FPGA自學筆記—設計與驗證 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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梅雪鬆，袁玉卓，曾凱鋒 著

圖書標籤:

• FPGA
• 自學
• 數字電路
• Verilog
• VHDL
• 設計
• 驗證
• 硬件開發
• 嵌入式係統
• 電子工程

齣版社： 北京航空航天大學齣版社

ISBN：9787512424746

版次：1

商品編碼：12167205

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2017-08-01

用紙：膠版紙

頁數：454

編輯推薦

　　FPGA自學筆記—設計與驗證

　　這本書打破瞭重實驗現象，輕仿真驗證的學習誤區，書中每一個實驗,無論是zui基礎的點亮 LED燈,還是綜閤的多模塊數字係統設計,以及復雜的 SDRAM 控製器設計,都嚴格按照“設計+驗證”的流程進行。 同時，本書由淺入深，全流程的講解；首先,通過知識背景的介紹,講解設計中需要注意的問題；接著,一步一步地根據設計需求完成設計中的每一個部分；然後，編寫Testbench文件,使用 ModelSim 軟件對設計進行仿真驗證；zui後，仿真驗證通過後，再配置到 FPGA 器件中運行，如果闆級運行不正確，則再迴到仿真波形中查找可能的錯誤原因，在必要時使用闆級驗證工具如Signaltap Ⅱ進行闆級調試。本書對於不同水平的技術人員，都是一本不錯的自學和參考用書。

內容簡介

　　FPGA自學筆記—設計與驗證

　　本書以Intel CycloneⅣ E係列FPGA 為例,係統介紹瞭FPGA 的硬件結構、電路設計以及邏輯設計和驗證流程。書中以若乾個具有工程實用意義的案例為背景,詳細介紹瞭FPGA 數字邏輯設計中常見的功能模塊設計思路、FPGA 片上資源的使用方法、開發軟件中各種調試工具的使用，包括SignaltapⅡ、In System Sources and Probes Editor、In System Memory Content Editor。本書最後通過若乾個綜閤性實例,講解瞭復雜數字係統的設計方法和驗證思路。作為實用型FPGA 教程，本書的每一個實驗都有完整的仿真和驗證過程,即強調瞭仿真驗證在FPGA設計中的重要作用。

　　本書可作為工程應用類、電子信息類專業本科生以及相關專業專科生的EDA 基礎類課程的教材；也可作為FPGA自學人員,以及從事FPGA開發的工程技術人員的培訓教材和參考用書。

作者簡介

　　梅雪鬆，網名“小梅哥”，擁有多年電子設計經驗，擅長知識的總結和傳播，有《小梅哥和你一起深入學習FPGA》、《小梅哥FPGA學習筆記》兩個係列網絡博文；並推齣瞭手把手式視頻教程《FPGA設計思想與驗證方法視頻教程》，該教程在各大視頻點擊平颱備受好評，網友稱其為學習FPGA基礎與提高教學視頻的不二之選。同時，開設FPGA實地培訓班，正式開始網絡和實地FPGA培訓，培訓課程以其係統的知識講解和生動的實例分析，得到瞭學員的一緻肯定。

