VHDL for Digital Design

VHDL for Digital Design pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:John Wiley & Sons Inc
作者:Vahid, Frank
出品人:
页数:192
译者:
出版时间:2007-3
价格:419.00元
装帧:Pap
isbn号码:9780470052631
丛书系列:
图书标签:
  • 电子学
  • VHDL
  • 数字设计
  • 硬件描述语言
  • FPGA
  • Verilog
  • 电子工程
  • EDA
  • 可编程逻辑器件
  • 数字电路
  • 设计方法
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具体描述

* Ideal as either a standalone introductory guide or in tandem with Vahid's Digital Design to allow for greater language coverage, this is an accessible introductory guide to hardware description language

* VHDL is a hardware description language used to model electronic systems and this book is helpful for anyone who is starting out and learning the language

* Features numerous examples and tips in the margins

* Focuses on application and use of the language, rather than just teaching the basics of the language

数字系统设计基础与实践:从理论到应用 第一部分:数字逻辑与硬件描述语言(HDL)的基石 本书旨在为读者构建一套坚实的数字电子系统设计基础,并着重于现代电子工程实践中不可或缺的硬件描述语言(HDL)的应用。我们不涉及具体的“VHDL for Digital Design”这一特定书目的内容,而是侧重于通用的数字系统设计方法论、底层逻辑原理以及跨平台的设计思维。 第一章:数字系统的核心概念与建模 本章深入探讨数字系统的基本构建模块——逻辑门、布尔代数及其代数简化方法。我们将详细解析组合逻辑电路(如加法器、译码器、多路复用器)和时序逻辑电路(如锁存器、触发器、寄存器、计数器)的设计原理和实现细节。重点在于如何将现实世界的需求转化为精确的逻辑表达式,并进行初步的电路图绘制。 布尔代数与最小项/最大项: 阐述如何利用卡诺图(Karnaugh Map, K-Map)和奎因-麦克拉斯基(Quine-McCluskey)算法对复杂逻辑函数进行化简,以实现资源最优的硬件实现。 逻辑族与集成电路(IC): 介绍不同逻辑家族(如TTL、CMOS)的特性、功耗、速度和扇出能力,理解这些物理特性如何影响系统级设计决策。 状态机基础: 引入有限状态机(FSM)的概念,包括米利(Mealy)型和穆尔(Moore)型状态机的区别、状态图的绘制和状态分配的重要性。 第二章:硬件描述语言概览与设计流程 在现代ASIC和FPGA设计中,抽象建模是核心技能。本章提供对HDL家族的宏观视角,侧重于设计抽象层次的理解。我们将对比不同级别的抽象描述方式——从行为级(Behavioral)到数据流级(Dataflow)再到寄存器传输级(RTL),强调选择合适抽象层级的重要性。 HDL的统一特性: 探讨所有主流HDL(不特指某一个)共有的结构元素,如模块定义、端口映射、信号声明以及并发/顺序语句的执行机制。 综合与仿真: 详细介绍设计流程中的关键步骤——综合(Synthesis)和仿真(Simulation)。解释什么是目标技术库(Target Technology Library),以及仿真环境如何验证设计的功能正确性。 设计风格的权衡: 分析“结构化描述”与“行为描述”在可读性、可维护性以及对后端工具优化友好度方面的优劣。 第二部分:中到大型数字系统的设计与实现 本部分将设计视线从基础单元提升到复杂的系统级模块,关注如何构建可复用、高性能的数字子系统。 第三章:同步电路设计的高级主题 时序逻辑是数字系统的“骨架”。本章聚焦于时序约束、时序违规的排查及高性能设计技术。 时钟域交叉(CDC): 深入探讨跨越不同采样频率的时钟信号之间数据传输的难题。