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张义和 著

图书标签:

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• 数字电路
• Verilog
• VHDL
• 硬件设计
• 可编程逻辑
• 嵌入式系统
• 电子工程
• 通信系统
• 信号处理

店铺： 博学精华图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030376039

商品编码：29729462862

包装：平装

出版时间：2013-07-01

基本信息

书名:FPGA设计

：52.00元

售价：36.4元,便宜15.6元,折扣70

作者:张义和

出版社：科学出版社

出版日期：2013-07-01

ISBN：9787030376039

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：12k

商品重量：0.4kg

编辑推荐

内容提要

Altium Designer所提供的电路原理图绘图功能（简称电路绘图），一直都是群雄，它提供各种电路图结构的设计，包括单张式电路图、平坦式电路图、阶层式电路图，以及高效能的重复阶层式电路图，等等。
《FPGA设计》的主要目的是探讨FPGA设计，包括以VHDL为主的数字逻辑基础能力训练与应用技巧，并搭配NanoBoard 3000进行系统设计。
《FPGA设计》内容丰富、结构合理、图文并茂、语言清晰。适合各大中型院校电工、电子、自动化及相关专业师生参考阅读，同时适合作为电路设计工程师的参考用书。

目录

作者介绍

文摘

序言

《数字逻辑与时序分析实战》 内容梗概： 本书是一本旨在为读者打下坚实数字逻辑基础，并深入理解时序分析关键概念的实践性指南。我们将从最基础的逻辑门和布尔代数出发，逐步构建起复杂的组合逻辑和时序逻辑电路。本书的核心在于强调理论与实践的结合，通过大量的实例和设计流程，引导读者掌握如何从需求分析到最终电路实现的完整过程。 章节详解： 第一部分：数字逻辑基础 第一章：数字系统概览与编码 引言：为何要学习数字逻辑？数字系统在现代科技中的地位（计算机、通信、嵌入式系统等）。 数制与转换：二进制、十进制、十六进制的相互转换，以及它们在数字电路中的应用。 逻辑运算与布尔代数：AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR等基本逻辑门的功能和真值表。布尔代数的公理、定理和常用公式，如德摩根定律、吸收律、分配律等。如何利用布尔代数进行逻辑表达式的化简。 编码：二进制编码（BCD码）、格雷码、ASCII码等，及其在数据表示和传输中的作用。 第二章：组合逻辑电路设计 组合逻辑电路的定义与特点：输出仅取决于当前输入，无记忆性。 逻辑函数的表示方法：真值表、卡诺图（Karnaugh Map）的绘制和化简，包括多变量卡诺图和避免使用Don't Care条件。 常用组合逻辑模块： 编码器与译码器： 优先编码器、数据选择器（MUX）作为通用逻辑实现单元。 加法器与减法器： 半加器、全加器、串行加法器、并行加法器、进位选择加法器、进位预测加法器。 比较器： 1位比较器、n位比较器。 奇偶校验电路： 产生和检测校验位。 如何利用基本逻辑门构建上述模块。 设计流程：从功能描述到真值表，再到卡诺图化简，最后是逻辑图实现。 第三章：时序逻辑电路基础 时序逻辑电路的定义与特点：输出取决于当前输入和过去的输入（状态），具有记忆性。 锁存器（Latch）与触发器（Flip-Flop）： SR锁存器：基本结构、工作原理、透明锁存器。 D锁存器：数据锁存功能。 时钟信号： 时钟的周期、频率、占空比，时钟的产生和分发。 同步时序电路： 边沿触发（上升沿、下降沿）与电平触发。 SR触发器、D触发器（D-FF）、JK触发器、T触发器。它们的特性表、状态图和状态转换图。 主从结构触发器和脉冲触发器。 寄存器（Register）： 存储多个位的设备，如并行加载寄存器、移位寄存器（左移、右移）。 计数器（Counter）： 异步计数器（Ripple Counter）：优点和缺点，异步传播延迟。 同步计数器（Synchronous Counter）：行波进位计数器、二进制计数器、十进制计数器（BCD计数器）。 任意模计数器设计：如何通过组合逻辑和触发器实现任意长度的计数。 