VHDL应用与开发实践 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:甘历

出品人:

页数:311

译者:

出版时间:2003-5

价格:29.0

装帧:平装

isbn号码:9787030114259

丛书系列:

图书标签:

• VHDL
• 硬件描述语言
• FPGA
• 数字电路
• Verilog
• EDA
• 设计实践
• 可编程逻辑器件
• 电子工程
• 嵌入式系统

现代电路设计与系统实现 面向电子工程、计算机科学及相关专业学生与工程技术人员的权威指南 --- 第一部分：数字系统基础与硬件描述语言的基石 第一章：数字逻辑基础回顾与高级概念引入 本章首先对布尔代数、组合逻辑电路（如编码器、译码器、多路选择器）和时序逻辑电路（如锁存器、触发器、寄存器、计数器）进行了系统性的回顾。在此基础上，我们深入探讨了更复杂的数字逻辑结构，如有限状态机（FSM）的设计范式，包括米利（Mealy）型和穆尔（Moore）型状态机的状态图、状态表与状态编码。特别关注了消除毛刺（Glitch）和竞争冒险（Race Condition）的优化设计技术，并引入了同步化设计中时钟域交叉（CDC）问题的基本原理，为后续的高级实践打下坚实的基础。 第二章：硬件描述语言（HDL）的设计哲学与规范 本章专注于现代电子设计自动化（EDA）流程中的核心工具——硬件描述语言的编程范式。我们不仅仅停留在语法层面，而是深入探讨了两种主流HDL的设计哲学差异：结构化建模与行为化建模。 结构化建模：详细讲解了如何使用实例化、组件声明和连接来描述层次化设计，这对于理解大型系统的模块化至关重要。 行为化建模：侧重于使用过程（Process）和并发语句来描述电路的功能，强调了如何编写可综合（Synthesizable）的代码，区分哪些高级语言结构可以被映射到实际的硬件单元，哪些只能用于仿真。 我们还详细阐述了HDL代码的风格指南，包括命名约定、代码注释规范以及如何编写清晰、易于维护和综合的HDL代码，以适应团队协作和长期项目管理的需求。 第三章：EDA工具链与设计流程概览 本章为读者提供了从概念到物理实现的全景图。详细介绍了标准EDA工具链的组成部分，包括： 1. 逻辑仿真器：如何编写测试平台（Testbench），执行功能验证（Functional Verification）。 2. 综合工具：代码如何被转化为门级网表（Netlist），以及设计约束（Constraints）在优化过程中的作用。 3. 布局布线工具：从网表到目标工艺库的映射过程，包括时序分析（Static Timing Analysis, STA）的基础概念。 本章特别强调了设计迭代的循环特性，以及在不同流程阶段进行设计的权衡取舍。 --- 第二部分：系统级设计与高性能实现 第四章：并行处理架构与流水线技术 现代高性能数字系统严重依赖并行性。本章聚焦于如何通过流水线（Pipelining）技术来提高系统的吞吐量。我们分析了流水线的设计原则、级数选择对系统性能的影响，以及在流水线中处理数据相关性（Data Hazards）和控制相关性（Control Hazards）的硬件机制，如转发（Forwarding）和分支预测（Branch Prediction）的简化模型。 第五章：存储器系统设计与接口协议 存储器是任何复杂系统的瓶颈所在。本章详细讲解了SRAM和DRAM的工作原理，并着重于片上存储器（On-Chip Memory）的设计，包括单端口和双端口SRAM的实现，以及如何利用HDL高效地管理和访问这些资源。此外，本章还介绍了常见的存储器接口协议，如SRAM的异步/同步访问时序，为后续的系统集成做准备。 第六章：通信协议与数据通路设计 本章转向系统间的通信。我们选取了几个具有代表性的串行和并行通信协议进行深入分析，例如SPI、I2C以及基础的异步串行通信（UART）。重点在于如何使用HDL实现这些协议的发送器（Transmitter）和接收器（Receiver），确保数据在不同时钟域之间可靠传输，并讨论了握手信号（Handshaking）在确保数据完整性中的关键作用。 --- 第三部分：高级主题与系统级验证 第七章：同步与异步交互：时钟域交叉（CDC）的深入研究 在大型系统中，不同的模块可能由独立的、不同频率的时钟驱动。本章是对CDC问题的全面剖析。我们将详细分析亚稳态（Metastability）的产生机理，并系统性地介绍主流的CDC同步技术： 1. 握手同步器（Handshaking Synchronizers）：基于双D触发器的同步机制。 2. 异步FIFO：使用格雷码（Gray Code）进行跨时钟域的指针同步，这是实现可靠异步数据传输的核心技术。 本章强调了在设计阶段就必须考虑到CDC，并提供了在仿真和静态分析中检测潜在CDC问题的实用方法。 第八章：系统级验证方法学：从模块到集成 功能验证是数字设计中最耗时但最关键的环节。本章系统地介绍了现代验证流程，强调了“设计与验证分离”的理念。 测试平台（Testbench）的构建：如何创建激励生成器（Stimulus Generator）和响应检查器（Response Checker）。 覆盖率驱动的验证（Coverage-Driven Verification）：不仅关注代码是否执行，更关注设计空间是否被充分探索。 约束随机激励（Constrained Random Verification）的引入：这是发现深层次错误的关键技术。 第九章：可重构计算与片上系统（SoC）的架构基础 本章展望了未来的趋势，探讨了如何设计可重构的计算单元，如小型软核处理器（Soft-Core Processors）的实现原理。我们分析了AXI、AHB等片上总线协议的基本结构，展示了如何将多个功能模块（如控制器、内存接口、自定义加速器）高效地集成到一个统一的片上系统中，理解现代SoC的互联和仲裁机制。 --- 附录 附录A：常见逻辑单元的门级优化与映射实例 附录B：高级仿真工具的使用入门指南 附录C：数字系统设计中的常见陷阱与调试技巧 本书旨在通过清晰的理论阐述和丰富的实践案例，培养读者从底层逻辑原理出发，设计、实现和验证复杂数字系统的综合能力，是工程实践者迈向高性能、高可靠性硬件设计的必备参考书。

