手把手教你学CPLD/FPGA与单片机联合设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:北京航空航天大学

作者:周兴华//李玉丽//傅飞峰

出品人:

页数:293

译者:

出版时间:2010-11

价格:39.00元

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isbn号码:9787512402447

丛书系列:

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《嵌入式系统联合开发：CPLD/FPGA与单片机的融合之道》 内容简介： 本书旨在为广大嵌入式系统爱好者、硬件工程师、软件开发者以及相关专业学生提供一套系统、深入且极具实践指导意义的CPLD/FPGA与单片机联合设计方法论。我们深刻理解在现代嵌入式产品开发中，单一技术的局限性日益凸显，而将FPGA/CPLD强大的硬件并行处理能力与单片机灵活的软件控制优势相结合，是实现高性能、高复杂度嵌入式系统设计的必然趋势。本书并非仅仅停留在概念的介绍，而是以“实战”为核心，从原理到实践，层层剥茧，引导读者掌握这项关键技术。 核心内容与特色： 1. 基础巩固与能力提升： FPGA/CPLD入门与精通： 我们将从FPGA/CPLD的基本结构、工作原理、核心器件（如LUT、触发器、DSP Slice、BRAM等）出发，深入讲解Verilog/VHDL硬件描述语言的语法、设计流程、综合与布局布线。特别关注高效编码技巧、时序约束、时钟域处理以及常用IP核（如PLL、DDR、AXI总线）的应用，帮助读者建立扎实的FPGA/CPLD设计基础，能够独立完成中小型FPGA/CPLD项目的开发。 单片机嵌入式开发实践： 本书将围绕一款主流的、具备丰富外设和良好社区支持的单片机平台（例如STM32系列）展开，系统介绍其ARM Cortex-M内核架构、存储器映射、中断系统、GPIO、定时器、UART、SPI、I2C、ADC、DMA等关键外设的使用。我们将讲解C语言在嵌入式开发中的高效应用，包括裸机编程、RTOS（实时操作系统）的移植与应用，以及嵌入式Linux的入门级配置与开发。 2. 联合设计的核心技术与方法： 接口协议详解与实现： 联合设计最关键的部分在于两者之间的通信。本书将详细介绍常用的FPGA与单片机之间的通信接口协议，包括SPI、I2C、UART、EMC（外部存储器接口）、FIFO（先进先出缓冲器）等。针对每种接口，不仅会讲解其通信原理，更会提供FPGA端和单片机端的具体实现代码和设计思路，例如如何设计一个可靠的SPI主/从接口，如何在单片机端通过I2C驱动FPGA中的配置寄存器。 数据交互与协同工作： 联合设计并非简单的接口连接，而是要实现高效的数据交换与任务协同。我们将探讨如何设计合理的数据传输机制，例如使用DMA进行批量数据传输、利用FIFO进行异步数据缓冲、通过中断机制实现事件驱动。书中将详细阐述如何对复杂的数据流进行分层处理，例如FPGA负责高速数据采集和预处理，单片机负责逻辑决策、用户交互和通信协议栈。 片上系统（SoC）设计理念： 随着技术发展，FPGA/CPLD与单片机的功能界限越来越模糊。本书将引导读者理解SoC的设计思想，包括如何将某些原本由单片机处理的任务转移到FPGA中以提升性能，或如何将FPGA中的特定功能（如自定义IP核）集成到单片机系统中。我们将介绍基于片上系统的设计流程，例如使用Intel Quartus Prime、Xilinx Vivado等开发环境进行FPGA逻辑设计，并与STM32CubeIDE、Keil MDK等单片机开发工具协同工作。 3. 实战项目驱动与案例剖析： 多维度项目实践： 为确保理论与实践的紧密结合，本书将精心设计一系列具有代表性的联合设计项目，涵盖不同应用领域。例如： 高速数据采集与实时显示： 利用FPGA进行ADC数据的采样、滤波和初步处理，然后通过高速接口（如SPI或AXI-Lite）传输到单片机，单片机负责数据存储、分析和LCD显示。 图像处理加速： 将图像处理中的关键算法（如边缘检测、阈值分割）移植到FPGA中实现并行加速，单片机负责图像数据的输入、FPGA的控制以及最终图像的显示或传输。 自定义通信协议栈实现： 设计一个基于FPGA的自定义通信协议模块，单片机负责协议的上层应用和与外部设备的交互。 嵌入式运动控制系统： 利用FPGA实现高精度编码器信号的解码和脉冲输出控制，单片机负责整体运动轨迹的规划和PID控制。 代码实现与调试技巧： 对于每个项目，本书都将提供详细的Verilog/VHDL代码和C语言代码，并辅以相应的开发环境配置说明。更重要的是，我们将分享在联合设计过程中常见的调试方法和技巧，包括FPGA仿真、逻辑分析仪的使用、单片机调试器（如JTAG/SWD）的配合，以及如何定位跨平台通信中的问题。 4. 深入理解与前沿展望： 软硬件协同验证： 联合设计需要高效的验证方法。本书将介绍如何进行软硬件协同验证，包括使用仿真工具对FPGA模块进行功能和时序仿真，以及如何通过连接真实硬件进行联调。 性能优化策略： 针对联合系统中可能出现的性能瓶颈，我们将提供系统的优化思路，例如如何选择合适的接口速率、如何优化数据打包方式、如何在FPGA和单片机之间合理分配任务等。 未来发展趋势： 探讨FPGA/CPLD与单片机联合设计在人工智能、物联网、自动驾驶等前沿领域的应用前景，以及软硬件协同设计的发展方向。 适用人群： 对嵌入式系统设计感兴趣的初学者。 希望掌握FPGA/CPLD与单片机联合开发技术的硬件工程师。 需要提升开发效率、实现高性能嵌入式应用的软件工程师。 正在进行嵌入式系统设计相关的毕业设计或科研项目的学生。 渴望深入理解软硬件协同设计理念的IT从业者。 本书力求以条理清晰的逻辑、深入浅出的讲解和丰富详实的案例，帮助读者构建起一套完整的CPLD/FPGA与单片机联合设计知识体系，掌握这一在现代嵌入式领域极具价值和竞争力的核心技能。

