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出版者:Wiley-Interscience

作者:Pong P. Chu

出品人:

页数:468

译者:

出版时间:2008-02-04

价格:USD 95.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780470185315

丛书系列:

图书标签:

• Prototype
• FPGA
• ASIC
• FPGA
• VHDL
• Prototyping
• Digital Design
• Hardware Design
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• Verilog
• Electronics
• Computer Engineering
• VLSI
• HDL

好的，这是一本关于数字逻辑设计与硬件描述语言的图书简介，内容详实，侧重于理论与实践的结合，旨在为读者提供扎实的FPGA开发基础。 --- 《数字逻辑设计与系统实现：基于Verilog HDL的高效实践指南》 本书导读： 在当今快速迭代的电子工程领域，可编程逻辑器件（FPGA）已成为验证复杂数字系统、实现定制化加速器以及进行前沿原型设计不可或缺的核心工具。然而，掌握FPGA的精髓，不仅仅是学习一门硬件描述语言（HDL），更关键的是理解数字系统的内在逻辑、设计流程以及如何高效地将抽象的算法转化为可在硬件上并行运行的实际电路。 《数字逻辑设计与系统实现：基于Verilog HDL的高效实践指南》正是为此目标而编写。本书着眼于为读者提供一个全面、深入且注重实战的Verilog HDL学习路径，涵盖从基础的组合逻辑和时序逻辑构建，到复杂的系统级设计与优化策略。本书的定位并非仅仅是一本语言参考手册，而是一本引导工程师和学生掌握现代数字系统设计思维的实践手册。 核心内容与结构： 第一部分：数字逻辑基础与Verilog HDL入门 本部分奠定了整个学习的基石。我们首先回顾了CMOS技术的底层原理，简要介绍了FPGA的内部架构——查找表（LUT）、触发器、块RAM（BRAM）和DSP单元的结构，帮助读者理解代码最终是如何映射到物理资源的。 Verilog HDL的介绍将遵循“最小化学习曲线”的原则。我们从最基础的门级建模（如`and`, `or`, `xor`）入手，随后迅速过渡到数据流建模（使用`assign`语句描述组合逻辑）和行为级建模（使用`always`块描述状态机和时序逻辑）。重点剖析了`reg`与`wire`的区别、驱动冲突的避免，以及如何在Verilog中准确描述电路的同步与异步行为。 第二部分：核心构建模块的精细化设计 数字系统的复杂性源于对基本模块的精妙组合。本部分深入探讨了构成所有数字系统的关键组件的Verilog实现。 1. 组合逻辑电路： 详细讲解了如何使用Verilog构建多路选择器（MUX）、译码器（Decoder）、优先编码器等基础电路。着重分析了如何利用条件运算符（?:）和`case`语句实现结构清晰、易于综合的代码，并讨论了如何通过优化代码结构来减小逻辑深度，提升速度。 2. 时序逻辑电路： 这是FPGA设计的核心。本书详尽阐述了D触发器、锁存器、寄存器组的建模，以及如何构建同步有限状态机（FSM）。我们采用了摩尔（Moore）和米利（Mealy）状态机的结构化设计方法，并提供了一套标准的FSM设计模板，强调了状态编码（如独热编码与二进制编码）对资源消耗和时序性能的影响。 3. 同步与异步复位： 针对实际系统中至关重要的复位逻辑，本书区分了同步复位和异步复位，并提供了在Verilog中正确、可移植地描述这两种机制的最佳实践，警示了不当复位描述可能导致的综合错误。 第三部分：系统级组件与高级抽象 当设计规模扩大时，对标准接口和存储结构的需求变得迫切。 1. 存储器结构： 深入讲解了FPGA内置的RAM（BRAM）和ROM的结构与访问模式。通过Verilog实例，演示了如何实例化单端口RAM、双端口RAM，以及如何利用这些资源实现FIFO（先进先出）缓冲器。我们强调了如何通过延迟线和状态机实现对BRAM的正确读写握手协议。 2. 计数器与定时器： 介绍了各种类型的计数器（二进制、BCD）的实现，并着重讲解了如何利用分频链实现系统时钟的精确分频，以及如何构建软件可配置的定时器模块。 3. 流水线与时序分析基础： 为了实现高性能，流水线（Pipelining）是关键技术。本部分展示了如何通过在组合逻辑路径中插入寄存器来提高时钟频率，并引入了静态时序分析（STA）的基本概念，解释了建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）在设计中的意义。 第四部分：接口与总线协议的实现 现代系统需要与其他芯片或处理器进行通信。本书提供了常见接口协议的硬件描述。 我们以异步串行通信（UART）为例，详细拆解了发送器和接收器的状态机设计与波特率的精确控制。此外，还介绍了AXI（Advanced eXtensible Interface）Lite协议的基本读写握手机制，为读者后续连接处理器系统（如MicroBlaze或Zynq SoC）打下基础。 第五部分：验证、仿真与综合流程 编写代码只是第一步，验证是确保设计的正确性和鲁棒性的核心环节。 1. 仿真环境搭建： 介绍了使用行业标准的仿真工具进行测试平台（Testbench）编写的方法。重点讲解了如何使用Verilog的仿真系统任务（如`$display`, `$monitor`）进行波形观察，并强调了系统任务（如`$readmemh`）在加载激励数据中的作用。 2. 自顶向下与自底向上设计： 讨论了模块化设计的重要性，并阐述了如何利用层次化结构来管理大型项目。 3. 约束文件的作用： 详细解释了时钟定义、I/O引脚分配以及时序例外（如跨时钟域的CDC处理）在物理实现中的关键性，说明了即使是完美的Verilog代码，没有正确的约束也会导致系统无法正常工作。 面向读者： 本书适合于电子工程、计算机工程等专业的本科生、研究生，以及希望从C/C++转向硬件加速、进行FPGA原型开发或嵌入式系统硬件加速的软件工程师。 通过《数字逻辑设计与系统实现：基于Verilog HDL的高效实践指南》，读者将不仅掌握Verilog HDL的语法，更重要的是，能够构建出高效、可维护、时序收敛的数字硬件系统。本书强调的“硬件思维”，是实现高性能数字系统的关键所在。

