事件组（Event Flags）与邮箱（Mailboxes）：用于高效地通知或传递单个指针或数据项。第七章内存管理与低资源优化在资源受限的嵌入式环境中，内存管理至关重要。本章探讨了RTOS提供的堆内存管理策略（如链表法、位图法），分析了动态内存分配（malloc/free）在实时系统中的潜在风险，并介绍了替代方案，如内存池（Memory Pool）的设计与实现。此外，还探讨了栈溢出检测、内存碎片化分析与碎片整理策略。第八章嵌入式系统调试、测试与安全基础本章侧重于提升代码质量和系统健壮性。详细介绍了使用JTAG/SWD进行硬件调试的技巧，包括断点设置、观察点、寄存器追踪和裸机代码单步调试。在测试方面，讲解了单元测试（如使用Ceptest/Unity）在嵌入式环境中的应用。同时，引入了嵌入式系统安全的基础概念，包括固件加密存储、安全启动（Secure Boot）的基本流程，以及如何防范常见的内存越界攻击。第三部分：高级应用与系统集成第九章嵌入式软件架构设计模式本章引导读者从“写代码”迈向“设计系统”。介绍了适合嵌入式开发的经典架构模式，如有限状态机（FSM）在处理复杂协议状态时的应用。重点讲解了面向对象（OOP）思想在C/C++嵌入式开发中的实践，包括嵌入式GUI（如LVGL）的事件驱动模型，以及如何构建可维护、可扩展的分层软件架构（如驱动层、服务层、应用层）。第十章低功耗设计与能效管理在电池供电设备和物联网节点中，功耗管理是核心指标。本章系统介绍MCU的各种低功耗模式（睡眠、深度睡眠、待机），以及如何通过精确控制时钟源（Clock Gating）、动态电压与频率调节（DVFS）来实现能效优化。讲解了如何利用外部中断（Wake-up Sources）和低功耗定时器来最小化系统在空闲时的功耗，并介绍了功耗分析工具的使用方法。第十一章嵌入式网络协议栈基础随着物联网的发展，嵌入式设备普遍需要联网能力。本章介绍了嵌入式系统中最常见的网络协议栈： TCP/IP协议栈的精简实现：探讨LWIP等轻量级TCP/IP协议栈的结构和资源占用特性。常用应用层协议：详细剖析MQTT在资源受限设备上的消息发布/订阅机制，以及HTTP/RESTful API在设备与云端交互中的应用。无线通信接口：简要介绍Wi-Fi、蓝牙低功耗（BLE）的工作原理及其在MCU上的软件集成挑战。第十二章现场升级（FOTA）与数据持久化本章关注系统在部署后的生命周期管理。详细讲解了固件空中升级（Firmware Over-The-Air, FOTA）的实现原理，包括双备份分区（A/B Partitioning）策略、下载过程中的校验机制和回滚机制。同时，探讨了非易失性存储器（如Flash或外部SD卡）上的数据持久化技术，包括文件系统（如FatFs）的选择与使用，以及如何设计可靠的配置数据存储结构。全书内容紧密围绕现代嵌入式系统的实际工程需求展开，强调理论与实践的结合，旨在培养具备扎实基础和工程素养的嵌入式系统开发者。

