VHDL与EDA技术入门速成 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:周金富

出品人:

页数:159

译者:

出版时间:2009-6

价格:22.00元

装帧:

isbn号码:9787115207531

丛书系列:

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• VHDL
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• EDA
• 数字电路
• FPGA
• Verilog
• 硬件描述语言
• 可编程逻辑器件
• 设计入门
• 电子工程
• 快速学习

数字电路设计与实现：从概念到实践 第一部分：数字逻辑基础与硬件描述语言入门 本书旨在为初学者提供一个全面而深入的数字电路设计与实现的学习路径，重点关注从基础概念到实际应用的全过程。我们不再涉及VHDL或EDA工具的具体使用细节，而是专注于奠定坚实的数字系统理论基础，并介绍一套通用的硬件描述与验证方法论。 第一章：数字系统基础回顾 本章将系统回顾构建所有现代数字系统的基石——布尔代数、逻辑门和组合逻辑电路。我们将深入探讨逻辑函数的最小化理论，包括卡诺图（Karnaugh Map）和Quine-McCluskey方法，这些是理解和优化硬件实现的关键。我们将详细分析并推导常用的组合逻辑模块，例如全加器、多路复用器、译码器以及优先编码器的内部工作原理，强调如何通过逻辑方程直接推导出电路结构。 第二章：时序逻辑与状态机理论 时序电路是实现存储和控制功能的核心。本章将详尽阐述触发器（Flip-Flop）的类型及其特性，特别是建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）对系统稳定性的影响。我们将详细讲解锁存器（Latch）与触发器的区别，并深入分析D触发器、JK触发器和T触发器的状态转换图。随后，我们将聚焦于有限状态机（FSM）的设计，区分摩尔（Moore）和米利（Mealy）模型的特点、优缺点及其在控制器设计中的应用。通过大量实例，读者将掌握如何将复杂控制流程转化为精确的状态转移表和输出逻辑。 第三章：数字系统设计的抽象层次与建模范式 在进入任何具体的硬件描述语言之前，理解系统设计的分层结构至关重要。本章探讨了从系统级（System Level）到寄存器传输级（RTL Level）再到门级（Gate Level）的抽象过程。我们将介绍不同层次的建模方法论，强调在设计初期应采用行为级（Behavioral）描述来快速验证功能正确性，而非过早陷入细节。我们还将讨论同步设计与异步设计的原则，并引入时钟域交叉（CDC）问题的概念性理解，即信号在不同时钟域之间传输时所面临的挑战，而非给出具体的跨时钟域IP核实现。 第二部分：系统级设计与功能验证方法 本部分侧重于如何组织复杂的数字项目，并确保设计的功能正确性，脱离具体的软件工具链。 第四章：算术逻辑单元（ALU）的设计与优化 本章聚焦于数字系统中进行数据处理的核心模块——算术逻辑单元。我们将不仅介绍标准的加法器、减法器（基于补码运算），还会深入探究乘法器（如阵列乘法器和Booth算法乘法器）和除法器（如非恢复除法）的设计细节。我们将分析不同算术运算的延迟特性，并讨论如何通过流水线技术（Pipelining）优化吞吐量，重点在于算法流程和硬件资源的权衡，而不涉及如何使用特定工具进行流水线插入。 第五章：内存结构与数据通路设计 本章讨论如何设计和组织数据存储单元。我们将分析静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）的基本单元结构和读写时序要求。在数据通路设计方面，我们将讲解寄存器堆（Register File）、多端口存储器以及总线仲裁器的设计原理。重点将放在如何构建高效的数据通路以支持特定的指令集架构（ISA）操作，例如取指、译码和执行阶段的数据流转。 第六章：功能验证与测试平台构建原理 在现代复杂系统中，验证往往占据设计工作量的绝大部分。本章介绍功能验证的核心哲学：验证是为了证明设计在所有预期和非预期条件下均能正确工作。我们将详细讲解自顶向下和自底向上的验证策略。核心内容包括：如何构造激励（Stimulus）、如何定义参考模型（Reference Model，通常是软件模型），以及如何设计断言（Assertions）来实时检查设计状态。本章将侧重于测试用例（Test Case）的有效性评估和覆盖率（Coverage）概念的理解，这些都是通用的验证理论，与任何特定EDA工具无关。 第三部分：高级设计主题与系统级集成 本部分将视角提升至整个系统层面，探讨现代处理器和接口设计中的关键挑战。 第七章：处理器架构基础与流水线原理 本章导论了精简指令集计算机（RISC）的基本概念，如指令格式、寻址模式和指令集设计哲学。我们将详细剖析经典的五级流水线（取指、译码、执行、访存、写回）的数据流和控制流。重点分析流水线中必须解决的三个主要冲突：结构冲突、数据冲突（通过前推/旁路技术解决）和控制冲突（通过分支预测和延迟槽解决）。我们将讨论这些冲突如何影响指令的实际执行时间，并阐述如何通过优化结构来提高IPC（Instructions Per Cycle）。 第八章：片上通信协议与接口基础 现代系统通常由多个功能模块互联而成。本章介绍几种重要的片上通信协议的基本握手机制和时序要求。我们将讨论基于仲裁的总线架构，如共享总线结构（Shared Bus）。此外，我们将介绍现代高速串行接口（如SPI, I2C等）的基本通信原理，包括主从配置、数据帧格式和时钟同步机制，帮助读者理解不同速度和复杂度的模块间如何可靠地交换数据。 第九章：低功耗设计概念与时钟管理 随着集成度提高，功耗管理成为关键瓶颈。本章介绍设计阶段即可采用的低功耗技术。我们将区分动态功耗和静态功耗，并探讨降低动态功耗的策略，例如时钟门控（Clock Gating）和电源门控（Power Gating）的基本概念。最后，我们将讨论时钟树综合（CTS）的必要性，重点阐述时钟抖动（Jitter）和时钟偏移（Skew）对系统性能的负面影响，以及如何设计稳定的时钟分配网络来确保系统同步运行。 通过对上述九个关键领域的系统性学习，读者将建立起一套扎实、独立于特定工具的数字系统设计方法论，为未来任何硬件描述语言或高级设计流程的学习奠定无可动摇的理论基础。