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《FPGA Prototyping by VHDL Examples》对于我这个对数字电路设计充满热情但缺乏实战经验的读者来说，简直是一本“神器”。我一直以来对FPGA的技术都很感兴趣，尤其是它能够将软件的逻辑实现到硬件中的能力，但真正上手操作的时候，总是感觉摸不着头脑。市面上很多资料要么过于理论化，要么例子陈旧，难以跟上当前的EDA工具和FPGA器件的步伐。 这本书的优点在于它非常“接地气”。它没有回避VHDL语言在实际FPGA开发中的应用细节，而是通过大量精心设计的VHDL示例，将抽象的数字逻辑概念具体化。我特别喜欢书中对每一个示例的详细讲解，不仅仅是代码的逐行分析，更重要的是它阐述了设计思路、所要解决的问题，以及代码如何映射到FPGA的实际硬件资源上。 例如，当书中介绍如何实现一个简单的UART通信模块时，它不仅仅给出了VHDL代码，还会详细讲解其发送和接收的状态机设计、波特率的生成、数据位的处理等等。这种深入浅出的讲解，让我能够真正理解UART的工作原理，而不仅仅是复制粘贴代码。而且，书中还经常会提供一些优化建议，例如如何减少逻辑资源的使用，如何提高时序性能等等，这对于我这种希望在实际项目中有更好表现的读者来说，非常有价值。这本书让我意识到，FPGA开发不仅仅是写代码，更是对硬件资源的理解和优化。

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不得不说，这本书《FPGA Prototyping by VHDL Examples》在实际操作层面做得相当出色，为我这样的初学者提供了一个非常扎实的起点。我过去也接触过一些FPGA相关的书籍，但很多要么理论过于枯燥，要么例子不贴近实际，让我很难将学到的知识应用到实际的开发中。这本书则完全不同，它直接切入“原型开发”的核心，通过大量的VHDL示例，将复杂的FPGA设计流程变得生动易懂。 最让我称赞的是，书中对每一个VHDL示例的讲解都非常详尽，不仅仅是代码的展示，更重要的是它会深入分析设计背后的逻辑，包括状态机的设计、时序控制、数据通路等等。我尤其喜欢书中关于如何将VHDL代码映射到FPGA硬件的解释，这部分内容对于理解FPGA的工作原理至关重要，能够帮助我更好地理解为什么某个VHDL结构会在FPGA上产生特定的逻辑。 例如，当书中介绍如何实现一个基本的SPI通信接口时，它不仅给出了VHDL代码，还会详细解释其主从模式的切换、数据发送和接收的时序逻辑、以及如何处理各种数据格式。这种细致入微的讲解，让我能够深入理解SPI协议的细节，并能够灵活地将其应用到自己的设计中。而且，书中提供的示例涵盖了从基础逻辑单元到一些常用接口的实现，这使得我在学习过程中能够逐步积累经验，逐步提升设计能力。这本书让我觉得，FPGA开发不再是高不可攀的技术，而是可以通过系统学习和实践掌握的技能。