　　袁玉卓，山東大學博士，集成電路設計專業，知識麵廣，專業技術背景深厚。長期從事於FPGA技術的分享和交流，擁有豐富的項目科研和實踐經驗，

　　曾凱鋒，杭州電子科技大學碩士，主要研究方嚮為FPGA與嵌入式係統設計，長期活躍於FPGA技術交流群，著有多篇FPGA設計和驗證文章。

目錄

第1章 從頭認識FPGA ……………………………………………………………… 1

1.1 CycloneⅣ EFPGA原理與應用 ……………………………………………… 1

1.1.1 CycloneⅣ E概述 ………………………………………………………… 1

1.1.2 CycloneⅣ E擴展資源介紹 ……………………………………………… 4

1.1.3 重點電路設計 ……………………………………………………………… 5

1.2 IntelFPGA開發環境 ………………………………………………………… 17

1.2.1 Quartus軟件的發展史 …………………………………………………… 18

1.2.2 QuartusPrime的下載 …………………………………………………… 18

1.2.3 QuartusPrime的安裝 …………………………………………………… 21

1.2.4 QuartusPrime軟件的基本使用 ………………………………………… 27

第2章 FPGA開發軟硬件平颱介紹 ………………………………………………… 39

2.1 AC620開發套件………………………………………………………………… 39

2.1.1 AC620開發闆的功能特點 ………………………………………………… 39

2.1.2 AC620開發闆的使用 ……………………………………………………… 43

2.2 IntelFPGA開發流程 ………………………………………………………… 57

2.2.1 建立工程 …………………………………………………………………… 57

2.2.2 設計輸入 …………………………………………………………………… 61

2.2.3 分析和綜閤 ………………………………………………………………… 61

2.2.4 功能仿真 …………………………………………………………………… 62

2.2.5 綜閤與布局布綫 …………………………………………………………… 66

2.2.6 時序仿真 …………………………………………………………………… 66

2.2.7 I/O分配以及生成配置文件 ……………………………………………… 67

2.2.8 配置FPGA下載…………………………………………………………… 67

2.3 FPGA設計的燒寫與投産 ……………………………………………………… 68

2.3.1 FPGA固件存儲方案 ……………………………………………………… 68

2.3.2 CycloneⅣ EFPGA固件燒寫方案 ……………………………………… 69

2.3.3 燒寫文件JIC的産生 ……………………………………………………… 70

第3章 FPGA基本數字邏輯設計 …………………………………………………… 74

3.1 組閤邏輯電路設計———譯碼器 ………………………………………………… 74

3.1.1 譯_碼器工作原理 …………………………………………………………… 74

3.1.2 譯碼器Verilog實現 ……………………………………………………… 75

3.1.3 激勵創建及仿真測試 ……………………………………………………… 76

3.2 時序邏輯電路設計———計數器 ………………………………………………… 79

3.2.1 計數器工作原理 …………………………………………………………… 80

3.2.2 計數器Verilog實現 ……………………………………………………… 81

3.2.3 仿真及闆級驗證 …………………………………………………………… 82

3.3 IP核應用———計數器 ………………………………………………………… 85

3.3.1 IP核創建流程 ……………………………………………………………… 85

3.3.2 仿真及闆級驗證 …………………………………………………………… 89

3.3.3 已生成IP核的參數修改 ………………………………………………… 90

3.3.4 QuartusⅡ中IP核參數的修改…………………………………………… 94

3.4 BCD計數器設計與驗證 ……………………………………………………… 95

3.4.1 BCD碼原理 ………………………………………………………………… 95

3.4.2 BCD計數器的 Verilog實現 ……………………………………………… 96

3.4.3 激勵創建及仿真測試 ……………………………………………………… 97

3.4.4 級聯BCD計數器設計與仿真 …………………………………………… 98

3.5 阻塞賦值與非阻塞賦值原理分析 …………………………………………… 103

3.5.1 不同賦值方式的對比與實現 …………………………………………… 103

3.5.2 不同賦值方式的仿真及測試 …………………………………………… 105

3.6 狀態機設計實例 ……………………………………………………………… 108

3.6.1 狀態機工作原理 ………………………………………………………… 108

3.6.2 字符串檢測狀態機實現 ………………………………………………… 110

3.6.3 激勵創建及仿真測試 …………………………………………………… 113

3.7 獨立按鍵消抖設計與驗證 …………………………………………………… 115

3.7.1 按鍵的物理結構及電路設計 …………………………………………… 115

3.7.2 硬件電路實現按鍵消抖 ………………………………………………… 116

3.7.3 狀態機實現按鍵消抖 …………………………………………………… 118

3.7.4 激勵創建及仿真測試 …………………………………………………… 124

3.7.5 任務及隨機函數的使用 ………………………………………………… 125

3.8 模塊化設計基礎———加減法計數器 ………………………………………… 129

3.8.1 模塊功能劃分 …………………………………………………………… 129

3.8.2 模塊功能設計 …………………………………………………………… 129

3.8.3 仿真及闆級驗證 ………………………………………………………… 132

3.9 8位7段數碼管驅動設計與驗證 …………………………………………… 134

3.9.1 數碼管驅動原理 ………………………………………………………… 134

3.9.2 三綫製數碼管電路設計 ………………………………………………… 137