状态机（State Machine）的初步概念：有限状态机（FSM）的描述方式（状态图、状态表）。 第二部分：数字系统的高级设计与时序分析 第四章：有限状态机（FSM）设计 FSM的详细介绍：摩尔型（Moore Machine）和米利型（Mealy Machine）的区别和适用场景。 状态编码：二进制编码、独热编码（One-Hot Encoding），及其对逻辑复杂度和速度的影响。 FSM设计流程： 1. 需求分析与状态定义。 2. 绘制状态图。 3. 编写状态表。 4. 选择触发器类型（通常使用D触发器）。 5. 根据状态表和触发器类型，推导出驱动方程（Next State Logic）和输出方程（Output Logic）。 6. 电路实现。 实例分析：序列检测器、交通灯控制器、简单协议处理器等。 第五章：时序分析入门 时钟周期和时钟频率的关系。 关键路径（Critical Path）的概念：电路中信号从输入端传播到输出端所需的最长时间路径。 建立时间（Setup Time, t_SU）和保持时间（Hold Time, t_H）：触发器在时钟边沿附近对数据信号的要求。 时钟到输出延迟（Clock-to-Q Delay, t_CQ）：时钟边沿到达后，数据信号在触发器输出端稳定所需的时间。 时钟抖动（Clock Jitter）：时钟周期实际值与理想值之间的偏差。 时钟倾斜（Clock Skew）：同一时钟信号到达不同触发器的时间差。 组合逻辑延迟（Combinational Logic Delay, t_COMB）：信号通过组合逻辑所花费的时间。 时序约束（Timing Constraints）：为了保证电路正确运行而设定的时间要求。 时序违例（Timing Violation）：建立时间违例和保持时间违例的产生原因和后果。 第六章：时序分析与优化 时序分析方法： 时序图（Timing Diagram）的绘制和分析：可视化时序关系，帮助理解建立时间和保持时间。 静态时序分析（Static Timing Analysis, STA）的原理：不依赖于测试向量，而是分析所有可能的路径。 时序报告（Timing Report）的解读：分析报告中的关键路径、Slack值（裕量）。 最大时钟频率计算： 如何根据建立时间和组合逻辑延迟来确定电路能够工作的最高时钟频率。 最小工作时钟周期计算： 如何根据保持时间和组合逻辑延迟来确定电路能够工作的最小时钟周期。 时序优化技术： 流水线（Pipelining）：将长组合逻辑分解，插入寄存器，提高吞吐量。 逻辑优化：使用更快的逻辑门，减少层数。 合理的时钟频率选择：避免过高的频率带来的时序问题。 优化状态机编码：选择合适的状态编码减少逻辑。 时钟分频与时钟域交叉（Clock Domain Crossing, CDC）的初步介绍（在本章作为高级内容提及，详细内容可能涉及更复杂的同步电路设计）。 第七章：实际设计流程与工具 硬件描述语言（HDL）简介： Verilog HDL和VHDL的基本语法和特点（本章将侧重于解释HDL在逻辑设计中的作用，而非深入讲解HDL本身）。 综合（Synthesis）工具： 如何将HDL代码转换为门级网表。 布局布线（Place and Route）工具：在物理器件上实现逻辑。 时序仿真（Timing Simulation）与功能仿真（Functional Simulation）的区别。 设计流程总结： 从需求到仿真、综合、实现、验证的完整流程。 常见设计问题与调试技巧。 本书特色： 理论与实践并重： 每章都包含大量概念解释、电路图示和设计实例，帮助读者将理论知识应用于实际。 由浅入深： 从最基础的逻辑门开始，逐步过渡到复杂的状态机和时序分析，适合不同基础的读者。 强调时序分析： 详细讲解建立时间、保持时间等关键时序概念，以及如何进行时序分析和优化，这是设计高速、稳定数字电路的关键。 工程导向： 关注实际设计流程和可能遇到的问题，为读者提供工程实践的指导。 目标读者： 电子工程、计算机科学、自动化等相关专业的学生。 希望深入理解数字电路工作原理的硬件工程师。 从事嵌入式系统、ASIC/FPGA设计等相关工作的从业人员。 对数字逻辑和计算机硬件感兴趣的爱好者。 通过阅读本书，您将能够独立设计和分析数字逻辑电路，理解高速数字系统设计的核心挑战，并为进一步学习更高级的数字系统设计打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

