可编程器件EDA应用开发技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:国防工业出版社

作者:陈燕东

出品人:

页数:330

译者:

出版时间:2006-5

价格:33.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787118044676

丛书系列:

图书标签:

• 可编程器件
• EDA
• FPGA
• Verilog
• VHDL
• 开发技术
• 数字电路
• 硬件设计
• 嵌入式系统
• Quartus
• Vivado

《可编程器件EDA应用开发技术》 内容简介 本书旨在深入浅出地介绍可编程器件（如FPGA、CPLD等）在电子设计自动化（EDA）领域的应用开发技术。全书结构清晰，逻辑严谨，理论与实践相结合，力求为读者提供一套全面、系统且实用的学习指南。 第一部分：可编程器件基础 本部分将详细阐述可编程器件的基本概念、硬件架构和关键技术。 章节一：可编程器件概述 介绍可编程器件的起源、发展历程以及在现代电子系统中的重要地位。 对比分析不同类型可编程器件（FPGA、CPLD、PLA、PAL等）的结构特点、性能优势与适用场景。 探讨可编程器件在集成度、功耗、速度、灵活性等方面的权衡。 讲解可编程逻辑阵列（PLA）、可编程阵列逻辑（PAL）、通用阵列逻辑（GAL）等早期可编程器件的原理，为理解现代FPGA/CPLD打下基础。 章节二：FPGA（现场可编程门阵列）原理与结构 详细解析FPGA的核心组成部分：可配置逻辑块（CLB）、输入/输出块（IOB）、片内布线资源（Interconnect Resources）以及嵌入式存储器（Block RAM）、DSP Slice等硬核资源。 深入理解CLB的内部结构，包括查找表（LUT）、触发器（Flip-Flop）、多路选择器（Multiplexer）等，阐述其如何实现逻辑功能。 讲解IOB的功能，包括信号调理、电平标准兼容性、驱动能力等。 剖析片内布线资源的类型（如Switch Matrix、Routing Channel）及其对设计性能的影响。 介绍不同FPGA厂商（如Xilinx、Intel/Altera）的典型架构特点和技术演进。 章节三：CPLD（复杂可编程逻辑器件）原理与结构 阐述CPLD的宏单元（Macrocell）、乘积项阵列（Product-term Array）、可编程互连矩阵（Programmable Interconnect Array）等核心结构。 对比FPGA与CPLD在结构、性能、功耗、易用性、成本等方面的差异，明确两者的应用边界。 讲解CPLD的固定时序延迟特性和其在需要精确时序控制的应用中的优势。 第二部分：EDA工具链与设计流程 本部分将聚焦EDA（电子设计自动化）工具在可编程器件开发中的应用，涵盖从硬件描述到最终实现的完整流程。 章节四：硬件描述语言（HDL）入门 详细介绍Verilog HDL和VHDL这两种主流的硬件描述语言，包括其语法结构、数据类型、运算符、行为描述和结构描述方式。 讲解如何使用HDL来描述组合逻辑电路和时序逻辑电路，包括寄存器、计数器、状态机等。 示范如何编写简单的HDL模块，例如LED闪烁、按键消抖、串行通信接口等。 强调HDL在抽象层级上的意义，以及如何根据设计需求选择合适的抽象层次。 章节五：EDA综合（Synthesis） 深入解析逻辑综合的过程，即HDL代码到门级网表（Netlist）的转换。 讲解综合工具如何优化逻辑、减少资源占用、提高性能。 介绍综合过程中的约束（Constraints）设置，如时钟频率、输入输出延迟、逻辑优先级等，以及它们对综合结果的重要性。 分析综合报告（Synthesis Report）的解读，包括资源利用率、逻辑深度、关键路径等信息。 探讨综合过程中可能遇到的问题及其解决方法，例如逻辑冲突、逻辑冗余等。 章节六：布局与布线（Place & Route） 详细阐述布局（Placement）过程，即在FPGA/CPLD芯片内部为逻辑门和触发器分配物理位置。 讲解布线（Routing）过程，即连接已布局的元件之间的信号线。 分析布局布线对设计性能（时序、功耗）和资源利用率的直接影响。 介绍时序收敛（Timing Closure）的概念，以及如何通过调整布局布线策略和设计来满足时序要求。 讲解布线后报告（Implementation Report）的分析，重点关注时序违例（Timing Violation）和关键路径。 章节七：时序分析与验证 深入讲解静态时序分析（STA）的原理和方法，包括时序路径、时钟偏斜（Clock Skew）、时序约束（Timing Constraints）的定义。 介绍各种时序报告的解读，如Setup Time、Hold Time、Clock-to-Output Delay等。 示范如何利用EDA工具提供的时序分析功能来发现和解决时序问题。 讲解仿真（Simulation）在设计验证中的作用，包括功能仿真和时序仿真。 介绍测试平台（Testbench）的编写，以及如何使用仿真工具进行验证。 第三部分：可编程器件应用开发实践 本部分将结合实际案例，演示如何利用可编程器件实现各种功能。 章节八：状态机设计与实现 深入讲解有限状态机（FSM）的设计方法，包括Mealy型和Moore型状态机的区别与联系。 示范如何使用HDL实现复杂的状态机，例如通信协议控制器、控制逻辑单元等。 分析状态机设计中的关键问题，如状态编码、转移条件、输入输出逻辑等。 章节九：存储器接口与控制 介绍FPGA/CPLD与外部存储器（如SRAM、SDRAM、Flash）的接口设计。 讲解如何根据存储器的时序要求，设计相应的读写控制逻辑。 演示如何利用FPGA内部的Block RAM实现片内缓存或FIFO。 章节十：通信接口设计 介绍常见的通信接口，如UART、SPI、I2C等，并在FPGA上实现这些接口。 讲解如何设计高速串行通信接口，如PCIe、USB的简化模型（概念介绍）。 探讨IP核（Intellectual Property Core）在通信接口设计中的应用。 章节十一：DSP（数字信号处理）在FPGA中的应用 介绍FPGA在DSP领域的优势，如并行处理能力和定制化硬件。 讲解如何实现基本的DSP算法，如滤波器（FIR、IIR）、FFT（快速傅里叶变换）等。 介绍DSP Slice等硬核资源在提高DSP性能方面的作用。 章节十二：SoC（片上系统）基础与FPGA实现 初步介绍SoC的概念，以及FPGA在构建SoC中的作用。 讲解如何集成CPU核（如ARM Cortex-M系列）、外设和用户逻辑到FPGA中，形成一个定制化的SoC。 探讨软核（Soft Core）和硬核（Hard Core）CPU在FPGA上的实现方式。 章节十三：低功耗设计与功耗优化 介绍FPGA/CPLD的功耗来源，包括静态功耗和动态功耗。 讲解在设计阶段如何采取措施来降低功耗，如选择低功耗器件、优化代码、使用门控时钟等。 介绍EDA工具提供的功耗分析功能。 第四部分：高级主题与未来发展 章节十四：IP核的使用与开发 介绍IP核的概念、分类（软核、硬核、例化核）及其在复杂项目开发中的重要性。 示范如何集成第三方IP核，并讲解IP核的授权和使用注意事项。 简要介绍IP核的开发流程和方法。 章节十五：嵌入式系统开发与FPGA的结合 探讨FPGA在嵌入式系统中的应用场景，如作为处理加速器、定制化接口控制器等。 介绍如何将FPGA与微控制器（MCU）或微处理器（MPU）集成，构建功能更强大的嵌入式系统。 讲解在FPGA中集成嵌入式操作系统（如Linux）的简要思路。 章节十六：可编程器件的未来发展趋势 展望FPGA/CPLD技术在高性能计算、人工智能、物联网、通信等领域的发展方向。 介绍新兴的可编程器件技术和相关的EDA工具链的演进。 本书适用于高等院校电子信息工程、通信工程、计算机科学与技术等相关专业的学生，以及从事FPGA/CPLD硬件设计、嵌入式系统开发、SoC设计的工程师。通过本书的学习，读者将能够掌握可编程器件EDA应用开发的核心技术，并具备独立完成复杂数字系统设计的能力。