3.9.3 數碼管動態掃描驅動設計 ……………………………………………… 138

3.9.4 ISSP生成及使用 ………………………………………………………… 145

3.9.5 闆級調試與驗證 ………………………………………………………… 149

3.9.6 QuartusⅡ中ISSP的使用方法 ………………………………………… 152

3.10 串口發送模塊設計與驗證 …………………………………………………… 153

3.10.1 異步串行通信原理及電路設計 ………………………………………… 154

3.10.2 UART異步串行通信發送模塊設計與實現…………………………… 157

3.10.3 激勵創建及仿真測試 …………………………………………………… 162

3.10.4 按鍵控製串口發送設計 ………………………………………………… 163

3.11 串口接收模塊的設計與驗證 ………………………………………………… 165

3.11.1 串口接收原理分析 ……………………………………………………… 166

3.11.2 UART異步串行通信接收模塊設計與實現…………………………… 167

3.11.3 仿真及闆級驗證 ………………………………………………………… 171

第4章 FPGA片上專用資源使用 …………………………………………………… 176

4.1 嵌入式RAM 的使用———雙端口RAM …………………………………… 176

4.1.1 CycloneⅣ體係結構及嵌入式存儲器原理 ……………………………… 176

4.1.2 IP核使用———dpram …………………………………………………… 178

4.1.3 激勵創建及仿真測試 …………………………………………………… 182

4.2 搭建串口收發與雙口RAM 存儲的簡易應用係統 ………………………… 185

4.2.1 係統模塊功能劃分及接口設計 ………………………………………… 185

4.2.2 頂層文件設計 …………………………………………………………… 185

4.2.3 控製模塊設計 …………………………………………………………… 186

4.2.4 仿真及闆級驗證 ………………………………………………………… 187

4.3 嵌入式RAM 的使用———ROM ……………………………………………… 190

4.3.1 IP核使用———ROM ……………………………………………………… 191

4.3.2 激勵創建及仿真測試 …………………………………………………… 193

4.3.3 SignaTapⅡ使用及闆級驗證 …………………………………………… 195

4.4 嵌入式塊RAM 的使用———FIFO …………………………………………… 201

4.4.1 FIFO的相關知識 ………………………………………………………… 202

4.4.2 IP核的使用———FIFO…………………………………………………… 204

4.5 PLL鎖相環介紹與簡單應用 ………………………………………………… 213

4.5.1 PLL相關知識 …………………………………………………………… 213

4.5.2 IP核使用———PLL ……………………………………………………… 215

4.5.3 仿真及闆級驗證 ………………………………………………………… 219

第5章 FPGA進階數字邏輯設計 …………………………………………………… 223

5.1 無源蜂鳴器驅動設計與驗證 ………………………………………………… 223

5.1.1 無源蜂鳴器電路設計 …………………………………………………… 223

5.1.2 無源蜂鳴器驅動原理 …………………………………………………… 224

5.1.3 PWM 發生器模塊設計…………………………………………………… 225

5.1.4 仿真及闆級驗證 ………………………………………………………… 227

5.2 綫性序列機與串行接口DAC驅動設計與驗證……………………………… 232

5.2.1 DAC芯片概述及電路設計 ……………………………………………… 232

5.2.2 TLV5618型DAC芯片輸齣電壓計算原理 …………………………… 234

5.2.3 TLV5618型DAC接口時序 …………………………………………… 235

5.2.4 綫性序列機設計思想與接口時序設計 ………………………………… 236

5.2.5 基於綫性序列機的DAC驅動設計 ……………………………………… 238

5.2.6 仿真及闆級測試 ………………………………………………………… 241

5.3 綫性序列機與串行接口ADC驅動設計與驗證……………………………… 243

5.3.1 ADC芯片概述及電路設計 ……………………………………………… 244

5.3.2 ADC128S022型ADC接口時序 ………………………………………… 245

5.3.3 ADC128S022接口時序設計 …………………………………………… 247

5.3.4 基於綫性序列機的ADC驅動設計 ……………………………………… 249

5.3.5 仿真及闆級測試 ………………………………………………………… 252

5.4 HT6221紅外遙控解碼設計與驗證 ………………………………………… 257

5.4.1 紅外遙控係統組成及電路設計 ………………………………………… 257

5.4.2 紅外遙控協議分析(NEC協議)………………………………………… 258

5.4.3 紅外解碼模塊設計 ……………………………………………………… 260

5.4.4 仿真及闆級驗證 ………………………………………………………… 265

5.5 TFT顯示屏驅動設計與驗證 ………………………………………………… 267

5.5.1 TFT觸摸屏驅動電路設計 ……………………………………………… 268

5.5.2 RGB接口TFT屏掃描方式……………………………………………… 270

5.5.3 RGB接口TFT屏時序分析……………………………………………… 271

5.5.4 RGB接口TFT屏驅動設計……………………………………………… 272

5.5.5 仿真及闆級驗證 ………………………………………………………… 275

第6章 FPGA綜閤數字係統設計 …………………………………………………… 280

6.1 八通道數字電壓錶 …………………………………………………………… 280

6.1.1 數字電壓錶功能劃分 …………………………………………………… 280

6.1.2 按鍵輸入模塊 …………………………………………………………… 281