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我之所以对这本书感兴趣，是因为“CPLD/FPGA”和“单片机”的组合。我是一名嵌入式开发爱好者，对单片机已经有一定的了解，包括常用的微控制器架构、外设接口以及一些基本的编程技巧。但是，在处理一些需要高速信号处理、并行计算或者复杂状态机的场景时，单片机的能力往往显得不足。我听说FPGA在这些方面有着独特的优势，能够实现高度的并行处理和灵活的硬件定制。这本书正好填补了我在这方面的知识空白，它将FPGA和单片机这两种强大的技术巧妙地结合起来，这让我看到了将它们协同工作的巨大潜力。我非常期待书中能够详细阐述如何将FPGA作为单片机的“协处理器”，或者如何利用FPGA实现一些单片机难以完成的任务，例如高速ADC数据采集、数字信号处理、自定义逻辑控制等。我希望书中能够提供一些实际的工程案例，展示如何进行整体的系统架构设计，以及如何在FPGA和单片机之间进行高效的数据交换和通信。例如，一个工业控制系统中，FPGA可以负责对传感器进行高速采集和预处理，然后将结果通过SPI或I2C接口传递给单片机，单片机再根据这些数据进行决策和执行控制。

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这本书吸引我的地方在于它的“手把手”教学方式。我是一个非常注重实践的人，看再多的理论不如动手做一次。我之前买过一些看起来很不错的FPGA书籍，但往往打开一看，满篇的公式和抽象的描述，根本不知道从何下手。这本书的标题就给人一种亲切感，好像作者就在我旁边，一步一步地指导我。我希望书中能提供完整的开发环境搭建教程，包括软件的安装、配置，以及如何连接开发板。我特别关注的是书中是否会包含一些关于CPLD和FPGA的硬件基础知识，比如不同类型的逻辑器件、时序分析、时钟设计等等。我知道这些是FPGA的核心，但如果能用通俗易懂的语言讲解，并且通过实例来演示，那就再好不过了。而且，我一直对FPGA的硬件描述语言（HDL）感到好奇，比如Verilog或VHDL，我希望书中能详细讲解其中一种，并给出大量的代码示例，让我们能够真正地“写”出自己的FPGA程序。我期待书中能有一些经典的FPGA设计实例，比如一个简单的计数器、一个LED闪烁程序，或者一个简单的UART接口，然后逐步升级到更复杂的项目，最终能够实现与单片机的联合调试。

