EDA技术与VHDL pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:265

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出版时间:2009-3

价格:28.00元

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isbn号码:9787301144534

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图书标签:

• EDA
• VHDL
• 数字电路设计
• 可编程逻辑器件
• FPGA
• Verilog
• 集成电路
• 电子工程
• 设计方法学
• 验证

《数字逻辑设计与FPGA实现：从原理到实践》 内容简介： 本书旨在为读者构建一套系统、深入的数字逻辑设计知识体系，并以此为基础，引导读者掌握现代FPGA（现场可编程门阵列）器件的设计与实现流程。本书内容严谨，结构清晰，将理论知识与实践应用紧密结合，力求使读者不仅理解数字逻辑设计的核心概念，更能熟练运用EDA（电子设计自动化）工具完成实际项目。 第一部分：数字逻辑设计基础 本部分将从最基本的数字逻辑概念入手，为读者打下坚实的理论基础。 第一章：数字系统概述 介绍数字系统的基本概念、特点以及其在现代科技中的重要性。 阐述数字信号与模拟信号的区别，以及数字系统进行信息处理的优势。 简单介绍数字系统的组成部分，如输入/输出设备、逻辑单元、存储单元等。 预览数字逻辑设计的发展历程及其在集成电路领域的地位。 第二章：数制与编码 深入讲解二进制、十进制、八进制、十六进制等数制及其相互转换。 详细介绍各类编码方式，包括ASCII码、BCD码、格雷码等，并分析其应用场景。 讲解溢出、符号位等概念在不同数制下的处理方式。 第三章：布尔代数与逻辑门 系统介绍布尔代数的公理、定理及其简化逻辑函数的方法。 详细阐述基本逻辑门（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR）的功能、逻辑表达式、真值表和电路符号。 讲解基本逻辑门的组合如何构成更复杂的逻辑电路。 介绍逻辑函数的最小项和最大项概念，及其在逻辑化简中的应用。 第四章：组合逻辑电路设计 重点讲解组合逻辑电路的设计步骤：需求分析、真值表建立、逻辑函数表达式导出、逻辑化简（卡诺图法、奎因-麦克拉斯基法）以及电路实现。 详细介绍常用的组合逻辑功能模块，如编码器、译码器、多路选择器（MUX）、数据分配器（DEMUX）、加法器（半加器、全加器、超前进位加法器）、减法器、比较器、奇偶校验器等，并进行电路设计与分析。 讨论组合逻辑电路的时序特性，如传播延迟。 第五章：时序逻辑电路设计 区分组合逻辑电路与时序逻辑电路的根本区别：有无记忆功能。 深入讲解触发器（Flip-Flop）的基本原理，包括SR触发器、D触发器、JK触发器、T触发器，以及它们的电平触发和边沿触发方式。 介绍寄存器（Register）的概念及其在数据存储中的作用。 讲解锁存器（Latch）与触发器的区别。 详细介绍时钟信号在时序电路中的作用，包括时钟周期、时钟频率、时钟抖动（Jitter）等概念。 分析时序电路的稳定性问题，如亚稳态（Metastability）及其产生原因和解决方法。 第六章：同步时序逻辑电路 系统讲解同步时序逻辑电路的设计方法，包括状态图、状态表、状态最小化、状态分配以及电路实现。 详细介绍计数器（Counter）的设计，包括同步计数器、异步计数器、移位寄存器计数器、任意模计数器等。 讲解有限状态机（FSM）模型，包括摩尔（Moore）型和米利（Mealy）型FSM，并演示其设计过程。 第七章：异步时序逻辑电路 介绍异步时序逻辑电路的基本概念，并对比其与同步时序逻辑电路的优劣。 讲解竞争（Race Condition）和险兆（Hazard）等问题在异步电路中的出现及其对策。 简要介绍基本异步时序逻辑电路的设计方法。 第二部分：硬件描述语言（HDL）与EDA工具 本部分将引入现代数字设计中不可或缺的工具——硬件描述语言（HDL）和EDA软件，使读者能够用代码描述和仿真硬件。 第八章：Verilog HDL入门 介绍Verilog HDL语言的背景、特点及其在数字设计中的地位。 讲解Verilog的基本语法结构，包括模块（module）、端口（port）、信号（wire, reg）等。 介绍Verilog的四种行为建模方式：数据流模型、行为级模型、结构级模型和混合建模。 讲解Verilog中的赋值语句（blocking and non-blocking assignment）。 介绍Verilog中的运算符（算术、关系、逻辑、位、条件等）。 讲解Verilog中的控制语句（if-else, case, for, while, repeat）。 第九章：Verilog HDL进阶 深入讲解Verilog的参数化（parameter）和生成（generate）语句，实现代码复用和灵活性。 介绍Verilog的任务（task）和函数（function），用于组织和重用代码。 讲解Verilog中的运算符重载、拼接（concatenation）等高级特性。 详细介绍Verilog的时序控制语句（@, wait, delays），以及其在仿真和综合中的区别。 