EDA技术与SOPC基础/普通高等教育“十二五”应用型人才培养规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

内容简介

　　《EDA技术与SOPC基础/普通高等教育“十二五”应用型人才培养规划教材》共分为九章，主要是以Altera公司的FPGA为核心深入浅出地介绍了EDA基础应用和片上可编程系统设计方法。第1章主要介绍EDA相关概念及设计流程。第2章介绍Quartus Ⅱ软件的安装和使用方法。第3章介绍VHDL的基础应用。第4章介绍LPM宏功能模块及IP核的设计使用方法。第5章介绍有限状态机的设计原理和基本结构。第6章介绍片上编程系统设计基本流程和方法。第7章介绍NiosⅡ硬件系统设计中常用的外设结构。第8章介绍片上编程系统的软件设计方法。第9章介绍嵌入式：DSP模块的一般设计方法及流程。其中第1～5章是EDA技术基础内容，第6～8章是片上编程系统（SOPC）设计基础内容。

内页插图

目录

第1章 EDA技术概述
1.1 EDA技术概念
1.2 EDA技术发展历程
1.3 EDA技术主要内容
1.4 EDA技术设计流程
习题

第2章 Quartus Ⅱ应用向导
2.1 原理图输入法应用向导
2.2 文本输入法应用向导
习题

第3章 VHDL入门
3.1 组合逻辑电路设计
3.2 时序逻辑电路设计
3.3 VHDL层次化设计
3.4 VHDL结构和语句总结
3.5 VHDL语法要素总结
习题

第4章 宏功能模块与IP应用
4.1 LPM-ROM定制
4.2 LPM-RAM定制
4.3 FIFO定制
4.4 嵌入式PLL定制
4.5 其他常见LPM模块的使用方法
4.6 mc805 1单片机IP核移植
习题

第5章 有限状态机设计
5.1 为什么学习状态机?
5.2 一般有限状态机的结构
5.3 Moore型有限状态机的设计
5.4 Mealy型有限状态机的设计
习题