6.1.3 通道選擇模塊 …………………………………………………………… 281

6.1.4 ADC控製模塊———ADC128S022 ……………………………………… 282

6.1.5 數據預處理模塊 ………………………………………………………… 282

6.1.6 碼製轉換模塊 …………………………………………………………… 284

6.1.7 數碼管驅動模塊 ………………………………………………………… 287

6.1.8 頂層設計 ………………………………………………………………… 288

6.1.9 基於查找錶的數據電壓換算 …………………………………………… 289

6.2 雙通道幅頻相可調DDS信號發生器 ………………………………………… 292

6.2.1 DDS原理與實現 ………………………………………………………… 293

6.2.2 數/模轉換器(DAC)驅動模塊設計 ……………………………………… 299

6.2.3 串口命令接收與解析 ……………………………………………………303

6.2.4 信號發生器頂層設計 …………………………………………………… 315

6.2.5 係統測試 ………………………………………………………………… 316

6.3 串口讀/寫EEPROM ………………………………………………………… 317

6.3.1 I2C基本概念 ……………………………………………………………… 317

6.3.2 I2C協議時序介紹 ………………………………………………………… 318

6.3.3 I2C器件地址 ……………………………………………………………… 319

6.3.4 I2C存儲器地址 …………………………………………………………… 320

6.3.5 I2C寫時序 ………………………………………………………………… 321

6.3.6 I2C單字節讀時序 ………………………………………………………… 323

6.3.7 I2C讀/寫器件控製器設計 ……………………………………………… 325

6.3.8 I2C控製器仿真驗證 ……………………………………………………… 335

6.3.9 串口讀/寫EEPROM 係統設計 ………………………………………… 341

6.3.10 串口讀/寫 EEPROM 仿真驗證 ……………………………………… 351

6.3.11 串口讀/寫EEPROM 闆級驗證 ……………………………………… 355

6.4 基於串口獵人的虛擬示波器 ………………………………………………… 359

6.4.1 係統結構 ………………………………………………………………… 359

6.4.2 模塊詳解 ………………………………………………………………… 361

6.4.3 仿真驗證 ………………………………………………………………… 375

6.4.4 基於串口獵人的闆級驗證 ……………………………………………… 385

6.5 SDRAM 控製器設計 ………………………………………………………… 391

6.5.1 SDRAM 基本概念………………………………………………………… 391

6.5.2 SDRAM 存取原理………………………………………………………… 392

6.5.3 SDRAM 器件引腳說明…………………………………………………… 394

6.5.4 SDRAM 特性 …………………………………………………………… 395

6.5.5 SDRAM 操作命令介紹…………………………………………………… 396

6.5.6 SDRAM 操作時序………………………………………………………… 403

6.5.7 SDRAM 控製器設計……………………………………………………… 418

6.5.8 SDRAM 控製器仿真驗證………………………………………………… 425

6.5.9 SDRAM 控製器設計優化………………………………………………… 430

6.5.10 優化控製器仿真驗證 ……………………………………………………436

6.6 串口傳圖幀緩存設計 ………………………………………………………… 440

6.6.1 係統結構 ………………………………………………………………… 440

6.6.2 仿真驗證 ………………………………………………………………… 446

6.6.3 闆級驗證 ………………………………………………………………… 450

參考文獻………………………………………………………………………………… 454

前言/序言

　　隨著現場可編程邏輯器件結構和工藝的發展，FPGA的性能和容量逐年提升，同時功耗和價格持續降低。近年來，已經有越來越多的企業考慮並在其實際項目或産品中加入FPGA，或者直接以FPGA作為核心控製單元。FPGA作為一種硬件邏輯器件，其開發思路與常規的MCU或處理器有較大的差彆，如何正確地學習並掌握FPGA的開發方法，對於高效地使用FPGA至關重要。

　　筆者曾自學FPGA近兩年，但始終不得要領，後經專業人士指點，方纔領悟FPGA之所以難學，是難在沒有掌握正確的學習和開發方法。一旦掌握瞭正確的學習方法，一切就變得輕鬆瞭。在FPGA的學習和開發中最為關鍵的一點就是驗證。

　　作為一本入門級的FPGA技術教材，本書主要針對剛接觸FPGA的讀者。這一類讀者，往往都有一定的MCU開發經驗，也正是這一點，讓很多自學FPGA的人往往一開始就按照MCU開發的慣性思維來對待FPGA，結果就是耗費瞭幾倍的精力，卻沒有太大的進步。所以本書在編排時，重點關注FPGA的開發流程。每個實驗，無論是最基礎的點亮LED燈，還是綜閤的多模塊數字係統設計，以及復雜的SDRAM控製器設計，都嚴格按照“設計+驗證”的流程進行。首先，通過知識背景的介紹，講解設計中需要注意的問題；接著，一步一步地根據設計需求完成設計中的每一個部分；然後，編寫Testbench文件，使用ModelSim軟件對設計進行仿真驗證；最後，仿真驗證通過後，再配置到FPGA器件中運行，如果闆級運行不正確，則再迴到仿真波形中查找可能的錯誤原因，在必要時使用闆級驗證工具如SignaltapⅡ進行闆級調試。

　　本書按照循序漸進的過程，分成6章，具體內容如下:

　　第1章，主要介紹瞭FPGA的硬件架構，軟件開發工具的安裝與基本使用。

　　第2章，介紹瞭本書所依靠的FPGA學習平颱AC620開發闆的相關特性，並通過一個實例介紹瞭FPGA的開發流程。

　　第3章，介紹瞭基於FPGA的一些基本數字邏輯電路設計，這些設計所依靠的背景都是大傢所熟悉的一些內容，因此較容易接受，方便大傢能夠輕鬆入門。

　　第4章，介紹瞭CycloneⅣEFPGA上專用硬件資源PLL、嵌入式塊RAM的使用；同時，本章通過這些硬件資源的使用，介紹瞭在QuartusPrime軟件中調用IP進行設計的方法。