购买这本书，我是希望它能包含一些前沿或至少是主流的应用案例，比如简单的图像处理加速、PCIe接口的基础协议介绍，或者至少是嵌入式Linux在FPGA上的加载经验。我希望能看到一些实战性强的项目代码片段，哪怕是简化的，也能让我对FPGA的应用边界有个直观的认识。但是，这本书的内容似乎停留在非常基础的逻辑门电路和状态机的理论推导阶段。大量的篇幅用来讲解如何用纯粹的组合逻辑实现乘法器，或者用有限状态机（FSM）来控制一个简单的交通信号灯，这些内容在任何一本大学的数字电路教材里都能找到，而且讲解得更直观。我甚至怀疑这本书是不是在介绍上世纪八十年代的PAL/GAL器件设计思路，因为它的“设计实例”缺乏现代FPGA所特有的那些高速接口、DDR内存控制器或者SoC集成的相关内容。对那些想看到FPGA“能做什么”的读者来说，这本书提供的视角太局限了。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的期望是它能提供一套系统化的设计流程，从需求分析到最终的比特流下载，每一个环节都有清晰的步骤和工具推荐。比如，我期待它能详细介绍如何使用主流EDA工具链进行仿真、综合、布局布线，并且针对不同的目标器件（比如赛灵思的7系列和英特尔的Cyclone系列）给出具体的约束文件（XDC/SDC）编写技巧。然而，这本书的重点似乎完全偏离了这个方向。它花了大量的篇幅去讨论硬件描述语言（HDL）本身的一些晦涩的语法特性，比如如何利用SystemVerilog的类和约束随机验证（CRV）来设计测试平台，这对于一个只想学习如何点亮板子上某个外设的人来说，简直是杀鸡用牛刀。我翻遍了索引，几乎找不到关于“I/O引脚分配”或者“JTAG调试”这种基础操作的详细说明。感觉作者是假设读者已经拥有了一个成熟的、自动化的流程，而这本书的任务只是指导你如何用更深奥的理论去重构这个流程，这完全不符合我的实际需求，我需要的是工具的使用手册，不是语言哲学的探讨。

评分☆☆☆☆☆

这本《FPGA设计》的篇幅和深度，对于一个初学者来说简直是天文数字。我本来以为能从中找到一些关于Verilog/VHDL基础语法的快速入门指南，或者是一些现成的项目模板，方便我快速上手做一个简单的小玩意儿。结果呢？这本书像是一本面向资深工程师的参考手册，上来就直接探讨亚稳态的成因、时钟域交叉的跨时钟域逻辑设计中的奇技淫巧，以及如何利用高级综合工具优化关键路径的时序。我花了整整一个周末试图理解其中的寄存器传输级描述和结构级描述的底层差异，结果还是云里雾里。那些关于片上RAM的读写时序图，对我来说就像是天书，完全没有图形化的辅助说明，全是密密麻麻的文字和公式。我真正想知道的是，如何用最简单的方式点亮一个LED灯，并让它闪烁起来，这本书里似乎默认你已经知道这一切，并且正在追求极致的性能优化。如果你是想找一本“手把手教你入门”的书，请避开它，它更像是给那些已经毕业十年，准备冲击高级认证的同行准备的“内功心法”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和图示质量实在令人担忧。在技术书籍中，清晰的逻辑图、时序图和波形图是理解复杂概念的关键。遗憾的是，这本书中的示意图常常是低分辨率的黑白线条图，很多关键的信号线交叉和延时标注模糊不清，需要我反复对照文字描述才能勉强辨认出来。特别是涉及到并行处理结构时，缺乏一个清晰的俯视角度的模块框图来展示数据流向，使得理解数据如何在流水线中传递成为一项挑战。我不得不自己打开一个绘图软件，重新手绘了几个关键算法的数据通路图，才能真正理解作者想要表达的意思。这无疑大大减慢了我的学习进度。对于一个旨在教授“设计”的学科来说，视觉呈现的专业性和清晰度是至关重要的，这本书在这方面的投入明显不足，让人感觉像是在阅读一份年代久远的学术论文草稿。

评分☆☆☆☆☆

最让我感到困惑的是，这本书对如何管理和避免FPGA设计中的“陷阱”讨论得过于理论化，而缺乏实际的调试经验分享。例如，在处理中断逻辑或者异步FIFO时，我们都知道实际调试中会遇到各种意想不到的问题，比如复位序列的竞态条件，或者由于综合器优化导致的行为差异。我非常期待书中能有一章专门讨论“调试方法论”，分享一些资深工程师在仿真验证失败后，如何利用硬件逻辑分析仪、示波器或者板级调试工具来定位问题。这本书里提到的调试方法，基本都停留在“检查你的波形图是否符合预期”这种最表层的建议。它没有教我如何在高频时钟下捕捉到那个只出现一次的时序错误，也没有提到如何使用芯片内部的逻辑分析仪（如ILA核）来探查实际运行时的内部信号。对我这个急需解决实际硬件Bug的工程师来说，这本书提供的“理论解药”远不如一个实用的“调试技巧”来得珍贵。