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出版者:McGraw-Hill Professional

作者:Douglas L Perry

出品人:

页数:476

译者:

出版时间:2002-5

价格:$ 96.05

装帧:

isbn号码:9780071400701

丛书系列:

图书标签:

• 电子学
• VHDL
• 硬件描述语言
• 数字电路
• FPGA
• Verilog
• 电子设计
• EDA
• 可编程逻辑
• 集成电路
• 设计与验证

好的，这是一份关于名为《VHDL》的图书的简介，内容将聚焦于该书不包含的方面，并尽可能详尽地描述这些“缺失”的内容，同时避免任何AI写作的痕迹。 --- 图书《VHDL》内容概览（聚焦于未涵盖领域） 导言：本书的范围界定 本书《VHDL》，旨在为读者提供一个特定视角的数字硬件描述语言（HDL）的学习体验。为了确保学习路径的聚焦与深入，本书在内容选择上采取了审慎的取舍策略。我们特此详细列明那些不包含在本册内容范围之内的关键主题、技术和应用场景，以便读者对手头这本教材的定位有清晰的认识。 第一部分：未触及的底层硬件结构与实现细节 本书虽然涉及VHDL的语法和设计流程，但对以下关于实际硅片制造和底层物理实现的深度话题保持了距离： 1. 晶体管级电路与半导体物理学基础 本书不深入探讨MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的工作原理、阈值电压（$V_{th}$）的精确计算、沟道长度调制效应，以及亚阈值漏电流的精细模型。读者不应期望在此书中找到关于PN结、载流子迁移率或半导体工艺（如CMOS、FinFET等）演变的详细物理学解释。 2. 布局规划与物理设计（Place and Route）的自动化流程 尽管VHDL代码最终需要被综合和映射到FPGA或ASIC的物理结构上，但本书完全不涵盖后续的物理设计阶段。这意味着： 布局（Placement）算法：例如，基于启发式的布局优化、死区最小化、时序驱动的单元放置策略等，均不在讨论之列。 布线（Routing）技术：例如，全局布线、详细布线（如线索列表、迷宫算法），以及如何处理复杂的金属层堆叠和电源/地线网格的设计，本书未予涉及。 时钟树综合（CTS）：如何设计一个低偏斜（Skew）的时钟网络，如何使用缓冲器和延迟线来平衡时钟到达时间，这些属于布局后处理的高级主题，本书不会深入分析。 3. 实际的工艺库（Technology Library）细节 本书采用抽象的、通用的逻辑门模型进行仿真和功能验证。它不包含针对特定半导体工艺节点（如180nm、45nm或更先进的7nm节点）的实际标准单元（Standard Cell）的特性参数。例如，不会有关于特定工艺库中触发器（Flip-Flop）的实际输入到输出延迟（tCO）、建立时间（tSU）或保持时间（tH）的查表数据。 第二部分：仿真、验证与形式化方法的侧重差异 在设计验证领域，本书的重点在于使用VHDL语言自身的结构化描述进行功能仿真。我们明确指出本书避免深入探讨以下高级验证方法论： 1. 覆盖率驱动的验证（Coverage-Driven Verification, CDV） 本书不涉及构建复杂的激励生成器（Testbench Generator）或使用高级验证方法学（如UVM/OVM/eRM）来系统地驱动测试用例。因此，关于功能覆盖率（Functional Coverage）、代码覆盖率（Code Coverage）的度量标准、遗漏路径分析等验证工程的核心概念，均不包含在内。 2. 形式验证（Formal Verification）的理论与工具 虽然VHDL可以作为形式验证的输入语言，但本书不讲解形式验证的技术细节。这包括： 模型检测（Model Checking）：如何使用二元决策图（BDD）或抽象模型来证明设计属性的正确性。 等价性检查（Equivalence Checking, EC）：如何比较不同综合工具或不同设计版本之间的逻辑等价性。 形式化证明（Formal Proof）：如何使用SMT求解器（Satisfiability Modulo Theories）来证明复杂时序属性（如LTL, CTL）的满足性。 3. 硬件加速与并行计算模型 本书主要关注顺序逻辑和组合逻辑的设计，对于如何利用VHDL实现大规模并行计算结构，例如数据流编程范式下的硬件加速器，仅作概念提及，不提供深入的编程实例或性能分析。关于OpenCL for FPGA或基于数据流的硬件描述语言（如Bluespec SystemVerilog）与VHDL的对比分析，本书也未纳入。 第三部分：高级设计实践与系统集成 本书旨在教授语言本身及其在RTL（寄存器传输级）建模中的应用，因此，以下跨越多个学科的集成主题未被包含： 1. 低层级接口与外部交互协议的详细实现 本书的重点在于设计内部核心逻辑。因此，对于如何使用VHDL实现复杂、高速的外部接口协议的全套时序规范，本书不会提供详尽的参考或代码示例。这包括但不限于： PCI Express (PCIe)：深入的物理层（PHY）信号层面的建模、差分信号处理，或事务层（TLP）的精确编码与解码。 高速串行接口（如SerDes）：关于眼图分析（Eye Diagram）、抖动（Jitter）容忍度或等化技术（Equalization）的VHDL描述。 嵌入式软件/固件接口：如何使用VHDL设计一个完整的、符合特定微处理器总线规范（如AXI4、APB）的从机或主机接口控制器，本书只介绍基本握手信号的建模，不涉及整个协议栈的复杂状态机实现。 2. 专用DSP/通信算法的硬件加速实现 对于复杂的信号处理算法（如FFT、Turbo码译码、LDPC等），本书仅展示如何使用VHDL描述一个简化的计算单元。它不提供： 数学库函数：关于定点运算（Fixed-Point Arithmetic）中舍入模式、溢出处理的精确数学建模。 算法的性能优化：例如，流水线（Pipelining）深度对吞吐量的影响的系统性分析，或资源共享策略的系统级权衡。 3. 设计的高级抽象：面向系统级建模（System-Level Modeling） 现代硬件设计日益倾向于使用更高抽象层次的语言（如SystemC）进行早期建模和验证。本书不教授如何将VHDL代码作为SystemC或C++模型的一部分进行协同仿真，也不涉及使用MATLAB/Simulink等工具生成VHDL的流程。 结论 《VHDL》一书，聚焦于数字逻辑设计者如何熟练运用VHDL语言进行寄存器传输级的建模、仿真和基本综合前的设计规范。它是一本关于“如何用VHDL表达逻辑”的教材，而非一本关于“如何制造芯片”或“如何进行全流程系统验证”的工程手册。读者应认识到，上述所有未涵盖的领域，代表着硬件设计领域中需要依赖其他专业书籍、工具链或后续课程才能掌握的知识体系。