讲解Verilog的模块实例化（instantiation）和层次化设计。 介绍Verilog的系统任务（system tasks）及其在仿真中的应用。 第十章：VHDL入门 介绍VHDL语言的背景、特点及其在数字设计中的应用。 讲解VHDL的基本语法结构，包括实体（entity）、结构（architecture）、端口（port）、信号（signal, variable）等。 介绍VHDL的建模风格：行为级、数据流级和结构级。 讲解VHDL的并发语句（concurrent statements）和顺序语句（sequential statements）。 介绍VHDL的运算符（算术、关系、逻辑、短路、等效等）。 讲解VHDL中的流程控制语句（if-then-elsif-else, case, loop）。 第十一章：VHDL进阶 深入讲解VHDL的属性（attribute）、泛型（generic）和函数（function）、过程（procedure）。 介绍VHDL的库（library）和包（package）机制，用于代码的组织和共享。 讲解VHDL的组件实例化（component instantiation）和层次化设计。 详细介绍VHDL的时序控制（wait statements）及其在仿真中的应用。 介绍VHDL的综合指令（synthesis directives）及其对代码综合结果的影响。 第十二章：EDA工具链与设计流程 介绍主流EDA工具（如Xilinx Vivado, Intel Quartus Prime）的基本概况。 详细阐述从设计输入、逻辑综合、静态时序分析（STA）、布局布线（Place & Route）、时序仿真到比特流生成（Bitstream Generation）的完整FPGA设计流程。 讲解仿真器的作用，包括功能仿真（Functional Simulation）和时序仿真（Timing Simulation）。 介绍约束文件的作用（SDC - Synopsys Design Constraints, XDC - Xilinx Design Constraints），以及如何定义时钟、输入输出延迟等。 讨论综合与实现过程中可能遇到的问题及其调试方法。 第三部分：FPGA实现与项目实践 本部分将带领读者将理论知识应用于实际FPGA开发，通过实例项目加深理解。 第十三章：FPGA器件架构与开发板 介绍FPGA的基本结构，包括查找表（LUT）、触发器（FF）、布线资源、I/O块等。 简要介绍不同FPGA厂商（Xilinx, Intel/Altera, Lattice等）的产品系列及其特点。 介绍常用的FPGA开发板，了解其硬件资源配置和连接方式。 讲解如何通过JTAG接口或SD卡对FPGA进行下载配置。 第十四章：FPGA设计实例：简单数字电路实现 实例1：LED闪烁控制器 使用HDL描述一个简单的LED闪烁电路，控制LED的亮灭频率。 讲解状态机在控制序列生成中的应用。 完成从HDL代码编写、仿真验证到FPGA下载的整个流程。 实例2：4位可预置计数器 设计一个具有预置功能、可加/减计数、带复位和时钟使能的4位同步计数器。 重点演示HDL中计数器逻辑的实现和状态转移的控制。 进行详细的功能仿真和时序仿真。 实例3：简单UART发送器 设计一个简单的UART（通用异步收发器）发送器，用于串行数据通信。 讲解串行通信协议的基本原理（起始位、数据位、停止位、奇偶校验）。 演示如何使用HDL实现波特率发生器和数据位的移出。 通过逻辑分析仪或串口助手验证其通信功能。 第十五章：FPGA设计实例：更复杂的数字系统 实例4：VGA显示控制器 设计一个简单的VGA显示控制器，能够在显示器上输出简单的图形（如彩色方块或文本）。 讲解VGA信号的时序要求（HSYNC, VSYNC, R, G, B, HBlank, VBlank）。 演示如何使用HDL生成VGA时序信号，并控制像素的输出。 此实例将涉及较多的状态机和时序控制。 实例5：SD卡接口读写模块 设计一个用于读取SD卡数据的模块，了解SD卡接口的基本命令和数据传输协议。 讲解SPI（Serial Peripheral Interface）或SDIO（Secure Digital Input/Output）协议的基本原理。 演示如何使用HDL实现与SD卡的通信，并读取SD卡中的数据。 此实例将需要对存储器接口协议有深入理解。 第十六章：高级FPGA设计技术 介绍IP核（Intellectual Property Cores）的概念，以及如何利用预先设计的IP核加速开发。 讲解时钟管理（Clock Management）技术，包括时钟生成、分频、倍频以及时钟域交叉（Clock Domain Crossing - CDC）问题。 介绍低功耗设计（Low Power Design）技术在FPGA中的应用。 讲解FPGA的调试技术，包括使用ILA（Integrated Logic Analyzer）等片上逻辑分析仪。 简要介绍SOC（System on Chip）设计与FPGA的集成。 附录 常用Verilog HDL语句汇总 常用VHDL语句汇总 FPGA开发常用术语表 本书内容涵盖了从数字逻辑基础到现代FPGA设计与实现的完整链条，通过丰富的实例，帮助读者将理论知识转化为实际动手能力。无论是初学者还是有一定经验的工程师，都能从中获益，掌握高效、可靠的数字系统设计与实现方法。