详细介绍同步器(Synchronizer)的设计、握手协议(Handshaking)的应用,以及亚稳态(Metastability)的预防措施。 流水线技术(Pipelining): 阐述如何通过插入寄存器级(Pipeline Stages)来提高系统的工作频率,并分析流水线带来的延迟(Latency)与吞吐量(Throughput)的权衡。 时序分析基础(Static Timing Analysis, STA): 介绍建立时间(Setup Time)和保持时间(Hold Time)的严格定义,以及如何利用这些参数来评估和优化设计的速度。 第四章:系统级核心模块的设计 本章侧重于构建系统级的核心功能单元,这些单元在处理器、接口控制器和数据通路中频繁出现。 数据通路设计: 专注于算术逻辑单元(ALU)的精细设计,包括无符号/有符号乘法器的实现,以及快速加法器的构造(如超前进位加法器)。 存储器接口与控制器: 讲解如何设计对片上SRAM、DRAM的读写控制器,包括地址生成、时序控制和数据缓冲区的管理。 总线结构与仲裁: 介绍常见的片上总线协议(如简单的请求/应答机制),以及如何设计多主设备环境下的仲裁逻辑(如轮询、固定优先级)。 第三部分:可编程逻辑器件(PLD)的映射与实践 本部分将理论设计与实际的硬件实现平台紧密结合,探讨设计如何映射到现代FPGA架构上。 第五章:FPGA架构与资源映射 理解目标硬件的物理结构是进行高效设计的关键。本章不涉及特定厂商的HDL语法细节,而是专注于通用FPGA资源的抽象模型。 逻辑单元(LUT)的原理: 探讨查找表(Look-Up Table, LUT)如何实现任意布尔函数,以及不同位宽LUT的资源消耗。 嵌入式存储器与DSP模块: 介绍现代FPGA中专用的RAM块(BRAM/MRAM)和数字信号处理(DSP)单元的功能及其在设计中的高效利用方法。 输入/输出(I/O)约束: 解释如何通过I/O标准(如LVTTL, LVCMOS)的正确设置来满足外部接口的电气规范,以及时钟输入引脚(Clock Pin)的特殊处理。 第六章:设计验证与调试策略 一个经过验证的设计才是可靠的设计。本章强调验证驱动开发(Verification-Driven Development)的理念。 测试平台(Testbench)的构建: 详细说明如何构建模块化的、可复用的测试平台来驱动被测模块(DUT)。重点讨论激励生成、响应检查和错误报告机制。 伪随机测试与覆盖率: 介绍如何利用伪随机序列生成器(PRBS)和功能覆盖率(Functional Coverage)来增强测试的彻底性。 硬件调试技术: 讨论在硬件部署后(In-Circuit Debugging)如何使用片上逻辑分析仪(如JTAG接口的工具)对内部信号进行实时观测和故障隔离。 本书力求提供一个全面、深入的视角,使读者能够掌握从基础布尔逻辑到复杂系统集成的全流程设计能力,为未来在任何主流硬件描述语言和目标平台上的专业工作打下坚实的基础。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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《VHDL for Digital Design》是一本极具价值的参考书,它为我提供了对数字设计和VHDL语言的全面而深入的理解。这本书最大的亮点在于其内容的连贯性和逻辑性,从最基础的VHDL语法元素,到复杂的并发性(concurrency)和层次化设计(hierarchical design),都进行了清晰的阐述。我特别喜欢书中对信号(signal)和变量(variable)的区分讲解,这对于理解VHDL的赋值行为和仿真语义至关重要。作者通过大量的代码示例,生动地展示了如何用VHDL来描述各种数字电路,包括组合逻辑(combinational logic)和时序逻辑(sequential logic)。例如,在讲解组合逻辑时,书中提供了多种实现多路选择器(multiplexer)和加法器(adder)的方式,并分析了它们的优劣。对于时序逻辑,书中详细介绍了如何使用D触发器(D-flip-flop)、JK触发器(JK-flip-flop)和T触发器(T-flip-flop)等基本时序元件,以及如何构建状态机(state machine)和移位寄存器(shift register)。我尤其赞赏书中对测试平台(testbench)设计的重视,它提供了关于如何编写高效、可读性强的测试平台的实用建议,包括如何生成各种激励信号、如何对输出进行断言(assertion)以及如何捕获仿真波形。这本书为我打下了坚实的VHDL基础,并且帮助我更好地理解了数字电路的设计流程。