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这本书的标题“手把手教你学CPLD/FPGA与单片机联合设计”让我感觉非常实在。我之前接触过一些FPGA的资料，但总是感觉高高在上，学起来非常吃力，而且很多东西都不知道怎么应用到实际项目中。我主要的工作是单片机开发，对于单片机的各种接口和应用场景已经比较熟悉了，但总觉得在某些对性能要求非常高的场合，单片机显得力不从心。这本书的出现，恰好给了我一个机会，让我能够将我已有的单片机知识与FPGA技术结合起来，解决我工作中的一些实际问题。我最期待的是书中能够提供清晰的硬件连接示意图和详细的开发板介绍，因为我一直觉得学习FPGA最难的就是硬件部分，不知道如何选择合适的开发板，也不知道如何连接各个外设。我希望书中能讲解如何利用FPGA的强大逻辑能力来增强单片机的性能，比如用FPGA实现一些高速的通信协议，或者用FPGA来处理一些复杂的算法，然后将结果通过单片机传递出去。我特别希望看到一些真实的应用案例，比如如何利用FPGA和单片机协同工作来完成一个工业自动化控制系统，或者一个高性能的数据采集系统。

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这本书的书名真的很有吸引力，我一看到“手把手教你学”就觉得这绝对是为我这种零基础小白量身定制的。我之前尝试过一些FPGA的书，但总感觉讲得太理论化，动不动就上来一堆抽象的概念，看得我云里雾里的。这次看到这本书的介绍，强调了“联合设计”的概念，而且是CPLD/FPGA和单片机结合，这简直太棒了！因为我一直觉得单片机虽然强大，但在某些高速信号处理或者逻辑控制方面还是有些吃力，而FPGA正好可以弥补这些不足。我非常期待书中能够通过大量的实例，一步一步地展示如何将这两者结合起来，比如如何用FPGA处理传感器的高速数据，然后通过单片机进行更复杂的算法处理和人机交互。我希望书中能有清晰的电路图和代码示例，最好还能涵盖一些常用的开发工具和调试方法。我一直有个项目想法，想做一个智能家居控制系统，其中需要用到FPGA来处理门窗传感器的状态，同时用单片机来控制灯光、空调等设备，这本书如果能指导我完成类似的项目，那简直就是我的救星了！我迫不及待地想翻开这本书，跟着作者的脚步，一步一步构建出自己的第一个CPLD/FPGA与单片机联合设计项目。

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说实话，我选择这本书纯粹是因为标题里那个“单片机”三个字。我之前花了不少心思在单片机上，从51到STM32，基本算是入门了，但总觉得在一些硬件接口和高速数据采集方面，单片机的能力还是有限。听说FPGA在这些方面很擅长，但它那高昂的学习门槛一直让我望而却步。这本书的出现，就像是在我面前搭了一座桥，让我看到了将我已有的单片机知识与FPGA技术结合的可能性。我特别好奇的是，书中会如何讲解FPGA的基础概念，是会从最基本的逻辑门开始，还是会直接引入HDL语言？我更倾向于后者，毕竟我的目标是“联合设计”，而不是成为一个FPGA专家。我希望能看到一些实际的案例，比如如何使用FPGA驱动一些特殊的显示屏，或者如何用它来实现一些高效的通信协议，然后将处理好的数据通过单片机传输给上位机。我一直觉得，技术只有在实际应用中才能体现出它的价值，所以书中如果能有贴近实际需求的例子，我会非常欣喜。我特别希望这本书能让我对FPGA有一个“够用就好”的理解，能够解决我目前在单片机设计中遇到的瓶颈，而不是让我陷入FPGA的深奥细节。

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