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《FPGA Prototyping by VHDL Examples》这本书，对我而言，是一次非常宝贵的学习体验。我一直以来对FPGA这项技术有着浓厚的兴趣，但苦于缺乏一个系统性的、实操性强的入门指导。市面上的书籍，要么过于偏重理论，让人在实际操作时感到迷茫；要么例子过于简单，无法体现FPGA的真正价值。这本书则恰恰弥补了这些不足。 它最让我欣喜的是，书中将VHDL语言的学习与FPGA原型开发紧密地结合在一起。它不是简单地介绍VHDL的语法，而是通过大量的、贴近实际的VHDL示例，展示了如何在FPGA上实现各种功能。我尤其喜欢书中对每一个示例的详细讲解，它不仅仅是展示代码，更重要的是深入地分析了设计思路、潜在的问题以及如何将抽象的逻辑转化为可综合的硬件描述。 例如，当书中讲解如何实现一个简单的ADC（模数转换器）控制器时，它不仅仅给出了VHDL代码，还详细阐述了ADC的采样原理、数据采集的时序、以及如何将采集到的数字信号进行处理。这种深入浅出的讲解，让我能够真正理解ADC的工作流程，并能将其应用到自己的设计中。而且，书中还提供了将这些VHDL代码下载到FPGA开发板上进行验证的指导，这对于很多初学者来说是至关重要的一步，能够帮助我们克服从仿真到硬件实现的鸿沟。这本书让我感觉，FPGA开发不再是遥不可及的技术，而是可以通过系统性的学习和实践掌握的技能。

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不得不说，《FPGA Prototyping by VHDL Examples》这本书在将抽象的VHDL语言转化为实际FPGA硬件设计方面，做得非常出色。作为一名对FPGA技术有着浓厚兴趣，但缺乏实战经验的读者，我曾经在学习过程中遇到过不少困惑，比如如何将自己脑海中的逻辑想法变成可执行的代码，以及如何验证和调试这些代码。这本书恰恰填补了这些空白。 它最吸引我的地方在于，书中提供的每一个VHDL示例，都不是孤立的，而是围绕着一个具体的功能需求展开的。从最简单的组合逻辑，到复杂的状态机，再到一些常用的接口协议，书中都给出了清晰、可读性强的VHDL代码，并且对每一段代码的逻辑都进行了详细的解释。我尤其欣赏书中对“状态机”这一核心概念的讲解，它不仅仅是展示了状态机的VHDL代码，更深入地阐述了状态转移图、状态编码、输入输出逻辑等关键要素，让我能够从根本上理解状态机的工作原理。 更重要的是，书中还提供了将这些VHDL代码下载到FPGA开发板上进行验证的指导。这对于很多初学者来说是至关重要的一步，能够帮助我们克服从仿真到硬件实现的鸿沟。书中对仿真和硬件实现的区别，以及可能遇到的问题也进行了讨论，这让我能够更早地意识到实际开发中的一些挑战，并提前做好准备。这本书让我感觉到，FPGA开发不仅仅是编写代码，更是将设计理念转化为实际硬件的过程，而这本书正是这条道路上的绝佳指引。

