Digital Systems Design with VDHL and Synthesis pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Chang, K. C.

出品人:

页数:518

译者:

出版时间:1999-5

价格:846.00元

装帧:HRD

isbn号码:9780769500232

丛书系列:

图书标签:

数字系统设计
VHDL
FPGA
综合
数字逻辑
可编程逻辑器件
硬件描述语言
电子工程
计算机工程
嵌入式系统

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具体描述

K.C. Chang presents an integrated approach to digital design principles, processes, and implementations to help the reader design increasingly complex systems within shorter design cycles. Chang introduces digital design concepts, VHDL coding, VHDL simulation, synthesis commands, and strategies together. "Digital Systems Design with VHDL and Synthesis" focuses on the ultimate product of the design cycle: the implementation of a digital design. Many of the design techniques and considerations illustrated in the text are examples of actual real-world designs. Unique features of the book include the following: LI VHDL code explained line by line to capture the logic behind the design concepts LI Simulation waveforms, synthesized schematics, and results are shown, verified, and analyzed LI VHDL code is synthesized and commands and strategies are discussed LI Variations on the design techniques and common mistakes are addressed LI Demonstrated standard cell, gate array, and FPGA three design processes, each with a complete design case study LI Test bench, post-layout verification, and test vector generation processes are illustrated

数字系统设计与综合：精通现代硬件描述语言与实现本书是一本全面、深入探讨现代数字系统设计与实现过程的专业教材。它以一种结构化且实践导向的方式，引导读者掌握从概念化到最终硬件部署的全套技能。本书的核心目标是为读者构建一个坚实的理论基础，并辅以大量的工程实践，使其能够胜任当前电子工程领域对高复杂度、高性能数字电路设计的要求。第一部分：数字逻辑基础与硬件描述语言的基石本部分首先回顾了数字电子学的基本原理，确保读者对布尔代数、组合逻辑电路（如译码器、多路复用器、加法器）和时序逻辑电路（如锁存器、触发器、寄存器、有限状态机——FSM）有深刻的理解。在此基础上，本书引入了硬件描述语言（HDL）作为现代数字设计的核心工具。我们选择Verilog HDL作为主要的描述语言，并对其语法、数据类型、结构化建模方式进行了详尽的讲解。重点突出了不同建模级别（行为级、寄存器传输级RTL、门级）之间的差异及其在设计流程中的作用。读者将学习如何使用模块化编程的思想来构建复杂的设计，掌握过程赋值（`always`块）、连续赋值（`assign`）以及任务和函数的使用。对于初学者，本书提供了大量清晰的示例代码，解释了`reg`和`wire`数据类型的本质区别，以及如何正确地建模组合逻辑和时序逻辑，尤其强调了避免产生不可综合代码的陷阱。第二部分：寄存器传输级（RTL）设计与结构化方法 RTL是现代ASIC和FPGA设计中最关键的抽象层次。本部分将设计理念提升到RTL层面，专注于描述数据如何在寄存器之间流动和变换。我们将深入探讨如何使用RTL来设计复杂的数据通路组件，例如多功能算术逻辑单元（ALU）、高性能的乘法器和除法器。状态机的设计被提升到核心地位。本书不仅教授如何使用米利（Mealy）和穆尔（Moore）模型来设计有限状态机，更侧重于同步化设计的实践。我们将详细分析跨时钟域（CDC）问题，介绍同步器、握手协议等关键技术，确保系统在多时钟域环境中稳定运行。此外，我们深入探讨了先进的流水线（Pipelining）技术，展示如何通过流水线化来提高系统吞吐量和时钟频率，同时权衡延迟和资源消耗。第三部分：系统级设计与高级抽象随着系统复杂度的增加，单纯依赖门级或基本的RTL描述变得低效。本部分引导读者进入更高层次的抽象。我们将介绍系统级建模的概念，包括使用更高级的结构来描述算法，例如使用C/C++模型进行快速系统验证。重点内容包括总线架构的设计与理解。我们将详细分析常见的片上总线协议，如Wishbone或简化的AXI Lite结构，指导读者如何设计高效的接口控制器、仲裁器和数据传输逻辑。对于嵌入式系统设计者，本书还包括如何构建基本的内存控制器（如SRAM或DRAM接口逻辑）和外设接口。第四部分：综合、仿真与验证的工程实践设计数字电路不仅仅是编写代码，验证其正确性是至关重要的工程环节。本部分聚焦于设计流程的后端和验证环节。综合（Synthesis）部分详细解释了综合工具的工作原理，即如何将抽象的RTL代码映射到具体的逻辑门和查找表（LUTs）。我们将讨论目标工艺库（Target Technology Library）的作用，以及如何通过设计约束（Timing Constraints）来指导综合过程，以满足特定的频率和功耗要求。如何优化设计以避免关键路径延迟过大是本节的实践重点。仿真与验证是本书的另一大支柱。我们不仅使用Verilog的内置机制进行功能验证，更深入介绍了Testbench的设计哲学。读者将学习如何构建结构化的激励生成器、响应检查器，并引入验证方法学的概念。我们将探讨断言（Assertions）的使用，并对基于属性的验证（APBV）的基本思想进行介绍，为读者后续接触更专业的验证语言（如SystemVerilog/UVM）打下坚实的基础。第五部分：目标平台实现——FPGA架构与部署本书的最后一部分将理论与实际硬件相结合。我们详细剖析了现代FPGA（现场可编程门阵列）的基本架构，包括其核心资源（LUTs、触发器、BRAM块、DSP片）的组织方式和工作原理。读者将学习如何将已完成的RTL设计映射到这些具体的硬件资源上。重点讨论布局布线（Place and Route）工具的工作方式，以及如何解释静态时序分析（STA）报告。如何处理时钟网络、I/O约束，以及如何利用FPGA内部的专用资源（如高速串行收发器或专用乘法器单元）来优化性能，是本部分的实践核心。总结本书旨在培养设计者的系统级思维，使他们能够熟练运用HDL语言作为表达复杂逻辑意图的工具，并能将其高效地转化为可制造、可验证的硬件实现。全书内容贯穿设计周期的始终，从概念验证到最终的硬件调试，为电子工程、计算机工程以及相关领域的学生和专业人士提供了一份不可或缺的参考资料。