　　第5章，為進階數字係統設計，主要介紹瞭項目中比較實用的一些外設的驅動。

　　第6章，為綜閤數字係統設計，通過若乾個具有一定難度的綜閤實例，展示瞭FPGA復雜係統開發的常見思路和實現方法。

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FPGA設計與驗證之道：精通硬件加速的實戰秘籍 在日新月異的電子技術浪潮中，FPGA（Field-Programmable Gate Array）憑藉其獨特的靈活性和強大的並行處理能力，已成為現代數字係統設計的基石。從通信基站到高性能計算，從嵌入式係統到人工智能加速，FPGA的身影無處不在。本書《FPGA設計與驗證之道：精通硬件加速的實戰秘籍》並非簡單的理論堆砌，而是一本麵嚮工程師和愛好者的深度實戰指南，旨在引導讀者係統性地掌握FPGA從概念到實現的完整流程，並精通高效的驗證方法，最終賦能讀者駕馭前沿的硬件加速技術，打造齣性能卓越的數字係統。 第一篇：FPGA的底層邏輯與開發環境構建 第一章：FPGA的崛起與核心原理 本章將帶您深入剖析FPGA的本質。我們將追溯FPGA的發展曆程，理解其相較於ASIC和微處理器在特定場景下的優勢。核心部分將詳細闡述FPGA的基本構成單元——查找錶（LUT）、觸發器（Flip-flop）、分布式RAM（Distributed RAM）和DSP Slice（Digital Signal Processing Slice）的工作原理。通過對這些基礎元素的深入理解，讀者將能夠建立起對FPGA硬件可重構特性的直觀認識，為後續的學習打下堅實的基礎。我們將探討不同FPGA廠商（如Xilinx、Intel/Altera）架構上的差異，以及它們的演進趨勢，使讀者對市場上的主流FPGA技術有全麵的瞭解。 第二章：HDL語言的魅力——Verilog與VHDL精講 硬件描述語言（HDL）是FPGA設計的靈魂。本章將聚焦於兩種最主流的HDL語言：Verilog和VHDL。我們將從最基礎的語法結構開始，逐步深入到數據類型、運算符、過程語句、並發語句、任務與函數等核心概念。通過大量精選的、貼近實際應用的Verilog和VHDL代碼示例，讀者將學會如何用這兩種語言描述組閤邏輯和時序邏輯，如何實現狀態機、移位寄存器、計數器等基本數字電路模塊。此外，我們將重點講解HDL代碼的可綜閤性原則，以及在設計過程中如何避免産生不可綜閤的代碼，確保代碼能夠順利地被綜閤工具轉換為實際的FPGA硬件邏輯。我們將通過對比兩種語言在錶達方式和風格上的異同，幫助讀者根據項目需求和個人偏好選擇閤適的HDL。 第三章：集成開發環境（IDE）的實踐操作 掌握瞭HDL語言，就如同掌握瞭設計藍圖。本章將帶領讀者熟練運用行業主流的FPGA開發套件，如Xilinx Vivado和Intel Quartus Prime。我們將詳細介紹IDE的安裝、項目創建、設計文件管理、IP核集成等基本操作。重點將放在綜閤（Synthesis）、實現（Implementation）——包括布局（Placement）和布綫（Routing）——以及比特流生成（Bitstream Generation）等關鍵流程。讀者將學習如何解讀綜閤和實現報告，理解時序約束（Timing Constraints）的重要性，並學會設定和優化時序目標，以滿足設計性能要求。我們還將介紹仿真工具（如Vivado Simulator, ModelSim）的使用，為驗證環節做好鋪墊。 第二篇：FPGA核心設計技術與高級應用 第四章：組閤邏輯與時序邏輯的設計精要 本章將深入探討組閤邏輯和時序邏輯的設計方法。對於組閤邏輯，我們將講解如何利用HDL實現邏輯門、加法器、減法器、多路選擇器、譯碼器、編碼器等基本組閤電路，並學習如何通過狀態機的形式構建復雜的組閤邏輯。對於時序邏輯，我們將重點講解觸發器、寄存器、移位寄存器、計數器等基本時序單元的設計，以及如何利用時鍾和復位信號控製時序行為。我們將深入分析亞穩態（Metastability）現象及其産生原因，並詳細介紹如何通過多級寄存器、握手信號等方法來有效規避亞穩態。本章將通過實例演示，指導讀者如何將抽象的數字邏輯功能轉化為高效、可靠的HDL代碼。 第五章：狀態機的設計與優化 狀態機是FPGA設計中用於描述和控製係統行為的核心模型。本章將係統講解有限狀態機（FSM）的設計原理，包括Mealy狀態機和Moore狀態機。我們將從最簡單的狀態轉移圖開始，逐步學習如何將其轉化為可執行的HDL代碼。重點將放在狀態編碼（State Encoding）的選擇及其對資源占用和性能的影響，如二進製編碼、獨熱編碼（One-hot Encoding）等。本章還將探討狀態機的狀態迴退（State Recovery）設計，以及如何處理異常狀態。通過豐富的狀態機設計案例，讀者將能夠靈活運用狀態機來控製復雜的控製流程，實現精確的係統邏輯。 第六章：DSP Slice與片上RAM的應用 FPGA的強大之處在於其集成的硬核資源。本章將聚焦於DSP Slice和片上RAM（Block RAM）的深入應用。我們將詳細介紹DSP Slice的架構，包括乘法器、纍加器、ALU等核心組件，並講解如何利用DSP Slice高效實現乘纍加（MAC）運算、濾波器（如FIR、IIR）、FFT等數字信號處理算法。對於片上RAM，我們將講解其配置選項，如單端口RAM、雙端口RAM、FIFO（First-In First-Out）等，並演示如何在設計中靈活使用它們來存儲和傳輸數據，實現高效的數據緩衝和訪問。通過本章的學習，讀者將能夠充分發揮FPGA的硬件加速潛力，為高性能計算和信號處理任務賦能。 第七章：IP核的靈活運用與IP核開發入門 IP核（Intellectual Property Core）是FPGA設計中的模塊化構建單元，能夠極大地提高設計效率。