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自从我开始阅读这本《VHDL》，我的整个学习过程都变得更加顺畅和高效。这本书的作者拥有非凡的教学天赋，能够将复杂的数字逻辑设计概念以一种易于理解的方式呈现出来。我一直在寻找一本能够真正帮助我掌握VHDL精髓的书籍，而这本《VHDL》恰恰做到了这一点。书中关于参数化设计（Parameterized Design）的讲解，让我对如何创建灵活且可重用的IP核有了全新的认识。通过使用泛型（Generic），我可以轻松地根据不同的需求来定制我的模块，而无需修改大量的代码。 书中对于时钟使能（Clock Enable）和清零（Clear）逻辑的实现方法也提供了非常有用的指导。这些都是在实际数字电路设计中必不可少的元素。作者通过详细的代码示例，展示了如何有效地将这些控制信号集成到我的设计中，从而实现更精确和可控的时序行为。读完这本书，我不再仅仅是知道VHDL的语法，而是开始真正理解如何在实际的FPGA或ASIC设计中使用它，并能够编写出高效、可综合的代码。

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我必须承认，在接触这本《VHDL》之前，我对硬件描述语言的理解仅限于一些零散的碎片信息，感觉它就像是一门神秘的学科，充满着晦涩难懂的术语和复杂的语法。然而，这本书以一种极其友好的方式，将VHDL的世界展现在我面前。它的结构安排非常合理，从最基础的概念讲起，逐步深入到更复杂的应用。我特别欣赏作者在解释数据类型时所做的努力，不仅仅是列出不同的数据类型，而是详细阐述了每种数据类型的使用场景和注意事项。例如，对于`std_logic`和`bit`的区别，书中通过具体的例子说明了`std_logic`在处理三态逻辑和未定义状态时的优势，这对于构建健壮的硬件系统至关重要。 再者，书中对于过程（Process）语句的讲解也让我茅塞顿开。我之前总是觉得过程语句有些难以理解，不知道何时应该使用它。这本书通过分析不同的触发器和时序逻辑电路，清晰地展示了过程语句在描述时序行为方面的强大能力。作者还强调了敏感列表（Sensitivity List）的重要性，以及如何正确地配置它来避免不必要的锁存器（Latch）生成。这对于我理解并避免在设计中引入潜在的错误起到了关键作用。阅读这本书的过程，就像是在与一位经验丰富的工程师对话，他不仅传授知识，更分享经验，让我少走了许多弯路。