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从排版和印刷质量来看，这本书做得相当不错，纸张质量很好，图表清晰易读，这在技术书籍中是非常重要的加分项。特别是那些关于时序约束和跨时钟域处理的图示，用色和布局都非常专业，让人一眼就能抓住重点。不过，我注意到书中的代码示例部分，有些地方的格式似乎没有完全统一，偶尔会出现缩进不一致的情况，这对于强迫症的开发者来说，可能会稍微影响阅读体验。更重要的是，书中的所有例子都基于一个非常基础的开发环境，我尝试将其中一个中等复杂度的设计移植到我目前使用的最新一代FPGA平台上时，发现需要手动修改大量的默认参数和库引用，这表明书中对于不同工具链的兼容性和迁移性考虑得不够充分。一本优秀的实践指南，应该尽可能地覆盖主流工具链的差异化处理。

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拿到这本书后，我最直观的感受是它的内容广度非常惊人，几乎涵盖了FPGA设计流程的方方面面。从基本的逻辑门描述到高级的综合与布局布线流程，作者都做了详尽的介绍。我特别欣赏其中关于仿真和调试策略的部分，作者提到了一些非常实用的技巧，比如如何利用不同的仿真工具进行层次化验证，以及如何设置有效的断点和波形观察。然而，这种广度也带来了一个问题——深度上的取舍。在涉及到一些前沿的技术，比如高层次综合（HLS）或者特定的IP核集成时，书中的介绍显得比较浅尝辄止，更像是一种点到为止的提及，而不是深入剖析。对于希望在特定领域深挖的读者来说，可能需要再寻找其他的专业书籍来补充这部分知识。这本书更适合作为一本综合参考手册，帮助读者建立一个完整的知识框架，但如果想成为某个细分领域的专家，可能还需要花费更多精力。

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我购买这本书的初衷是希望它能提供一套完整的、从概念到部署的开发流程指导，特别是关于项目管理和版本控制在硬件设计中的应用。然而，这本书的重点似乎完全放在了“如何用VHDL描述逻辑”上，而对于如何“管理一个由VHDL驱动的复杂项目”则几乎没有涉及。例如，如何有效地组织多个模块的层次结构、如何进行团队协作时的代码合并冲突解决、以及如何为不同阶段的验证（单元测试、集成测试、系统级测试）编写相应的测试平台，这些都是现代工程实践中不可或缺的部分，但在本书中却难觅踪影。感觉这本书停在了“语言掌握”的阶段，而没有迈向“工程实现”的步伐。如果它能增加一个专门的章节，探讨如何将VHDL设计有效地嵌入到现代EDA工具流中，并结合版本控制的最佳实践，那么它就能成为一本更具时代价值的参考书。

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这本书的封面设计确实挺吸引人的，那种蓝白相间的配色，让人一看就觉得是技术类的书籍，封面上的字体排版也比较专业。我个人对硬件描述语言（HDL）的学习一直抱有浓厚的兴趣，尤其是在数字电路设计和验证方面，这块内容对我来说至关重要。不过，这本书的结构安排感觉有点过于侧重理论的阐述，对于实际项目中的应用场景和代码规范的讲解似乎不够深入。比如，在描述并行结构和时序逻辑设计时，作者用了大量的篇幅去解释底层原理，这对于初学者来说可能有些晦涩，而对于有一定基础的读者，可能会觉得这些内容有些啰嗦，缺少一些实战中的“干货”。我更希望看到一些复杂的系统设计案例，比如一个简单的处理器或一个通信协议接口的设计流程，能更直观地展示VHDL的强大之处。总体来说，这本书更像是一本优秀的教材，适合系统性地打下基础，但在如何将理论转化为高效、可靠的实际产品方面，似乎还有提升的空间。

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这本书的语言风格非常严谨，学术气息浓厚，这对于追求精确性的工程师来说是优点，但对于希望快速入门并动手实践的读者来说，可能会感到有些吃力。书中充斥着大量的数学公式和抽象的定义，虽然保证了描述的准确无误，但有时候读起来感觉像在啃一本大学的参考教材，缺乏那种“拉你一把”的亲切感。我尝试跟着书中的例子搭建一个简单的状态机，结果发现光是理解代码背后的约束条件和综合器的优化目标，就花费了我大量的时间。如果作者能够在关键的代码段落旁，增加一些“开发者笔记”或者“陷阱提示”，说明在实际工程中可能会遇到的常见错误和对应的解决方案，那么这本书的实用价值会大大提升。目前的版本，更像是对语言规范的官方解读，而不是一本指导实践的开发指南。

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