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《VHDL for Digital Design》是一本令我受益匪浅的著作,它为我在数字逻辑设计的学习道路上铺就了坚实的基础。在接触这本书之前,我对VHDL的了解仅限于一些零散的教程和例子,缺乏系统性的认识。这本书的出现,彻底改变了我的学习状态。它以极其详尽的笔触,从VHDL的语源讲起,循序渐进地带领读者进入数字设计的殿堂。我特别欣赏书中对描述性编程(descriptive programming)和行为级建模(behavioral modeling)的深入探讨。作者通过大量的示例,展示了如何用VHDL来描述复杂的算法和控制逻辑,如何通过进程(process)来模拟顺序执行的硬件操作。例如,在讲解同步逻辑时,书中通过一个典型的时钟触发的寄存器例子,清晰地展示了D触发器(D-flip-flop)的VHDL实现,并详细解释了时钟沿(clock edge)的敏感性以及复位(reset)的引入。更让我印象深刻的是,书中对组合逻辑(combinational logic)的建模也进行了细致的阐述,包括如何使用if-then-else语句和case语句来描述条件分支,以及如何使用逻辑运算符来构建布尔方程。此外,本书在介绍层次化设计(hierarchical design)时,也提供了非常实用的指导,教导我们如何将复杂的设计分解成更小的、可管理的模块,并通过端口(port)和组件实例化(component instantiation)将它们连接起来。这本书不仅仅是关于VHDL的语法,更是关于如何运用VHDL来解决实际的数字设计问题。

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这本书《VHDL for Digital Design》可以说是我在数字设计领域的一盏明灯,它系统地梳理了我之前零散的知识,并为我打开了新的视野。从这本书的开篇,我就被其严谨而又清晰的风格所吸引。作者在介绍VHDL的基本构成要素时,并没有急于展示复杂的语法,而是先从信号(signal)、变量(variable)和常量(constant)的区别入手,深入剖析了它们在硬件描述中的语义含义以及在仿真和综合中的行为差异。我尤其喜欢书中关于数据类型和运算符的详细讲解,它不仅涵盖了VHDL的标准数据类型,如std_logic、integer、boolean等,还详细介绍了如何定义用户自定义类型(user-defined types)以及它们的应用场景。这让我能够更灵活地表达和处理各种数字信号。书中对过程(process)的讲解也令我受益匪浅,作者不仅解释了敏感列表(sensitivity list)的作用,还通过生动的例子展示了如何利用进程来实现同步逻辑(synchronous logic)和组合逻辑(combinational logic)。特别是对于时序逻辑(sequential logic)的描述,如寄存器(register)、计数器(counter)和移位寄存器(shift register)的实现,书中的代码示例都非常精炼且易于理解。此外,本书对测试平台(testbench)的构建也给予了充分的重视,提供了多种编写高效测试平台的方法,包括信号激励(signal stimulus)的生成、结果的检查和仿真时间的控制。这对于验证设计的正确性至关重要。

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《VHDL for Digital Design》为我打开了数字设计世界的大门,让我对硬件描述语言有了全新的认识。这本书的叙事方式非常吸引人,作者以一种循序渐进的方式,将VHDL的复杂概念分解成易于理解的单元。我特别欣赏书中对VHDL的并发性(concurrency)和并行性(parallelism)的深入探讨,这正是硬件描述语言与传统软件编程语言最根本的区别。作者通过生动的比喻和形象的图示,解释了VHDL中进程(process)、并发赋值(concurrent assignment)和信号(signal)之间的交互如何模拟硬件电路的并行工作。在介绍组合逻辑(combinational logic)时,书中展示了如何利用`case`语句和`if-else`语句来描述复杂的逻辑功能,并详细解释了这些语句在综合(synthesis)后会生成什么样的逻辑门(logic gate)。对于时序逻辑(sequential logic)的描述,书中对时钟(clock)、时钟沿(clock edge)和复位(reset)的处理进行了详尽的阐述,通过D触发器(D-flip-flop)和计数器(counter)等实例,帮助我理解了如何构建状态机(state machine)和时序电路。我尤其喜欢书中关于模块化设计(modular design)和层次化结构(hierarchical structure)的讲解,它教导我如何将大型复杂的设计分解成可管理的子模块,并通过端口(port)和实体(entity)/结构(architecture)进行连接,这对于提高代码的可读性和可维护性至关重要。