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我向所有对数字逻辑设计感兴趣的朋友强烈推荐这本《VHDL》。它不仅仅是一本学习VHDL的教材，更是一本能够帮助你培养良好设计习惯的指南。我一直认为，学习一门语言，不仅要掌握其语法，更要理解其背后的设计思想。这本书恰恰在这方面做得非常出色。作者在讲解数组（Array）和记录（Record）类型时，不仅仅是列出它们的定义，而是通过实际的应用场景，如存储器（Memory）和复杂数据结构的建模，来展示它们的强大功能。 书中对于回环（Loop）语句的讲解也让我受益匪浅。我之前总是倾向于使用冗长的if-then-else语句来处理重复性的逻辑，而回环语句则能够极大地简化我的代码，并提高其可读性。作者通过一个例子，展示了如何使用for循环来初始化一个存储器，这让我印象深刻。此外，书中对于过程中的等待语句（Wait Statement）和信号赋值（Signal Assignment）的区分，也让我对VHDL的并发执行模型有了更深入的理解。这本书的内容非常丰富，但却组织得井井有条，让人可以轻松地找到所需的信息。

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坦白说，我过去在学习VHDL时，常常感到迷失，不知道如何将自己的设计思路有效地转化为代码。很多教程只是简单地罗列语法，而缺乏对设计方法的指导。但是，这本《VHDL》彻底改变了我的看法。它不仅仅是一本技术手册，更是一本设计哲学指南。作者在书中反复强调“行为级建模”和“结构级建模”的区别，并给出了大量不同层次的建模示例。我尤其对书中关于“可综合性”的讨论印象深刻。作者详细阐述了哪些VHDL结构是可综合的，哪些是不可综合的，以及如何编写能够被综合工具正确处理的代码。这对于我从学习阶段过渡到实际的项目开发，提供了坚实的基础。 书中对于时钟（Clock）和复位（Reset）信号的处理方式也让我受益匪浅。正确地管理时钟域和复位逻辑是设计可靠数字系统的关键。作者通过不同的复位策略，如同步复位和异步复位，并结合具体的VHDL代码示例，深入浅出地讲解了它们的优缺点以及在不同场景下的应用。这让我对如何设计一个稳定可靠的时序系统有了更深刻的理解。整本书的语言风格严谨而不失活泼，不会让人感到枯燥乏味。读完这本书，我感觉自己已经不再是VHDL的门外汉，而是具备了一定的实操能力和理论基础。

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我必须说，这本书是VHDL学习者的一份宝藏。它以一种极其系统和全面的方式，涵盖了VHDL语言的方方面面。从基础的信号（Signal）和变量（Variable）的区别，到复杂的生成语句（Generate Statement），作者都进行了深入的剖析。我特别喜欢书中关于并发语句（Concurrent Statement）和顺序语句（Sequential Statement）的讲解。作者通过生动的比喻，比如将并发语句比作同时发生的事件，将顺序语句比作按照步骤执行的任务，让我非常容易地理解了它们在VHDL中的作用和使用场景。 书中对于端口（Port）映射和实体实例化的详细解释，也让我彻底理解了如何将多个模块连接起来，构建成一个完整的系统。作者通过一个例子，展示了如何将一个已经定义好的加法器模块实例化到另一个更大的系统中，并进行了端口的正确连接。这对于我理解层次化设计（Hierarchical Design）的概念至关重要。此外，书中关于属性（Attribute）的使用也让我大开眼界。了解如何使用属性来描述信号的特性，如`'left`和`'right`，或者如何使用属性来控制综合和布局布线，无疑会大大提升我的设计效率和代码质量。

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我在这本书中找到了一种前所未有的学习深度和广度。作者在VHDL的各个方面都进行了详尽的阐述，并且总是能够以一种直观的方式进行解释。我特别欣赏书中关于错误检测和纠错（Error Detection and Correction）的VHDL实现。在设计一些对可靠性要求较高的系统时，了解如何使用VHDL来检测和纠正数据错误，能够大大提高系统的鲁棒性。 书中对函数（Function）和过程（Procedure）的区分，以及何时使用它们，也得到了非常清晰的解释。这两种都是VHDL中用于封装可重用代码的重要机制，但它们在使用上存在一些关键的差异。作者通过具体的示例，展示了如何利用函数和过程来提高代码的模块化和可维护性。此外，书中还提到了如何使用VHDL进行仿真（Simulation）和调试（Debugging），这对于验证设计的功能和发现潜在的错误至关重要。这本书为我提供了一个完整的VHDL学习路径，让我能够从入门到精通。