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这本书的封面设计充满了科技感，色彩搭配沉稳又不失活力，初次翻阅时，那种对前沿技术的敬畏感油然而生。我原本是抱着学习业界最新趋势的目的来找书的，希望能找到一本既有深度又不失实用性的指南。这本书的排版清晰，图文并茂，尤其是对于复杂概念的图示分解，做得非常到位。我尤其欣赏作者在理论阐述和实际案例之间的平衡把握。例如，在介绍完某个新型逻辑单元的设计原理后，紧接着就有一个详细的项目应用，这使得抽象的知识立刻变得鲜活起来，不再是纸上谈兵。对于我这种希望将理论迅速转化为实践的工程师来说，这种结构简直是福音。书中的章节逻辑性极强，从基础的硬件描述语言（HDL）的语法规范，到高级的综合与布局布线算法，层层递进，每一步都有清晰的路线图，让人在学习过程中很少会迷失方向。它不仅仅是一本“教你怎么做”的技术手册，更像是一位经验丰富的前辈，在你旁边耐心指导，告诉你“为什么这样做是最佳选择”。这种深度挖掘背后的设计哲学，才是真正让这本书脱颖而出的关键要素。我感觉自己像是在攀登一座精心设计的知识阶梯，每一步都踏得扎实而有力，对整个数字系统设计流程的理解也因此得到了质的飞跃。