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我必须说,《VHDL for Digital Design》是一本真正改变我学习数字设计方式的书籍。在阅读之前,我对VHDL的理解仅仅停留在“编写代码让硬件工作”,而这本书则让我明白,VHDL是一种精密的语言,用来描述硬件的结构、行为和性能。作者在讲解VHDL语言的特性时,总是能够将其与实际的硬件实现紧密联系起来。例如,在介绍并发语句(concurrent statements)时,书中详细解释了它们是如何被综合(synthesis)成硬件电路的,以及不同类型的并发语句会产生怎样的硬件结构。我特别喜欢书中关于数据类型(data type)的详细讲解,它不仅涵盖了VHDL的标准数据类型,还深入探讨了用户自定义类型(user-defined types)的应用,这使得我能够更灵活地描述和处理复杂的数据。书中对进程(process)的讲解也让我受益匪浅,它清晰地展示了如何使用进程来描述顺序执行的逻辑,以及如何通过敏感列表(sensitivity list)来控制逻辑是组合的还是时序的。我特别欣赏书中对时钟(clock)和复位(reset)逻辑的详细处理,这对于设计可靠的时序电路至关重要。此外,本书还提供了关于层次化设计(hierarchical design)和模块化(modularity)的实用指导,教会我如何将大型项目分解成小的、易于管理的模块,并通过端口(port)进行连接。

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这本书《VHDL for Digital Design》不仅仅是一本教程,更像是一位经验丰富的导师,引导我深入理解数字逻辑设计的每一个细节。我之所以如此推崇这本书,是因为它在讲解VHDL语言的同时,始终不忘强调其在实际硬件实现中的应用。例如,在介绍数据类型和运算符时,作者会详细说明它们在综合(synthesis)后会如何映射到实际的硬件资源,以及可能带来的性能影响。我特别欣赏书中关于进程(process)的讲解,它不仅展示了如何使用进程来描述行为(behavioral)和数据流(dataflow),还深入探讨了如何利用进程来控制时序逻辑(sequential logic)的生成,比如如何通过时钟(clock)和时钟使能(clock enable)信号来构建寄存器(register)和计数器(counter)。书中对组合逻辑(combinational logic)的描述也非常到位,通过`when-else`和`with-select`语句,我学会了如何高效地实现多路选择器(multiplexer)和优先编码器(priority encoder)等电路。此外,本书对测试平台(testbench)的编写给予了高度重视,提供了多种编写高效测试平台的策略,包括信号激励(signal stimulus)的生成、仿真时间(simulation time)的控制以及结果的验证(verification)。这让我能够更有信心地验证我的设计。这本书为我提供了坚实的VHDL基础,并且让我具备了将VHDL代码转化为实际硬件的能力。

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阅读《VHDL for Digital Design》的过程,就像是踏上了一段探索数字电路设计精髓的旅程。我一直对用代码来描述和控制硬件感到好奇,而这本书恰好满足了我这份好奇心,并将其升华为一种深刻的理解。它不仅仅是一本语法手册,更是一本关于如何“思考”硬件的书。书中对VHDL语言的讲解,绝非枯燥的条目罗列,而是通过大量的图示和精心设计的代码示例,将抽象的语言概念与实际的硬件行为紧密联系起来。例如,在讲解并发语句(concurrent statements)时,作者通过对比不同类型的并发语句,如`assign`和`always`块,清晰地展示了它们在综合(synthesis)后所对应的硬件结构,如组合逻辑(combinational logic)和时序逻辑(sequential logic)。更令我赞叹的是,本书在介绍数据类型时,并没有止步于内置类型,而是深入探讨了用户定义类型(user-defined types),包括枚举类型(enumerated types)和数组类型(array types),以及它们在表达复杂数据结构时的强大作用。我尤其喜欢书中关于参数化设计(parameterized design)的章节,通过使用generic和parameter,我可以轻松地创建可重用的模块,并根据不同的需求进行配置,这极大地提高了设计效率。书中对测试平台(testbench)的讲解也同样出色,作者不仅提供了编写高效测试平台的最佳实践,还详细介绍了如何使用VHDL的仿真特性来验证设计的正确性。这对于确保设计质量至关重要。读完这本书,我不仅掌握了VHDL的编程技巧,更学会了如何从硬件的角度去思考问题,如何用VHDL来构建高性能、可靠的数字系统。