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这本书简直是我在FPGA学习道路上遇到的最给力的“战友”。我曾经尝试过阅读其他一些关于FPGA的书籍，但很多要么是纯粹的理论堆砌，要么是零散的例子，缺乏系统性和连贯性，让我很难形成完整的知识体系。而《FPGA Prototyping by VHDL Examples》则完全不同，它以一种非常务实和循序渐进的方式，带领读者一步步掌握FPGA原型开发的精髓。 我尤其赞赏书中对每一个VHDL示例的处理方式。它不仅仅是提供一段代码，而是围绕着每一个核心概念，构建了一系列相关的、功能逐步增强的例子。例如，在讲解时序逻辑时，它不会仅仅给出一个D触发器的代码，而是会通过组合逻辑与时序逻辑的结合，展示如何构建更复杂的移位寄存器、计数器等。这种层层递进的设计，让我在学习过程中能够不断巩固和深化对前一个知识点的理解，同时又能为学习下一个更高级的概念打下坚实的基础。 更让我印象深刻的是，书中在讲解过程中，经常会穿插一些关于“如何思考”和“如何调试”的提示。这对于初学者来说是无价的。它不仅仅是教我们“做什么”，更是教我们“怎么去想”和“怎么去解决问题”。比如，当出现仿真结果与预期不符时，书中会提供一些常见的排查思路，这大大减少了我在调试过程中可能遇到的挫败感，让我能够更有效地找到问题的根源。这种以读者为中心的教学设计，让我在学习过程中始终保持着积极性和探索欲。

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这本《FPGA Prototyping by VHDL Examples》真是让我大开眼界，它完美地填补了我之前在FPGA学习路径上的一个巨大空白。我一直以来都对FPGA技术充满兴趣，但苦于缺乏系统性的入门指导，尤其是如何将理论知识转化为实际的硬件设计，常常让我感到无从下手。市面上虽然不乏FPGA的书籍，但很多要么过于理论化，要么案例过于陈旧，难以跟上当前的技术发展。而这本书的出现，就像为我点亮了一盏明灯。 它最让我称赞的一点就是其“Examples”部分，这绝非只是简单地罗列代码，而是真正地以“原型开发”的视角，将VHDL语言与FPGA实际应用紧密结合。从最基础的数字逻辑门电路，到复杂的状态机、移位寄存器，再到更高级的通信接口协议实现，书中提供的每一个VHDL示例都经过精心设计，力求清晰、简洁且易于理解。更重要的是，这些示例并非孤立存在，而是循序渐进地构建起来，让读者能够逐步掌握从简单到复杂的FPGA设计流程。我尤其喜欢书中关于如何将VHDL代码映射到FPGA硬件的讲解，这部分内容对于初学者来说至关重要，能够帮助我们理解抽象的代码如何在实际的逻辑单元上实现，从而更好地进行调试和优化。这本书的例子不仅仅是“如何写VHDL”，更是“如何用VHDL去实现一个有用的功能”，这种实践导向的教学方式，是我一直以来所渴望的。而且，书中对每个示例的讲解都非常详尽，不仅仅是代码的逐行解释，更包括了设计思路、潜在问题分析以及优化建议，这极大地节省了我自己摸索的时间，让我能更快地进入到实际的项目开发中。

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这本书《FPGA Prototyping by VHDL Examples》简直是我在FPGA学习道路上的一盏“指路明灯”。我一直以来对FPGA技术充满向往，但总感觉理论知识和实际应用之间存在一道难以逾越的鸿沟。市面上很多关于FPGA的书籍，要么过于侧重理论，让人在实际操作时感到不知所措；要么例子过于简单，无法真正体现FPGA的强大功能。 这本书的突出优点在于它将VHDL语言的学习与FPGA原型开发紧密地结合在一起。它不是简单地罗列VHDL语法，而是通过一系列精心设计的、功能逐步增强的VHDL示例，带领读者一步步掌握FPGA设计的核心要领。我尤其欣赏书中对每一个示例的深入讲解，它不仅提供了清晰、可读性强的VHDL代码，更重要的是深入分析了设计背后的逻辑、状态转移、时序控制等关键要素。 例如，当书中介绍如何实现一个基本的LCD控制器时，它不仅仅给出了VHDL代码，还详细阐述了LCD的工作原理、数据传输的时序、以及如何控制像素的显示。这种细致入微的讲解，让我能够深入理解LCD的控制过程，并能够将其灵活地应用到自己的项目中。而且，书中还经常会提供一些关于“如何进行性能优化”和“如何进行低功耗设计”的建议，这对于希望在实际项目中取得更好成果的读者来说，是极其宝贵的。这本书让我感受到，FPGA开发是一个系统性的工程，而这本书正是帮助我构建这一工程能力的重要工具。

