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出版者:第1版 (2006年12月1日)

作者:雷伏容

出品人:

页数:392

译者:

出版时间:2006-12

价格:39.8

装帧:平装

isbn号码:9787302142263

丛书系列:

图书标签:

• VHDL
• 电路设计
• 数字电路
• FPGA
• Verilog
• 硬件描述语言
• 可编程逻辑器件
• 电子工程
• EDA
• 设计方法

VHDL电路设计：概念、实践与创新 《VHDL电路设计》并非一本仅停留在理论层面的教科书，而是一本旨在为读者打造坚实数字逻辑基础，并引导其掌握VHDL语言在现代电子设计中强大应用能力的实践指南。本书深入剖析了数字电路设计的核心概念，从最基础的逻辑门运作原理，到复杂的时序逻辑电路、状态机设计，再到流水线架构和处理器构建，层层递进，循序渐进。 本书的独特之处在于，它不仅仅是VHDL语法和功能的罗列，更侧重于“如何用VHDL思考”。我们强调设计思维的培养，将抽象的逻辑功能转化为可综合的VHDL代码。读者将学习如何将高层次的系统需求分解为更小的模块，并利用VHDL的并行性和事件驱动特性，精确地描述硬件的行为。从初学者接触的组合逻辑如加法器、多路选择器，到进阶的内容如移位寄存器、计数器、存储器，每一个设计都伴随着详细的VHDL代码示例，并配以清晰的波形图和状态转移图，帮助读者直观理解电路的执行过程。 本书涵盖了VHDL语言的完整特性，包括但不限于： 数据类型与运算符： 深入讲解标准数据类型（`bit`, `bit_vector`, `std_logic`, `std_logic_vector`等）以及用户自定义类型，并熟练运用各种逻辑、算位、比较和逻辑运算符，为代码的准确性奠定基础。 实体（Entity）与架构（Architecture）： 理解VHDL的结构化设计思想，如何定义接口（端口）和内部实现逻辑，以及如何使用不同的架构描述同一实体，体现了设计的灵活性和可维护性。 信号（Signal）与变量（Variable）： 明确区分信号和变量在并发和顺序执行环境中的作用，理解它们在传递状态和临时存储数据时的差异，是编写高效可综合代码的关键。 进程（Process）与并发语句： 掌握VHDL的核心并发机制，理解进程的敏感列表（Sensitivity List）以及在并发语句中如何描述硬件的并行运作。 时序逻辑设计： 重点讲解同步和异步逻辑的设计方法，包括时钟信号的运用、边沿触发（rising_edge, falling_edge）的判断、寄存器和触发器的建模，以及时序约束的理解。 状态机（Finite State Machine - FSM）设计： 详细阐述Mealy型和Moore型状态机的设计原理、状态编码策略、状态转移逻辑和输出逻辑的实现，并提供多样的状态机实例，如交通灯控制器、序列检测器等。 时钟域（Clock Domain）与复位（Reset）处理： 深入探讨时钟的生成、分配和同步，以及不同类型的复位（同步复位、异步复位）在系统启动和异常恢复中的作用，并提供有效的处理策略。 参数化设计（Generics）： 学习如何使用`generic`参数使设计具有灵活性和可重用性，例如参数化加法器的宽度、移位寄存器的长度等，从而提高设计效率。 组件实例化（Component Instantiation）： 掌握如何将独立的VHDL模块封装成组件，并在顶层设计中进行实例化和连接，构建层次化的复杂系统。 回环测试（Testbench）设计： 重点讲解如何编写有效的VHDL测试平台，用于验证设计的正确性，包括信号激励的生成、仿真结果的监控和断言（Assertion）的使用，确保设计的可靠性。 本书不仅关注语言本身的特性，更将它们置于实际工程应用的背景下进行讲解。读者将学习如何将VHDL代码转化为实际的硬件电路，理解综合（Synthesis）、布局（Place）和布线（Route）等EDA（Electronic Design Automation）工具的工作流程，以及如何优化设计以满足时序、面积和功耗等约束。 实践与创新 《VHDL电路设计》鼓励读者动手实践。每章都配有大量的例题和练习，这些练习从简单到复杂，覆盖了数字电路设计的各个方面。读者可以通过编写、仿真和综合这些代码，逐步掌握VHDL的精髓。我们鼓励读者尝试修改示例代码，探索不同的设计思路，并最终能够独立完成具有挑战性的数字逻辑设计项目。 书中还将涉及一些前沿的设计理念和技术，例如： 高层次综合（High-Level Synthesis - HLS）的入门介绍： 简要介绍HLS的概念，以及如何利用更高级别的语言（如C/C++）生成硬件描述语言，从而加速复杂算法的硬件实现。 低功耗设计（Low Power Design）的基本策略： 探讨在VHDL设计中可以采用的低功耗技术，例如时钟门控（Clock Gating）、电源门控（Power Gating）等。 FPGA（Field-Programmable Gate Array）平台的应用： 介绍VHDL代码如何被综合到FPGA芯片上，并提供在主流FPGA开发板上进行实现和调试的指导。 本书的目标读者群体广泛，包括但不限于： 电子工程、计算机科学与技术的学生： 为他们提供扎实的数字逻辑设计和VHDL编程基础。 硬件工程师： 帮助他们更新和深化VHDL设计技能，掌握现代数字电路设计方法。 对数字逻辑设计感兴趣的业余爱好者： 提供系统性的学习路径，从零开始掌握VHDL语言。 通过对《VHDL电路设计》的学习，读者将能够自信地运用VHDL语言描述复杂的数字硬件，并将其转化为功能正确、性能优越的实际电路，为开发嵌入式系统、数字信号处理器、通信设备等各类电子产品打下坚实的基础。本书不仅仅是一门课程，更是一段通往硬件设计世界的精彩旅程。