作者简介

目录信息

目录
第一章绪论
1.1引言
1.2可编程逻辑器件及EDA技术的发展史
习题
第二章可编程逻辑器件基础
2.1可编程逻辑器件的分类
2.1.1可编程逻辑器件的集成度分类
2.1.2可编程逻辑器件的其它分类方法
2.2PLD类器件的基本结构
2.2.1与或阵列
2.2.2宏单元
2.3FPGA的基本结构
2.3.1查找表型FPGA的结构
2.3.2多路开关型FPGA的结构
2.3.3多级与非门型FPGA的结构
2.4可编程元件
2.4.1熔丝开关和反熔丝开关
2.4.2浮栅编程技术
2.4.3SRAM配置存储器
2.5先进的可编程逻辑器件的编程和测试技术
2.5.1在系统可编程技术
2.5.2边界扫描测试技术
习题
第三章 Lattice公司的ispLSI系列器件
3.1ispLSI系统器件概述
3.1.1ispLSI系列器件的介绍
3.1.2iSpLSI系列器件的主要技术特性
3.2ispLSI器件的结构原理
3.2.1ispLSI1000/1000E 系列器件
3.2.2ispLSI2000系列器件
3.2.3ispLSI3000系列器件
3.2.4ispLSI6000系列器件
3.3ispLSI1016芯片介绍
3.3.1ispLSI1016的结构和特点
3.3.2ispLSI1016的主要性能指标和封装
3.3.3功耗和时延模型
3.4isp器件的编程
3.4.1器件编程元件的物理布局
3.4.2ISP编程接口
3.4.3多个ISP器件编程的配置方式
3.4.4ISP状态机
3.4.5编程的定时关系
习题
第四章 Xilinx公司的FPGA
4.1Xilinx公司的FPGA简介
4.2FPGA的结构原理
4.2.1XC2000系列的LCA结构
4.2.2XC3000系列的LCA结构
4.2.3XC4000系列的LCA结构
4.2.4内部晶体振荡器
4.3FPGA的配置
4.3.1工作模式
4.3.2配置流程
4.4FPGA的主要性能参数
4.4.1Xilinx的FPGA的产品型号命名及意义
4.4.2FPGA的性能参数
4.4.3FPGA的封装形式及管脚说明
习题
第五章器件设计
5.1概述
5.1.1大规模可编程逻辑器件的设计流程
5.1.2设计软件介绍
5.2Synario设计环境和基本操作
5.2.1Synari0软件环境
5.2.2基本命令
5.2.3设计流程
5.3设计输入、设计实现和设计仿真
5.3.1创建一个新的项目
5.3.2输入电路图
5.3.3输入ABEL文件
5.3.4建立顶层设计文件
5.3.5编译和设计实现
5.3.6仿真设计
5.4编程软件的使用方法
习题
第六章 ABEL硬件描述语言
6.1ABEL语言元素
6.1.1字符和数
6.1.2运算符、表达式与方程
6.1.3其它元素
6.2语言结构
6.2.1基本结构
6.2.2模块语句和标题语句
6.2.3DECLARATIONS定义段
6.2.4逻辑描述
6.2.5TESTVECTORS测试向量表
6.3DIRECTIVES指示字
习题
第七章数字系统设计方法
7.1设计方法基础
7.1.1数字系统设计流程
7.1.2基本方法
7.1.3设计准则
7.2组合逻辑电路设计
7.2.1编码器及译码器
7.2.2多路数据选择器/多路分配器
7.2.3比较器
7.2.4加法器
7.3寄存器逻辑电路设计
7.3.1基本触发器和寄存器
7.3.2计数器
7.3.3移位寄存器
7.4状态机设计
7.4.1状态机的基本结构和功能
7.4.2状态机的表示方法
7.4.3状态机设计
7.5输入/输出接口电路
7.6测试向量
7.6.1测度向量
7.6.2编写测试向量的技巧
7.7数字系统设计示例：数字跑表
7.7.1系统设计和功能分割
7.7.2模块设计
7.7.3设计实现
习题
思考题
第八章大规模可编程逻辑器件的应用
8.1CPLD和FPGA在微机系统中的应用
8.1.1地址译码器
8.1.2总线仲裁器
8.1.3DRAM控制器
8.1.4多功能模块
8.2大规模可编程器件在通信领域内的应用
8.2.1高速数字鉴相器
8.2.2高速数字相关器
8.2.3利用ISP器件实现可编程PCM采编器
8.3在数字信号处理技术（DSP）领域中的应用
8.3.1快速加法器设计
8.3.2快速乘法器设计
8.3.3FIR有限冲击响应滤波器
习题
思考题
第九章数字电路和数字系统实验
9.1实验一基本门电路实验
9.2实验二 3/8译码器实验
9.3实验三 BCD/七段显示译码器实验
9.4实验四计数器实验
9.5实验五模拟74LS160计数器实验
9.6实验六交通灯控制器
9.7实验七乒乓球游戏机
9.8实验八扫描数码显示器
9.9实验九频率计
9.10实验十数字钟
第十章综合数字系统设计实验
10.1实验一地址译码器
10.2实验二总线仲裁器
10.3实验三接口电路模块
10.4实验四 16位高速相关器
10.5实验五 PCM采编器
10.6实验六加法器
10.7实验七乘法器设计
10.8实验八 FIR有限冲击响应滤波器
附录A ISP数字电路/数字系统实验板介绍
附录B Synari0软件使用技巧
附录C GDS器件的开发
参考文献
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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初次翻开这本书时，我正焦头烂额于一个高速数据接口的系统集成难题，急需一本能将理论与实践紧密结合的参考书。这本书的章节安排非常巧妙，它没有一开始就陷入繁复的底层实现细节，而是先建立了一个宏观的系统设计视角，让我们理解为什么需要PLD，它们在整个数字系统中扮演何种不可替代的角色。我特别欣赏其中关于“设计收敛”过程的描述，那套严谨的迭代流程，从概念化到资源估算，再到后仿真验证，每一步都像是在进行一次精细的外科手术，容不得半点马虎。对于像我这种更偏向系统架构层面的设计者来说，理解底层逻辑如何影响顶层性能至关重要，这本书成功地架起了这座桥梁。它不仅讲解了如何使用VHDL或Verilog进行描述，更深入探讨了如何根据目标器件的特性来选择最优的描述方式，这才是真正区分“会编程”和“会设计”的关键所在。而且，书中的案例设计都具有极高的代表性，几乎涵盖了现代嵌入式系统和高性能计算中常见的模块，读来让人倍感亲切和实用，完全没有那种脱离实际的“学术腔调”。