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这本书《FPGA Prototyping by VHDL Examples》就像是我打开FPGA世界的一把“万能钥匙”。我一直以来都对FPGA这项技术非常着迷，尤其是在硬件层面进行逻辑设计的这种能力，但总是觉得理论知识和实际动手能力之间存在巨大的鸿沟。市面上的书籍虽然不少，但很多要么过于理论化，让人望而却步；要么例子陈旧，与当前的开发环境脱节。 这本书最让我称赞的是其“Examples”部分，这绝非简单的代码堆砌，而是真正意义上的“原型开发”实践。它通过一系列精心设计的VHDL示例，从最基础的逻辑门电路，到复杂的通信协议，循序渐进地展示了FPGA开发的整个流程。我尤其喜欢书中对每一个示例的深入剖析，它不仅仅是展示VHDL代码，更重要的是解释了设计背后的思路、要解决的问题、以及代码如何映射到FPGA的实际硬件单元上。 例如，当书中讲解如何实现一个简单的时钟分频器时，它不仅仅给出了代码，还详细阐述了如何根据所需的频率进行计算，如何利用计数器和状态机来实现精确的分频。这种深入的讲解，让我能够理解“为什么”要这么写代码，而不是仅仅知道“怎么”写。而且，书中还经常会提供一些关于“如何调试”和“如何优化”的建议，这对于初学者来说是无价的。它帮助我更好地理解FPGA设计的生命周期，并为我今后的项目开发打下了坚实的基础。

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这本《FPGA Prototyping by VHDL Examples》是我在FPGA学习过程中遇到的一个“里程碑”式的读物。我之前一直对FPGA技术充满好奇，但总感觉理论和实践之间隔着一道鸿沟，难以跨越。市面上的很多书籍要么过于侧重理论，要么例子过于简单，难以体现FPGA的强大之处。这本书的出现，极大地改变了我的学习体验。 它的核心优势在于将VHDL语言的应用与FPGA原型开发紧密结合。书中提供的每一个VHDL示例，都不仅仅是代码片段，而是围绕着一个实际的应用场景，从需求分析到最终实现，都进行了详细的阐述。我尤其喜欢书中对每个示例的“循序渐进”式讲解。它会从最基础的逻辑单元开始，逐步引入更复杂的概念，比如状态机、流水线、时序控制等等。这种结构安排，让我在学习过程中能够不断巩固和深化对前一个知识点的理解，同时又能为学习下一个更高级的概念打下坚实的基础。 更让我印象深刻的是，书中在讲解过程中，经常会穿插一些关于“设计原则”、“调试技巧”和“性能优化”的讨论。这对于初学者来说是无价的。它不仅仅是教我们“如何写代码”，更是教我们“如何写出高效、可靠的代码”，以及“如何在实际的FPGA环境中进行有效的调试”。例如，当书中介绍如何实现一个IP核时，它会详细讨论其接口的定义、内部逻辑的实现、以及如何与其他模块进行集成。这种注重实践和工程细节的讲解方式，让我能够更早地接触到真实世界的FPGA开发所面临的挑战，并提前做好准备。

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我必须强调《FPGA Prototyping by VHDL Examples》在理论与实践的融合上做得相当出色。作为一个在硬件描述语言领域摸索了几年，但总感觉缺乏将理论知识落地能力的读者，这本书的内容让我耳目一新。它没有空泛地讨论FPGA的原理，而是直接切入“原型开发”这个核心环节，通过大量的VHDL实例，生动地展示了如何将抽象的逻辑概念转化为可综合的硬件描述。我尤其欣赏书中对每一个案例的详细剖析，不仅仅是代码的呈现，更深入地解释了设计背后的逻辑、状态转移、时序约束等关键要素。 例如，当书中讲解状态机设计时，它不仅给出了一个完整的VHDL代码，还详细阐述了如何定义状态、状态之间的转移条件、以及如何利用时钟和复位信号来控制状态机的行为。这种细致的讲解，让我能够真正理解状态机的工作原理，而不是仅仅记住一段代码。此外，书中还提供了将这些VHDL代码下载到FPGA开发板上的步骤和注意事项，这对于许多初学者来说是至关重要的一步，能够帮助我们克服从仿真到硬件实现的鸿沟。这种“从代码到硬件”的完整路径，极大地增强了我学习的信心，让我觉得FPGA开发并非遥不可及。而且，书中对各种常用IP核（如UART、SPI等）的VHDL实现也进行了详细介绍，这对于快速构建复杂的FPGA系统非常有帮助，也让我了解了如何复用现有的成熟设计。

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