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这本书的装帧和印刷质量相当不错，纸张厚实，图表清晰锐利，这一点值得称赞。不过，我必须指出，在章节的组织逻辑上，我发现了一些跳跃性。比如，在讨论完数字电路的基本结构后，紧接着就进入了高级时序分析，中间关于硬件/软件协同设计（Co-simulation）工具链的铺垫显得有些仓促。我原以为会看到一个更连贯的流程：从需求分析 -> 架构设计 -> RTL编码 -> 仿真验证 -> 综合布局布线 -> 硬件调试。这本书的结构似乎更侧重于某个特定工具或语言特性的深度剖析，而非一个完整的产品开发生命周期视图。尤其是在仿真部分，虽然提到了Testbench的编写，但对于现代EDA流程中越来越重要的形式验证（Formal Verification）和静态时序分析（STA）的介绍，篇幅显得有些不足。这些现代技术对于确保大规模设计的可靠性至关重要，如果能有一章专门介绍如何将形式验证工具集成到我们用VHDL编写的代码验证流程中，那将大大提升本书的实战价值。目前看来，它更像是一本知识点的集合，而不是一套系统的方法论。

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这本书的参考文献和引用的文献列表非常丰富，可以看出作者在学术研究上是下足了功夫的。不过，这种强烈的学术倾向也使得部分章节的语言风格显得过于晦涩和抽象。例如，在解释信号传输延迟模型时，引用的数学公式之复杂，让我这个做应用开发的读者感到压力山大。我理解精确性很重要，但在工程实践中，我们往往需要的是一个可操作的、近似的、能够快速指导设计决策的模型，而不是一个理论上完美的推导过程。对于那些需要快速上手、解决实际问题的工程师群体来说，这本书的阅读体验稍显沉重。如果能用更贴近实际工程术语的方式，比如多用“关键路径延迟”、“时钟域交叉（CDC）”等行业术语来替代一些复杂的数学表达，并在重要概念后增加“实践启示”或“设计建议”这样的总结段落，我想它会更受广大工程技术人员的欢迎。目前，它更像是一份深入的理论研究报告，而非一本面向快速迭代的现代电子设计流程的实用指南。