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这本书的语言风格非常严谨且富有学术气息，大量使用了精确的术语和规范的表达方式，读起来让人感到非常专业和信服。作者似乎对FPGA和ASIC设计流程的每一个细节都了如指掌，其论述的严密性使得即便是初次接触某些高级主题的读者，也能凭借清晰的逻辑链条跟上思路。我特别关注了其中关于时序分析和功耗优化的章节，那部分的讨论深入到了晶体管级别对延迟和开关活动的影响，这种对底层物理特性的关注，是很多浮于表面的教材所不具备的。作者没有回避复杂性，而是选择正面迎接挑战，用清晰的数学模型和仿真结果来支撑每一个结论。对我而言，最大的收获在于理解了不同设计约束之间是如何相互制约和权衡的，这在实际项目中做架构决策时至关重要。阅读过程中，我不得不频繁地查阅一些专业词典来确保理解的准确性，但这绝不是一种负担，反而更像是一种知识的深化过程。它促使我不仅要记住“是什么”，更要去探究“为什么会这样”。整本书的阅读体验，更接近于研读一篇高质量的学术论文集，而不是一本轻松的入门读物，它需要你投入相当的精力和专注度，但回报也是巨大的。

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这本书的广度令人印象深刻，它似乎涵盖了从底层门级实现到上层系统级架构设计的几乎所有关键环节。我注意到作者不仅关注了主流的FPGA架构，还花了不少篇幅讨论了新兴的硬件重构技术和异构计算平台的集成方法。这种对技术全景的把握，使得这本书的适用范围非常广泛，无论你是专注于低功耗嵌入式系统开发，还是在高性能计算领域寻求突破，都能从中找到对应的内容。尤其让我惊喜的是，书中对安全性和可靠性设计也进行了专门的探讨，这在当前对芯片信任度要求越来越高的背景下，显得尤为前瞻和必要。阅读这些内容时，我时常会停下来思考，如何将这些高级特性融入到我目前的工作中去优化现有的设计。相比于那些只聚焦于某一个特定工具或语言特性的书籍，这本书提供了一个宏大的、统一的知识框架，帮助读者建立起对整个可编程器件生态系统的全面认知。它不是在教你如何“走捷径”，而是在为你铺设一条通往行业顶尖水平的康庄大道，每一步的知识积累都是为未来的更复杂挑战做准备。

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这本书的实用价值远超我的预期，它简直就是一本面向实战的“工具箱”。书中的每一个例子都似乎是直接从真实的工业界项目中提取出来的精华。我尝试着按照书中的步骤，用一个开源的工具链复现了几个高级算法的硬件加速模块，效果惊人地好。特别是关于流水线优化和资源共享的章节，给我的项目开发带来了立竿见影的改进。作者对于不同EDA工具之间的交互和数据流转描述得极其细致，这对于那些需要在不同厂商工具链之间切换的工程师来说，简直是救命稻草。书中还穿插了一些关于调试和验证策略的宝贵经验，这些往往是教科书里一带而过，但在实际工作中却能耗费大量时间的部分。比如，作者分享的关于构建高效自检（BIST）电路的模板和技巧，我已经准备在下一个项目里采纳。读完这本书，我感觉自己不再是单纯地会使用工具，而是真正开始“驾驭”设计流程了。它教会我的不是固定的代码片段，而是一种系统性的、面向性能和面积的硬件设计思维模式，这种思维模式是通用的，能够适应未来十年内出现的新型可编程器件。

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从阅读体验上来说，这本书的“可消化性”是其一大亮点，尽管内容深度十足，但作者巧妙地运用了类比和实例来消除晦涩感。我发现自己很少会因为看不懂某个术语而被迫停下，更多的时候，是情不自禁地为作者的精妙解释而感到赞叹。例如，作者描述时序闭环（Timing Closure）的过程时，采用了一个非常生动的“水流管道”类比，一下子就让复杂的时序路径约束问题变得直观易懂。这种将高深技术“平民化”的能力，是检验一本技术书籍是否真正优秀的试金石。此外，书中的参考文献和延伸阅读建议也做得非常专业，它们指向了许多高质量的行业标准文档和最新的研究论文，为那些想要继续深挖某一技术点的人提供了完美的导航。这本书为我打开了一个新的学习维度——它鼓励读者不仅要成为一个熟练的实现者，更要成为一个有洞察力的设计决策者。总的来说，这是一部集学术严谨性、工程实用性和卓越可读性于一体的杰作，对于任何想在可编程逻辑领域深耕的人来说，都是一本不可或缺的案头宝典。

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