☆☆☆☆☆

这本书的深邃之处，在于它不仅仅停留在对现有技术的介绍，更引导读者思考未来的发展趋势。在最后的几章中，作者对新兴的可编程技术，如eFPGA和CPLD在异构计算中的定位进行了前瞻性的分析，这为我制定长期的技术路线图提供了重要的参考依据。它教会我的不仅是如何在现有的工具集下做出优秀的设计，更重要的是如何保持对技术演进的敏感度。书中对IP核复用和第三方IP集成的安全性和兼容性问题的探讨，也是极其现实且具有前瞻性的内容，这在当前高度依赖IP生态的行业背景下显得尤为重要。总而言之，这本书的知识密度极高，需要时间去消化吸收，但一旦内化，它就如同在你的数字设计工具箱中安装了一个“超级内核”，让你的思维模式和设计水平都达到了一个新的高度。这是一部值得反复研读的、能让人在专业道路上走得更远的重量级著作。

☆☆☆☆☆

我是一个刚从模拟电路转入数字IC设计领域的“新人”，原本对可编程逻辑器件的概念感到有些茫然，总觉得它们是ASIC的某种“降级替代品”。然而，这本书彻底颠覆了我的固有看法。它以一种极富感染力的叙事方式，展现了PLD，特别是现代FPGA，在快速原型验证和敏捷开发中的核心竞争力。书中对特定应用电路（如DSP核、高速SerDes）的实现路径分析，让我清晰地看到了从抽象算法到硬件加速的全过程。更令人印象深刻的是，作者似乎洞察了初学者的所有困惑点，总能在关键节点插入一些“过来人”的忠告，比如如何避免常见的时钟域交叉陷阱，如何合理利用片上RAM的访问模式来优化吞吐量。这种润物细无声的指导，比生硬的公式堆砌要有效得多。它不再是单纯地介绍“是什么”，而是深度挖掘了“为什么这样做效率更高”。读完这部分内容，我对现代数字系统设计的核心价值有了更深层次的理解：它关乎如何在有限的资源内，实现最优的时间和空间复杂度。

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这本《大规模可编程逻辑器件与数字系统设计》初读起来，给我的感觉就像是走进了一个极其精密的机械迷宫，里面的每一个齿轮、每一个电路都遵循着严格的逻辑，但同时也充满了令人惊叹的创造力。我是在尝试理解现代FPGA架构的底层工作原理时偶然接触到这本书的，原本以为会是一本枯燥的技术手册，没想到它在深入剖析底层架构的同时，还能用一种近乎于艺术鉴赏的笔触来描绘数字逻辑的优雅。作者对时序约束和静态时序分析（STA）的讲解尤为到位，将复杂的时序问题拆解得丝丝入扣，让我这个在实际项目里屡屡与亚稳态作斗争的工程师，仿佛找到了久违的“定海神针”。书中对于不同逻辑单元（LUT、触发器、BRAM）的内部结构描述，详尽到令人发指，每一个细节都关乎最终的性能和功耗。特别是关于片上资源分配和布线拥塞的讨论，非常贴近工业界的真实痛点，而不是停留在教科书式的理想化场景。读完之后，我对如何编写高效的RTL代码，以及如何利用综合工具和布局布线工具的特性来优化设计，有了脱胎换骨的认识，不再是盲目地堆砌代码，而是开始真正地“与硬件对话”。这本书绝对是那种需要反复研读，每次都有新发现的深度技术宝典，是工具链背后设计哲学的百科全书。

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与其他偏重于软件或纯理论的书籍不同，这本书仿佛是为那些渴望触碰硬件“脉搏”的工程师准备的。它的语言风格非常直接且充满力量感，很少有拖泥带水的描述。我尤其关注了书中关于低功耗设计策略的部分，这在移动设备和物联网领域是决定生死的要素。作者对电源域划分、时钟门控（Clock Gating）以及如何利用器件的特定低功耗模式进行了细致的讲解。这些技巧不再是只言片语地提及，而是被融入到整个设计流程的考量之中。我尝试根据书中的建议，对一个已有的设计进行了功耗优化试点，结果非常显著，这让我深刻体会到，教科书上的知识如果能被这样精炼和实用地呈现出来，其价值不可估量。这本书的排版和图示也值得称赞，复杂的内部结构图清晰明了，使得抽象的逻辑连接变得可视化，极大地降低了理解的门槛。这是一本可以被放在工作台边，随时查阅、随时受益的实践指南。

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