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这本书的封面设计简洁大气，黑白灰的配色方案很有现代感，但说实话，第一眼看过去，我差点以为是本严肃的学术论文集。内容上嘛，我主要关注的是它对“EDA技术”的介绍部分。我对这个领域了解不多，所以期望它能从最基础的概念讲起，循序渐进地构建起知识体系。然而，我发现书中对于EDA工具链的介绍，比如那些主流的仿真器、综合工具的优缺点对比，还有它们在不同设计流程中的应用场景，着墨点似乎有些过于理论化了。举例来说，当我试图寻找一个具体的项目案例，看看如何在实际的FPGA设计中应用这些技术时，书中提供的例子大多停留在原理性的描述，缺乏那种“手把手”的实战指导。比如说，如何高效地处理时序约束，书里提到了很多名词，但真正落地时，面对复杂的异步设计，我还是感到无从下手。如果能加入更多不同难度级别的实例分析，比如一个简单的状态机设计与一个复杂的DSP算法实现，通过对比展示不同EDA工具的最佳实践，那对初学者来说会是巨大的帮助。目前来看，它更像是一本面向已有一定基础，希望深入理解底层机制的工程师的参考手册，而不是一本能带领新手快速入门的“百科全书”。对于那些想通过阅读这本书来快速掌握新一代EDA设计流程的朋友来说，可能需要做好心理准备，这本书的深度是有的，但广度和实操性上略有欠缺。

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我尝试用这本书来学习如何优化我的项目性能。我正在为一个嵌入式系统设计一个高性能的FIR滤波器。我翻阅了书中关于并行化和流水线设计的章节，理论知识讲解得非常透彻，各种数据路径的优化策略都有图示说明。然而，当我试图将这些理论映射到具体的VHDL实现时，我发现书中缺少关键的“桥梁”。例如，它没有明确指出，当采用“完全展开”的并行结构时，需要注意哪些关键路径的时序是否能满足目标时钟频率，以及应该如何修改VHDL代码来有效地控制综合工具的优化方向。书里提到了一些优化技巧，但这些技巧往往是孤立的，没有与具体的EDA工具（如Vivado或Quartus）的优化器特性相结合。对于一个渴望提升代码执行效率的工程师来说，我更希望看到：“当你遇到这种结构时，尝试使用这种VHDL的写法，然后用工具A来看它的资源利用率和时序报告，如果时序不满足，请检查B和C这两个地方。” 缺乏这种与具体工具环境的互动说明，使得这些优化理论停留在纸面上，难以转化为实际的性能提升。

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读完这本书后，我最大的感受是，它对VHDL语言特性的挖掘非常深入，尤其是在并发行为和时序逻辑描述方面，作者的理解非常到位。书中对VHDL-93和VHDL-2008标准的细微差别也进行了探讨，这对于需要维护老旧代码或进行语言升级的读者来说，无疑是非常宝贵的资料。然而，这种深度也带来了一个副作用，那就是对于那些刚接触硬件描述语言（HDL）的读者来说，门槛显得有点高。例如，在讲解`process`语句的敏感度列表时，作者直接跳到了对并发信号赋值的隐式锁存器推断问题，没有花足够的时间去解释为什么在组合逻辑中必须避免锁存器，以及如何通过简洁的风格指南来规避这些陷阱。我期待看到更多关于“好的VHDL代码风格”的讨论，不仅仅是语法正确，更重要的是可读性、可综合性和可移植性。书中对一些高级特性，比如受保护类型（Protected Types）的介绍虽然详尽，但在实际的FPGA设计中，这些特性使用频率相对较低，反而不如对标准库函数如`ieee.numeric_std`中乘法、除法操作在不同位宽下的溢出处理机制进行更细致的讲解来得实用。总的来说，它是一本教科书级别的VHDL指南，但它在“工程实践”和“初学者友好度”之间，明显更偏向前者。

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