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从整体的知识覆盖面和结构安排来看，这本书无疑是经过精心设计的，它没有贪多求全，试图把所有深奥的理论都塞进来，而是精准地聚焦于“入门速成”这一核心目标。它的逻辑推进非常平滑，每一章的内容都是上一章知识的自然延伸和应用，形成了一个完整的知识闭环。阅读过程中，我很少出现“跳跃感”，即便是涉及到并行处理和时序约束这类相对底层的概念时，作者也总能找到一个恰当的切入点，确保读者能够跟上节奏。这本书的价值在于，它为你构建了一个坚固的底层框架，让你在未来深入学习更复杂的FPGA设计、高层次综合（HLS）或者系统级设计时，能够有一个清晰的参照系去理解新的知识点。它不是终点，但绝对是一个扎实、可靠的起点，让人对自己的学习成果感到踏实和自信。

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我必须承认，我是一个对晦涩难懂的专业术语有着天然抗拒的读者。很多教科书上来就是一连串的定义和公式，让人望而生畏，感觉还没开始学习就已经被劝退了。然而，这本书的叙述风格简直是一股清流。它没有采用那种冷冰冰的“填鸭式”教学，反而更像是一位经验丰富的工程师在咖啡馆里跟你娓娓道来他的心路历程。作者非常擅长用生活化的类比来解释那些抽象的数字逻辑概念，比如用城市交通指挥系统来比喻状态机的设计，用管道的输送效率来类比时序电路的延迟问题。这种接地气的讲解方式，极大地降低了初学者的心理门槛。每次当我被一个复杂的逻辑结构卡住时，回头看看作者之前做的那个小小的比喻，茅塞顿开的感觉立刻涌现。这种“润物细无声”的教学策略，比死记硬背公式有效得多，它真正做到了把知识“喂到嘴边”，而不是要求你用蛮力去消化。

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这本书在实例的选择和深度上，展现出了作者深厚的行业洞察力。很多入门级的资料往往只停留在“点亮一个LED灯”这种玩具级别的示例上，虽然能走通流程，但对于建立完整的系统思维帮助不大。而这本书则不然，它从一开始就构建了一个循序渐进的项目体系。我记得其中有一个章节关于“基于有限状态机的简单数据通路设计”的实例，作者没有简单地给出结果，而是详细拆解了从需求分析、状态图绘制、VHDL代码编写，到仿真验证的每一个关键步骤。更绝的是，它还穿插了“如果遇到这种常见错误应该如何调试”的技巧分享，这些都是书本上不常写，但在实际工作中却至关重要的“内功心法”。这种实践导向的教学，让我感觉我不是在看书，而是在跟着一位导师进行实战演练，极大地增强了我的动手能力和解决问题的信心。

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这本书的封面设计简直是一场视觉盛宴，配色大胆却又不失稳重，那种科技蓝和金属灰的碰撞，瞬间就把人拉进了数字电路设计的世界。拿到手里的时候，纸张的质感就让我眼前一亮，不是那种廉价的、摸起来滑腻的纸，而是带着一点点磨砂的触感，翻页的时候那种轻微的沙沙声，简直是极大的阅读享受。我平时看技术书籍，最怕的就是那种排版拥挤、字体小到需要老花镜才能看清的“折磨书”。但这本书的版式设计非常人性化，行间距和字号拿捏得恰到好处，即便是长时间沉浸在复杂的逻辑图和代码序列中，眼睛也不会感到明显的疲劳。更让我欣赏的是，它在章节的开头和结尾，总会用一些精美的、与内容相关的示意图或者历史小典故来做引子和总结，这种“留白”的设计，让冰冷的技术内容多了一份人文关怀，让人感觉作者是真的用心在打磨这本书，而不是简单地把资料堆砌起来。它不仅仅是一本工具书，更像是一个精心布置的数字工坊的入口，让人迫不及待想进去一探究竟。

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如果说这本书有什么值得特别表扬的地方，那一定是它对工具链和流程的梳理。对于新手来说，光是搞清楚Vivado、Quartus这些EDA软件之间的版本差异、安装配置的各种坑，就能耗费大量精力。这本书在这方面做得极其细致，它清晰地标注了不同版本软件可能遇到的兼容性问题，并给出了对应的解决方案或推荐的稳定版本。这种对“周边环境”的关注，体现了作者对新手困境的深切理解。我过去尝试自学时，经常因为工具链设置问题而气馁，但这本书像一个贴心的向导，提前为我排除了许多潜在的障碍。它不仅教你如何写代码，更教你如何搭建一个高效、顺畅的开发环境，这对于任何想进入这个领域的学习者来说，都是无价的经验积累。

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