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《VHDL for Digital Design》是一本我愿意反复研读的书籍,它所传达的不仅仅是VHDL的语法,更是一种对数字系统设计的深入洞察。这本书的优点在于其内容的广度和深度都恰到好处,既涵盖了VHDL的核心概念,又涉及了许多实用的设计技巧。我尤其欣赏书中关于并发性(concurrency)的讲解,VHDL作为一种硬件描述语言,其核心的并发特性在书中得到了淋漓尽致的体现。作者通过解释进程(process)、并发赋值(concurrent assignment)和信号(signal)之间的相互作用,帮助我理解了硬件是如何并行工作的。书中对不同类型逻辑的描述,如组合逻辑(combinational logic)和时序逻辑(sequential logic),也十分透彻。例如,在讲解组合逻辑时,作者展示了如何使用`when-else`和`with-select`语句来构建多路选择器(multiplexer)和译码器(decoder),这些都是数字系统中非常基础但重要的组成部分。对于时序逻辑,书中对触发器(flip-flop)和时钟(clock)的讲解更是细致入微,包括如何处理时钟的上升沿和下降沿,以及如何实现同步和异步的复位(reset)逻辑。我特别喜欢书中关于状态机(state machine)的设计部分,它详细介绍了Moore型和Mealy型状态机的实现方式,以及如何在VHDL中优雅地编写状态转移逻辑。这本书还提供了关于层次化设计(hierarchical design)的实践指导,教我如何将大型设计分解成模块(module),并通过端口(port)进行连接,这对于管理复杂项目至关重要。

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VHDL for Digital Design 是一本真正改变了我对数字设计理解的书籍。在翻开它之前,我对VHDL的认知仅仅停留在它是一种硬件描述语言,一种编写代码来模拟电路行为的工具。然而,这本书远不止于此。它以一种极其系统和深入的方式,带领我一步步剖析了VHDL的语言特性,从最基础的信号、变量、类型,到更复杂的进程、组件实例化、层次化设计。作者并没有简单地罗列语法,而是花了大量的篇幅去解释每一种结构背后所代表的硬件含义,以及它们在实际FPGA或ASIC设计中的应用场景。例如,在讲解进程(process)时,作者不仅阐述了敏感列表(sensitivity list)的作用,还通过生动的例子解释了同步(synchronous)和异步(asynchronous)逻辑的实现方式,以及如何避免潜在的时序问题。更让我印象深刻的是,书中对状态机(state machine)的设计和VHDL实现进行了详尽的阐述,包括有限状态机(FSM)的各种类型,如Mealy型和Moore型,以及如何在VHDL中优雅地表达它们。对于初学者来说,这部分内容或许有些挑战,但作者的讲解循序渐进,配合大量的代码示例和详细的解释,使得复杂的概念变得清晰易懂。此外,书中还涉及了常用的数字逻辑模块,如寄存器、计数器、移位寄存器、多路选择器、译码器等,并展示了如何使用VHDL高效地实现这些模块。我特别喜欢书中关于时钟域(clock domain)和复位(reset)的讨论,这对于设计可靠的数字系统至关重要。作者强调了同步复位和异步复位在不同场景下的优劣,以及如何通过VHDL代码来控制这些行为。总而言之,这本书为我构建了一个扎实的VHDL基础,并且让我对如何将VHDL代码转化为实际的硬件有了更深刻的认识。

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我在阅读《VHDL for Digital Design》的过程中,感受到了作者在数字设计领域的深厚功底和精湛的教学技巧。这本书给我最深的印象是其对VHDL语言与硬件实现之间关系的清晰阐述。它并没有将VHDL视为一种纯粹的编程语言,而是将其视为一种描述硬件行为和结构的工具。书中在介绍VHDL的各种构造时,总是会同时解释它们在综合(synthesis)后会映射成什么样的硬件电路。例如,在讲解`process`语句时,作者会详细说明其敏感列表(sensitivity list)如何影响组合逻辑还是时序逻辑的生成,以及如何通过时钟和时钟使能(clock enable)信号来控制时序电路的行为。我特别喜欢书中关于信号(signal)和变量(variable)的对比讲解,这对于理解VHDL中的赋值行为和仿真语义至关重要。作者还详细介绍了VHDL的各种数据类型,包括标准类型和用户定义类型,以及如何使用这些类型来精确地描述硬件信号。本书还对常用的数字逻辑模块,如加法器(adder)、减法器(subtractor)、比较器(comparator)和寄存器(register)等,提供了多种VHDL实现方式,并对其性能和资源消耗进行了分析。我尤其欣赏书中关于时钟域(clock domain)交叉和时序约束(timing constraints)的讨论,这对于在实际FPGA或ASIC设计中避免时序违规(timing violation)至关重要。通过这本书,我不仅掌握了VHDL的语法,更学会了如何用一种“硬件思维”来编写VHDL代码。

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