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我拿起一本技术书籍，常常会关注其配套资源和后续的可维护性。如果这本书的示例代码能够在GitHub或其他公共平台上获取，并且保持更新，那无疑是一个巨大的加分项。在VHDL的世界里，工具和标准都在缓慢进化，一本静态的书籍的局限性在于其知识的滞后性。我非常好奇书中对现代FPGA设计流程中的关键环节——例如，如何有效利用综合工具的优化选项，以及如何在高层次上进行架构选择——是否有独到的见解。特别是对于那些需要处理大带宽、低延迟系统的工程师来说，书中是否涉及了流水线（Pipelining）和并行展开（Loop Unrolling）等高级优化技巧的VHDL实现方法。我希望这本书不仅仅是一次性的学习工具，而是一个可以伴随我职业生涯成长的参考宝典，其中的设计模式和方法论能够经受住时间的考验，并持续指导我的工程实践。

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这本书的封面设计很有趣，色彩搭配大胆而富有张力，让人一眼就能感受到一种现代电子工程的活力。我一直对数字电路和硬件描述语言（HDL）抱有浓厚的兴趣，尤其是在FPGA应用日益广泛的今天，系统的学习资料显得尤为重要。我期待这本书能在抽象的逻辑概念和实际的硬件实现之间架起一座坚实的桥梁。我希望它能不仅仅停留在语法和基础结构的介绍上，而是能深入探讨如何用VHDL来描述那些复杂的状态机、时序逻辑，甚至是高性能的数据通路。理想情况下，它应该包含大量经过实战检验的设计范例，最好能结合一些业界常用的设计流程和工具链，让我能将学到的知识直接应用到我的项目中去。如果能有关于设计验证（Verification）和时序约束（Timing Constraints）的深入讲解，那就更完美了，因为这通常是新手最容易感到困惑，也是项目成败的关键所在。我非常看重实践性，希望内容不是枯燥的理论堆砌，而是能通过具体的例子，一步步引导读者构建出可靠且高效的数字系统。

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对于一本技术书籍而言，其深层次的价值往往体现在对“为什么”的解答上，而非仅仅停留在“怎么做”。我希望这本书能够深入探讨VHDL语言标准背后的设计考量，例如，某些特定的语法结构是如何被工具链解析和映射的。如果书中能提供一些关于性能瓶颈分析的案例研究就太棒了。比如，一个设计为什么会跑不满目标频率？是代码结构问题，还是时序约束设置不当？如果作者能引导读者像一个物理设计工程师那样去思考，从电路的角度去审视VHDL代码，那这本书就超越了一般的语言参考手册。我还期待看到一些关于不同工艺库（Technology Library）对VHDL代码影响的讨论，虽然这可能有些深入，但对于系统级的芯片设计者来说，了解这些底层关联是不可或缺的。我追求的是一种能够让我从“编码者”升级为“架构师”的视角提升。

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拿到这本书的时候，我立刻翻阅了目录，这个结构安排令我印象深刻。它似乎没有采取那种传统的、从最基础的逻辑门开始的线性叙事方式，而是直奔主题，将重点放在了高级结构和模块化设计上。这种“开门见山”的风格很受我这种已经有一定基础的学习者欢迎。我特别关注了其中关于“高级并发结构”的部分，因为在大型设计中，如何有效利用VHDL的并发性来模拟真实电路的并行操作，是提升性能的关键。我好奇作者是如何解释那些容易混淆的`process`、`signal`和`variable`之间的差异，以及它们对仿真结果和综合结果的具体影响。更重要的是，我希望这本书能够提供一套清晰的设计哲学——如何写出既易于理解、又便于综合（Synthesis）的“可综合代码”。毕竟，最终代码是要被映射到真实硅片上的，那些在仿真中看起来很美的结构，如果不能被工具链正确理解并高效实现，那就毫无价值。我非常期待它能揭示一些资深工程师的“黑魔法”，关于如何平衡代码可读性和硬件效率之间的微妙关系。

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阅读体验上，我非常看重图文的结合度。数字电路的学习，离开了图形化的辅助几乎寸步难行。我希望这本书中对每一个概念的阐述，都能配有清晰、专业且标注明确的波形图、状态图或者结构框图。例如，在讲解循环移位寄存器或者有限状态机（FSM）时，如果能清晰地展示出其状态转换图和对应的VHDL代码块，将极大地降低理解难度。我更进一步期待的是，书中对不同设计层次的描述是否足够到位。从最底层的行为级（Behavioral）描述，到中间的寄存器传输级（RTL），再到高层次的功能抽象，每一种描述方式的适用场景和优缺点，如果能通过具体的代码对比展示出来，那这本书的价值就大大提升了。我尤其关注它是否能有效地指导我们如何在RTL级别进行优化，比如如何避免锁存器（Latch）的产生，如何使用适当的范式来确保同步复位（Synchronous Reset）的正确实现。高质量的插图是连接抽象概念与具体实现的桥梁，这一点至关重要。

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