本章將引導讀者熟悉並靈活運用FPGA廠商提供的各種IP核，例如DDR控製器、PCIe控製器、Ethernet MAC、HDMI控製器等。我們將講解如何通過IP核生成器工具來配置和例化這些IP，並將其集成到自己的設計中。此外，我們還將初步探討IP核的開發流程，讓讀者理解如何創建自己的可復用IP核，以滿足個性化的設計需求。本章將通過實際案例，展示如何通過組閤和配置IP核快速構建復雜係統。 第三篇：FPGA驗證的藝術與性能優化 第八章：驗證的重要性與方法論 驗證是FPGA設計中至關重要的一環，它直接關係到設計的正確性和可靠性。本章將闡述為什麼必須進行充分的驗證，以及不同的驗證方法論。我們將介紹靜態驗證（如代碼審查、形式驗證）和動態驗證（如仿真驗證）的區彆和各自的適用場景。本章還將引入驗證的層級概念，從模塊級驗證到係統級驗證，以及它們在整個設計流程中的位置。我們將強調“黃金模型”的概念，並討論如何構建一個可信賴的驗證環境。 第九章：仿真驗證的實踐——Testbench的設計與編寫 仿真驗證是FPGA設計中最常用的驗證手段。本章將深入講解如何編寫高效、完備的Testbench來驗證FPGA設計。我們將從Testbench的基本結構開始，逐步介紹激勵信號的生成、時鍾和復位信號的控製、信號的監控與斷言（Assertion）、以及結果的檢查與比對。我們將重點講解麵嚮對象（OOP）的Testbench設計思想（如UVM），以及如何利用Verilog/VHDL的高級特性來編寫結構清晰、易於維護的Testbench。通過大量Testbench編寫的實例，讀者將掌握如何覆蓋各種設計場景，找齣隱藏的Bug。 第十章：時序約束與時序分析 時序收斂是FPGA設計中一項具有挑戰性的任務，直接影響設計的最高工作頻率。本章將詳細講解時序約束的設置，包括周期約束（Clock Period Constraint）、多周期約束（Multicycle Constraint）、僞路徑約束（False Path Constraint）、例外約束（Timing Exception Constraint）等。我們將深入分析時序報告，理解關鍵路徑、時序違例（Timing Violation）的産生原因，並學習如何通過優化設計結構、調整布局布綫策略、修改時序約束等方法來達到時序目標。本章將強調“時序驅動設計”的理念，幫助讀者在設計初期就充分考慮時序問題。 第十一章：形式驗證與等效性驗證 除瞭動態仿真，形式驗證也為FPGA設計提供瞭強大的驗證能力。本章將介紹形式驗證的概念，包括模型檢查（Model Checking）和定理證明（Theorem Proving）。我們將重點講解等效性驗證（Equivalence Checking），它能夠證明綜閤後的門級網錶與RTL代碼功能上等效，是實現高質量設計的關鍵保障。本章還將介紹一些形式驗證工具的使用入門，以及如何利用形式驗證來證明某些關鍵設計屬性的正確性。 第四篇：FPGA的進階應用與未來趨勢 第十二章：SOC（System on Chip）設計基礎 FPGA常被用作SoC原型驗證平颱，本章將介紹SoC設計的基本概念。我們將講解微處理器（如ARM Cortex係列）、總綫接口（如AXI）、片上外設（如UART、SPI、I2C）的集成，以及如何將這些組件有機地組織起來，形成一個完整的SoC係統。我們將探討不同總綫協議的工作原理，以及如何進行接口設計和驗證，為構建復雜的嵌入式係統打下基礎。 第十三章：高速接口設計與應用 隨著數據速率的不斷提升，高速接口在FPGA設計中扮演著越來越重要的角色。本章將重點講解如DDR、PCIe、SGMII/QSGMII等高速接口的設計要點。我們將深入分析這些接口的物理層和協議層特性，講解如何利用FPGA的硬核IP和軟核IP來實現這些接口，並分享在實際設計中遇到的挑戰和解決方案，如阻抗匹配、信號完整性、眼圖分析等。 第十四章：OpenCL與硬件加速編程 為瞭降低FPGA開發的門檻，並使其能夠更好地服務於通用計算領域，OpenCL（Open Computing Language）應運而生。本章將介紹OpenCL的語言特性，以及如何利用OpenCL來編寫可以在FPGA上運行的並行加速程序。我們將講解CPU和FPGA之間的協同工作模式，以及如何將計算密集型的任務卸載到FPGA上執行，實現顯著的性能提升。本章將通過實例演示，幫助讀者理解如何利用OpenCL加速特定應用，如圖像處理、機器學習推理等。 第十五章：FPGA在人工智能與機器學習領域的應用 人工智能和機器學習的飛速發展，為FPGA提供瞭廣闊的應用前景。本章將探討FPGA在AI/ML領域的各種應用場景，包括神經網絡推理加速、數據預處理、模型訓練（部分場景）等。我們將介紹常見的神經網絡結構，以及如何將它們映射到FPGA的並行計算架構上。本章還將探討AI/ML領域對FPGA提齣的挑戰，如低功耗、高吞吐量、實時性要求等，並分享相應的FPGA解決方案。 附錄：FPGA學習資源與職業發展建議 為瞭幫助讀者在學習過程中獲得更全麵的支持，附錄中將梳理一係列優質的學習資源，包括官方文檔、在綫課程、社區論壇、優秀博客等。同時，我們還將為讀者提供關於FPGA職業發展的建議，包括技能棧的拓展、項目經驗的積纍，以及在不同行業領域（如通信、汽車電子、醫療設備、數據中心）的職業機會分析。 本書力求通過理論與實踐的深度結閤，為讀者構建一個全麵、係統的FPGA學習體係。從底層的硬件原理，到核心的設計技巧，再到嚴謹的驗證方法，最終觸及前沿的應用領域，本書都將為您提供詳實、可操作的指導。通過學習本書，您將不再是FPGA世界的旁觀者，而是能夠自信地駕馭這項強大技術，成為數字係統設計的創新者和實踐者，在快速發展的科技領域開闢屬於自己的一片天地。

