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出版者:Wiley

作者:Ming-Bo Lin

出品人:

页数:672

译者:

出版时间:2008-10-13

价格:USD 145.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780470823231

丛书系列:

图书标签:

数字系统设计
数字逻辑
Verilog
VHDL
FPGA
EDA
计算机体系结构
嵌入式系统
硬件描述语言
数字电路

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具体描述

System-on-a-chip (SoC) has become an essential technique to lower product costs and maximize power efficiency, particularly as the mobility and size requirements of electronics continues to grow. It has therefore become increasingly important for electrical engineers to develop a strong understanding of the key stages of hardware description language (HDL) design flow based on cell-based libraries or field-programmable gate array (FPGA) devices. Honed and revised through years of classroom use, Lin focuses on developing, verifying, and synthesizing designs of practical digital systems using the most widely used hardware description Language: Verilog HDL. Explains how to perform synthesis and verification to achieve optimized synthesis results and compiler times Offers complete coverage of Verilog syntax Illustrates the entire design and verification flow using an FPGA case study Presents real-world design examples such as LED and LCD displays, GPIO, UART, timers, and CPUs Emphasizes design/implementation tradeoff options, with coverage of ASICs and FPGAs Provides an introduction to design for testability Gives readers deeper understanding by using problems and review questions in each chapter Comes with downloadable Verilog HDL source code for most examples in the text Includes presentation slides of all book figures for student reference Digital System Designs and Practices Using Verilog HDL and FPGAs is an ideal textbook for either fundamental or advanced digital design courses beyond the digital logic design level. Design engineers who want to become more proficient users of Verilog HDL as well as design FPGAs with greater speed and accuracy will find this book indispensable.

好的，这是一份关于一本名为《数字系统设计与实践》的图书的详细简介，该简介旨在描绘一本专注于该主题的深入著作，且不提及您给出的特定书名。 --- 《数字系统设计与实践：从基础理论到前沿应用的全面指南》图书简介在当今技术飞速发展的时代，数字系统已成为现代电子工程、计算机科学乃至整个信息技术领域的基石。从最基础的逻辑门电路到复杂的处理器架构，对数字系统的深刻理解和高效设计能力是每一位工程师、研究人员和高级技术人员不可或缺的核心技能。本书《数字系统设计与实践：从基础理论到前沿应用的全面指南》旨在为读者提供一个全面、深入且高度实用的学习路径，系统地构建扎实的理论基础，并无缝对接工程实践中的复杂挑战。内容结构与核心理念本书的编写遵循“理论先行，实践驱动”的原则，结构清晰，逻辑严谨。我们不满足于对概念的简单罗列，而是致力于揭示数字系统设计的内在规律和最佳实践。全书内容涵盖了数字系统设计的整个生命周期，从最基础的布尔代数、逻辑门电路的物理实现，逐步深入到组合逻辑和时序逻辑电路的精确建模与优化，最终迈向大规模可编程器件（如FPGA/ASIC）上的系统级集成与验证。第一部分：基础构建——从物理层到抽象建模本部分是数字系统设计的基石。我们首先回顾了电子信号的物理特性及其在数字电路中的抽象表现，包括半导体器件的工作原理（如CMOS技术）如何转化为理想的逻辑功能。随后，内容迅速聚焦于布尔代数、逻辑函数的最小化技术（如Karnaugh图、Quine-McCluskey方法）以及标准逻辑族（TTL、CMOS）的特性分析。组合逻辑设计与优化是本部分的核心。读者将学习如何使用硬件描述语言（HDL，特别是Verilog或VHDL的早期介绍）来描述复杂的组合功能，如多路选择器、译码器、加法器和乘法器。设计优化的重点在于延迟最小化、功耗控制和面积效率，这需要深入理解竞争（Hazards）的消除技术。时序逻辑与状态机设计是理解动态系统行为的关键。本部分详细阐述了触发器（Flip-Flops）和锁存器（Latches）的工作原理、建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的严格要求。通过对寄存器组、计数器和有限状态机（FSM）的系统性讲解，读者将掌握如何设计可靠的时序电路，包括Mealy和Moore状态机的构造、状态图的绘制与化简，以及如何识别和解决亚稳态问题。第二部分：系统级集成——架构、模块化与层次化设计现代数字系统设计早已超越了单个逻辑门或触发器的范畴，它要求工程师具备宏观的系统架构视角。第二部分侧重于如何将基础模块组装成复杂、可维护的系统。数据通路与控制单元的分离设计是本部分的核心方法论。我们将详细分析运算器（ALU）的设计、数据在寄存器堆栈中的流动，以及由状态机驱动的控制逻辑如何协调数据操作。通过对指令解码、程序计数器更新等关键操作的解析，读者能够清晰地理解指令集架构（ISA）与硬件实现之间的桥梁。存储器的组织与接口：我们探讨了SRAM、DRAM等不同类型的半导体存储器的工作原理，重点讲解了高速缓存（Cache）的结构、工作模式（直写、回写）及其在系统性能中的决定性作用。内存控制器、地址解码逻辑的设计与时序要求也得到了详尽的论述。同步与异步设计挑战：随着系统速度的提升，跨时钟域通信（CDC）成为必须面对的难题。本部分深入剖析了同步设计（单一或多重时钟域）的规则，并重点介绍了握手协议、先入先出（FIFO）队列等跨时钟域数据传输机制的鲁棒设计，强调了异步电路中潜在的风险和缓解策略。第三部分：硬件实现与高级实践本部分将理论与当前主流的硬件实现技术紧密结合，是连接“设计”与“产品”的关键环节。硬件描述语言（HDL）的高级应用：深入探索Verilog/VHDL在描述复杂并行结构中的高级特性，如生成（Generate）语句、并发与顺序代码块的语义差异、以及如何编写可综合（Synthesizable）的代码以确保设计能够有效地映射到目标硬件上。仿真与验证的重要性被提升到前所未有的高度，系统性地介绍基于测试平台的行为级验证流程。可编程逻辑器件（FPGA/CPLD）的实现流程：读者将全面了解从RTL代码到比特流生成的完整流程，包括综合（Synthesis）、映射（Mapping）、布局布线（Place & Route）的过程和约束条件。重点讨论了时序收敛（Timing Closure）的技术，如设置和保持时间违例的分析与修正。 ASIC设计流程简介：虽然本书侧重于通用实践，但也对全定制或半定制ASIC的设计流程进行了概述，包括逻辑综合、形式验证（Formal Verification）、设计规则检查（DRC）和版图后仿真的关键步骤，使读者对芯片设计生态有一个全面的认识。面向性能与功耗的优化：最后，本书将高级的优化技术集成到设计实践中。这包括流水线（Pipelining）技术在提高吞吐量中的应用，资源共享的策略，以及在系统级别降低动态和静态功耗的各种设计技巧，例如时钟门控（Clock Gating）和电源门控（Power Gating）的硬件实现考量。目标读者本书适合于电子工程、计算机工程、自动化专业的本科高年级学生和研究生，以及希望从基础层面夯实数字电路设计技能的硬件工程师、系统架构师和固件开发人员。通过对本书的学习，读者将不仅掌握数字逻辑的“是什么”，更能理解其背后的“为什么”和“如何做”，从而自信地驾驭复杂数字系统的设计与实现挑战。