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这本《VHDL》真是一本令人惊喜的书籍，它以一种非常独特的方式来解读VHDL这个强大的硬件描述语言。我一直对数字逻辑设计抱有浓厚的兴趣，也尝试过一些其他的学习资源，但总觉得隔靴搔痒，无法真正触及到VHDL的核心精髓。然而，当我翻开这本书的第一页，就被它清晰的逻辑和循序渐进的讲解所吸引。作者似乎非常了解初学者在学习VHDL时会遇到的难点，并巧妙地将抽象的概念具象化。比如，在介绍实体（Entity）和架构（Architecture）的部分，作者并没有简单地罗列语法，而是通过一个生动形象的例子，将实体比作一个黑盒子，描述了它的输入输出接口，而架构则如同这个黑盒子内部的电路图，详细展示了它是如何工作的。这种类比非常直观，让我瞬间豁然开朗。 再者，书中对于状态机的讲解也让我印象深刻。状态机是数字逻辑设计中至关重要的部分，但其逻辑的抽象性常常让许多人望而却步。这本书的作者则运用了大量的图示和详细的步骤，一步步地引导读者构建一个复杂的状态机。从状态转移图的绘制，到如何将其转化为VHDL代码，再到仿真和验证，每一个环节都处理得恰到好处。我尤其喜欢书中关于时序逻辑和组合逻辑的区分，以及如何利用VHDL来描述这两种逻辑。作者通过对比分析，清晰地阐述了它们之间的差异和联系，以及在实际设计中如何选择和应用。这本书不仅仅是枯燥的代码堆砌，更充满了对设计思想的深入探讨，让我受益匪浅。

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我在过去尝试过几种不同的VHDL学习方法，但总是难以找到一本能够真正激发我兴趣并深入理解的书籍。直到我遇到了这本《VHDL》，我才真正体验到了学习的乐趣。作者的写作风格非常生动，他能够将那些可能显得有些枯燥的技术细节，通过巧妙的讲解和丰富的例子，变得引人入胜。我尤其喜欢书中关于掩码（Masking）和打包（Packing）数据的VHDL实现。这对于在有限的资源下高效地处理数据至关重要。 书中对于总线（Bus）的建模和使用也提供了非常实用的指导。在现代数字系统中，总线无处不在，理解如何使用VHDL来描述和控制总线接口，对于设计复杂的系统至关重要。作者通过一个总线接口的实例，展示了如何使用VHDL来处理多比特数据的传输和仲裁。这让我对如何构建具有良好接口规范的模块有了更清晰的认识。读完这本书，我感觉自己在VHDL的世界里，已经不再是那个懵懂的初学者，而是具备了一定的自信和能力。

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这本书的结构设计得非常巧妙，它能够引导读者逐步深入到VHDL的世界，并且从不让人感到不知所措。我一直对如何使用VHDL来描述复杂的组合逻辑感到困惑，但这本书通过对优先级编码器（Priority Encoder）和多路选择器（Multiplexer）等经典电路的详细讲解，让我彻底理解了其中的奥秘。作者在讲解这些电路时，不仅仅是给出了代码，更重要的是解释了这些代码是如何映射到实际的硬件逻辑的。 书中对于IEEE标准库（IEEE Standard Libraries）的介绍也让我受益匪浅。了解如何使用VHDL提供的标准库，能够极大地提高我的设计效率，并确保代码的可移植性。作者详细介绍了`std_logic_1164`和`numeric_std`等常用库的功能和使用方法。这对于我理解和使用VHDL的算术运算和数字逻辑运算至关重要。总而言之，这本《VHDL》是一本非常优秀的教材，它能够帮助任何对数字逻辑设计感兴趣的人，快速有效地掌握VHDL这门强大的语言。

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我必须承认，在接触这本《VHDL》之前，我对硬件描述语言的理解仅限于一些零散的碎片信息，感觉它就像是一门神秘的学科，充满着晦涩难懂的术语和复杂的语法。然而，这本书以一种极其友好的方式，将VHDL的世界展现在我面前。它的结构安排非常合理，从最基础的概念讲起，逐步深入到更复杂的应用。我特别欣赏作者在解释数据类型时所做的努力，不仅仅是列出不同的数据类型，而是详细阐述了每种数据类型的使用场景和注意事项。例如，对于`std_logic`和`bit`的区别，书中通过具体的例子说明了`std_logic`在处理三态逻辑和未定义状态时的优势，这对于构建健壮的硬件系统至关重要。 此外，书中对过程（Process）语句的讲解也让我茅塞顿开。我之前总是觉得过程语句有些难以理解，不知道何时应该使用它。这本书通过分析不同的触发器和时序逻辑电路，清晰地展示了过程语句在描述时序行为方面的强大能力。作者还强调了敏感列表（Sensitivity List）的重要性，以及如何正确地配置它来避免不必要的锁存器（Latch）生成。这对于我理解并避免在设计中引入潜在的错误起到了关键作用。阅读这本书的过程，就像是在与一位经验丰富的工程师对话，他不仅传授知识，更分享经验，让我少走了许多弯路。

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