評分☆☆☆☆☆

第四段評價： 我是一名剛剛接觸FPGA不久的學生，之前嘗試過一些在綫教程和零散的資料，但總感覺缺乏係統性。《FPGA自學筆記—設計與驗證》這本書的到來，就像在我迷茫的航綫上點亮瞭一盞燈塔。我特彆看重"自學筆記"這個定位，它暗示著這本書會以一種更貼近個人學習體驗的方式來講解知識，而不是那種高高在上、難以企及的理論講義。我想象中，這本書會從最基礎的概念講起，一步一步地引導我熟悉FPGA的開發環境，掌握常用的HDL語言（Verilog或VHDL），並學會如何將設計思路轉化為實際的代碼。更重要的是，"設計與驗證"的組閤，讓我看到瞭一個完整的學習閉環。我希望書中能夠詳細介紹如何從需求齣發，進行模塊化設計，並提供各種調試技巧，幫助我快速定位和解決設計中的錯誤。而驗證部分，我期待能夠學習到如何編寫有效的測試激勵，如何利用仿真工具進行全麵的功能驗證，以及如何對時序進行初步的分析，這些都是我目前最迫切想掌握的技能，我相信這本書能夠為我打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

第五段評價： 拿到《FPGA自學筆記—設計與驗證》這本書，我的內心充滿瞭期待。雖然我尚未完全沉浸其中，但從書名和初步瀏覽來看，它無疑是一本極具價值的學習資料。我一直認為，FPGA的學習路徑，尤其是對於自學者而言，最關鍵的在於“實踐齣真知”。而“設計與驗證”這兩個詞，恰恰是FPGA開發中最核心、也最考驗實際操作能力的部分。我希望這本書能通過詳實的代碼示例，生動地闡述各種設計模式和驗證策略。想象一下，書中可能包含瞭如何實現一些經典的數字邏輯模塊，比如狀態機、FIFO、AXI總綫接口等等，並且為每一個模塊都提供瞭相應的驗證環境和測試用例，讓我能夠通過親手實踐，深刻理解設計的原理和驗證的重要性。我特彆期待書中在驗證方法論上能有所著重，例如如何構建一個易於擴展的測試平颱，如何編寫覆蓋率高的測試激勵，以及如何利用仿真結果來指導設計優化。這本書不僅是一份技術指南，更像是一位經驗豐富的引路人，引領我在FPGA的廣闊天地中，穩健前行，掌握核心技能。

評分☆☆☆☆☆

第一段評價： 這本書就像我 FPGA 之旅的一盞明燈，雖然我還沒有開始翻閱，但光是這個書名《FPGA自學筆記—設計與驗證》就足以讓我充滿期待。我之前嘗試過幾本 FPGA 的入門書籍，但總感覺它們要麼過於理論化，要麼代碼示例晦澀難懂，讓我望而卻步。這次抱著試試看的心態，被這個名字深深吸引。我想，"自學筆記"這個詞就意味著它會更接地氣，更貼近初學者的實際睏惑，而不是枯燥的理論堆砌。而"設計與驗證"更是 FPGA 開發的核心，涵蓋瞭從概念到實現的完整流程，這正是我目前最需要掌握的。我希望這本書能夠提供清晰的思路，一步一步地引導我完成一個完整的 FPGA 項目，從需求分析、邏輯設計、硬件實現，到最後的仿真驗證，每一個環節都能有詳實的操作指導和代碼示例。我尤其看重"驗證"部分，因為這往往是初學者容易忽略但又至關重要的一環。如果這本書能讓我理解如何有效地編寫測試平颱，如何覆蓋各種測試場景，那將是對我能力的一次巨大提升。這本書不僅僅是一本書，更像是一個虛擬的導師，陪伴我剋服學習路上的每一個難關。

評分☆☆☆☆☆

第二段評價： 自從收到《FPGA自學筆記—設計與驗證》這本書，我迫不及待地開始探索它的內容。盡管我還沒有深入到每一個技術細節，但整體的編排和語言風格已經讓我感受到一股撲麵而來的真誠與實用。作者顯然是一位經驗豐富的 FPGA 工程師，他用一種非常親切的口吻，仿佛在和一位老朋友分享他的學習心得和實踐經驗。書中很多關於設計思路和排查問題的技巧，並不是教科書上常見的那些生硬的定義，而是經過實戰檢驗的智慧結晶。我特彆喜歡這種"筆記"式的敘述方式，感覺就像在偷看一位高手的備忘錄，裏麵充滿瞭各種“小竅門”和“要注意的地方”。我之前在調試一些復雜的邏輯時，經常會陷入死鬍同，花大量時間卻找不到問題根源，現在我期待這本書能提供一些係統性的方法論，教我如何用更高效的思維去分析和解決這些挑戰。而且，"驗證"這部分的內容，我希望它能超越簡單的功能性測試，能涵蓋性能驗證、時序分析等方麵，讓我理解如何寫齣能夠真正反映硬件行為的測試代碼，從而快速定位並修復潛在的bug。

評分☆☆☆☆☆

第三段評價： 這本書的封麵設計就透著一股專業與嚴謹，書名《FPGA自學筆記—設計與驗證》也精準地概括瞭其核心內容。我目前正處於FPGA學習的瓶頸期，很多理論知識已經掌握，但實際應用起來卻顯得生疏。我期望這本書能提供一些真實的項目案例，通過實際操作來鞏固和深化我對FPGA設計的理解。例如，書中是否會包含一些經典的FPGA應用，如數碼管顯示、按鍵輸入處理、簡單的通信協議接口等？這些小項目不僅能幫助我熟悉開發流程，還能讓我體會到理論知識在實踐中的落地。而"驗證"部分，我希望它能深入講解如何利用仿真工具進行高效的驗證，包括如何編寫可讀性強、可維護性好的測試激勵，如何使用覆蓋率工具來評估測試的有效性，以及如何進行跨時鍾域信號的處理和驗證。我深知，一個良好的驗證環境和策略，對於保證FPGA設計的質量至關重要，而這恰恰是我目前最欠缺的。這本書的齣現，無疑為我提供瞭一個寶貴的學習資源，讓我看到瞭突破瓶頸的希望。

評分☆☆☆☆☆

公司采購的書籍放在閱覽室的，速度很快，書的質量也很好

評分☆☆☆☆☆

好好學習，希望有點用！

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很好，非常好，特彆好

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好好好好好好好好好好好

評分☆☆☆☆☆

剛開始接觸，希望可以盡快入門。

評分☆☆☆☆☆

公司采購的書籍放在閱覽室的，速度很快，書的質量也很好

評分☆☆☆☆☆

學習如逆水行舟 不進則退

評分☆☆☆☆☆

這本書不錯，結閤實際的東西很多

評分☆☆☆☆☆

花瞭幾天看瞭下，再來評價。都是必須要掌握的基礎知識！不錯！