第6章 SOPC入门
6.1 SOPC概述
6.2 SOPC入门实例
6.3 SOPC开发流程小结
6.4 SOPC设计工具介绍
习题

第7章 SOPC硬件设计
7.1 NiosⅡ处理器简介
7.2 NiosⅡ常用外围设备
习题

第8章 SOPC软件设计
8.1 HAL系统库
8.2 基于HAL的程序设计方法
习题

第9章 嵌入式DSP设计初探
9.1 DSP Builder简介
9.2 DSP Builder设计流程
9.3 可控正弦信号发生器设计实例
参考文献

前言/序言

《数字系统设计与嵌入式系统开发实践》 一、 核心内容聚焦：从基础理论到前沿应用 本书旨在为读者构建一套系统、深入且实用的数字系统设计与嵌入式系统开发知识体系。全书共分为四大篇章，层层递进，从最基础的逻辑门电路和组合逻辑、时序逻辑设计原理出发，逐步深入到可编程逻辑器件（PLD）和现场可编程门阵列（FPGA）的设计流程与实现，最终抵达复杂嵌入式系统的软硬件协同设计与应用开发。 第一篇：数字逻辑基础与硬件描述语言（HDL）入门 本篇是整个技术体系的基石，将带领读者从最基本的数字电路概念出发，建立对数字系统工作原理的直观理解。 第一章：数字系统概览与二进制表示。 介绍数字系统的基本概念、组成部分以及其在现代电子设备中的广泛应用。深入讲解二进制、八进制、十六进制等数字编码方式，以及它们之间的转换，为后续的学习奠定数制基础。 第二章：基本逻辑门电路与布尔代数。 详细阐述AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR等基本逻辑门的功能、符号和真值表。引入布尔代数的基本定理、定律和代数化简方法，学习如何利用布尔代数对逻辑功能进行精确描述和优化。 第三章：组合逻辑电路设计。 讲解组合逻辑电路的特点（输出仅取决于当前输入），包括编码器、译码器、多路选择器（MUX）、数据分配器（DEMUX）等基本组合逻辑模块的设计原理和应用。重点介绍如何使用卡诺图（Karnaugh Map）等工具进行逻辑化简，以达到最优的电路实现。 第四章：时序逻辑电路设计。 深入探讨时序逻辑电路的构成（包含存储元件，输出与当前输入和过去状态有关）。详细讲解触发器（Flip-Flop）的工作原理（SR、D、JK、T触发器），以及由触发器组成的寄存器（Register）和计数器（Counter）的设计。学习状态机的概念，包括有限状态机（FSM）的定义、状态图、状态表以及状态机同步和异步设计的区别。 第五章：硬件描述语言（HDL）基础。 引入Verilog HDL和VHDL这两种主流的硬件描述语言。详细讲解HDL的基本语法、数据类型、运算符、过程语句（always块）和结构语句（assign、module、port等）。通过大量的实例，演示如何使用HDL描述组合逻辑和时序逻辑电路，并理解HDL与电路功能之间的映射关系。 第二篇：可编程逻辑器件（PLD）与FPGA设计流程 本篇将引导读者从理论走向实践，掌握使用现代可编程逻辑器件实现数字系统设计的方法。 第六章：可编程逻辑器件（PLD）概述。 介绍PLD的发展历程，包括PROM、PLA、CPLD等不同类型的PLD的结构、工作原理和特点。重点分析CPLD的优势，为FPGA的学习做铺垫。 第七章：FPGA体系结构与关键技术。 详细解析FPGA（Field-Programmable Gate Array）的核心结构，包括可配置逻辑块（CLB）、输入/输出块（IOB）、布线资源（Routing Resources）以及内部存储器（Block RAM）等。讲解FPGA的工作原理，特别是其并行计算能力和灵活性。 第八章：FPGA设计流程详解。 系统阐述使用FPGA进行设计的完整流程：需求分析、HDL代码编写、功能仿真（Functional Simulation）、综合（Synthesis）、布局布线（Place & Route）、时序仿真（Timing Simulation）和下载配置。重点介绍各种工具（如Xilinx Vivado、Intel Quartus Prime）在各环节中的作用。 第九章：FPGA设计进阶与优化。 探讨在FPGA设计中常用的高级技巧，包括IP核（Intellectual Property Core）的使用、资源共享、流水线（Pipelining）技术、寄存器复制（Register Duplication）等，以提高设计效率和电路性能。学习如何进行时序约束（Timing Constraints）和时序分析，确保设计满足目标频率要求。 第十章：DSP与嵌入式硬件加速。 介绍FPGA在数字信号处理（DSP）领域的应用，讲解如何在FPGA上实现滤波器、FFT等DSP算法。探讨利用FPGA实现硬件加速器的原理和方法，以提升特定计算任务的处理速度。 第三篇：嵌入式系统基础与微控制器（MCU）开发 本篇将视线从纯硬件转向软硬件结合的嵌入式系统，重点关注嵌入式系统的构成、原理以及基础的微控制器开发。 第十一章：嵌入式系统概述。 定义嵌入式系统，分析其特点（专用性、实时性、低功耗等）。介绍嵌入式系统的组成部分，包括微处理器/微控制器、存储器、输入/输出设备、通信接口和软件。列举各种嵌入式系统的典型应用场景。 第十二章：微控制器（MCU）体系结构与工作原理。 深入讲解通用微控制器的内部结构，包括CPU核心、内存（RAM/ROM/Flash）、定时器/计数器、中断控制器、ADC/DAC、通信接口（UART、SPI、I2C、CAN等）。以某类主流MCU（如ARM Cortex-M系列）为例，讲解其指令集、寻址方式和工作模式。 第十三章：嵌入式C语言编程基础。 强调嵌入式系统开发中C语言的重要性。复习C语言的核心概念，并重点讲解在嵌入式开发中的应用，如指针、位操作、结构体、联合体、内存管理等。介绍嵌入式C的开发环境和工具链。 第十四章：中断系统与低功耗设计。 详细讲解微控制器的中断机制，包括中断源、中断向量表、中断服务程序（ISR）的编写和中断优先级管理。探讨嵌入式系统中低功耗设计的重要性，以及常用的低功耗模式和技术。 第十五章：外设接口驱动开发。 讲解如何编写驱动程序来控制各种外设接口，包括GPIO、UART、SPI、I2C、ADC等。通过实际代码示例，演示如何与硬件交互，实现数据的读取和控制。 第四篇：嵌入式系统集成与应用开发实践 本篇将前几篇的知识融会贯通，重点在于如何将硬件平台与软件相结合，进行实际的嵌入式应用开发。 第十六章：实时操作系统（RTOS）入门。 介绍实时操作系统的概念、作用和优势。讲解RTOS的核心概念，如任务（Task）、任务调度（Scheduling）、进程间通信（IPC）、信号量（Semaphore）、互斥量（Mutex）等。选择一款经典的RTOS（如FreeRTOS）进行实例演示。 第十七章：嵌入式Linux系统开发简介。 概述嵌入式Linux的组成（Bootloader、Kernel、Rootfs）。介绍交叉编译环境的搭建，以及在嵌入式设备上进行Linux应用开发的基本流程。 第十八章：嵌入式系统调试技术。 介绍在嵌入式开发过程中常用的调试工具和方法，包括仿真器（Emulator）、调试器（Debugger）、逻辑分析仪、示波器等。讲解硬件调试和软件调试的技巧。 第十九章：传感器网络与物联网（IoT）应用。 介绍传感器在嵌入式系统中的应用，以及如何构建传感器网络。探讨物联网的概念，讲解如何利用嵌入式系统实现数据的采集、传输和远程控制。 第二十章：典型嵌入式系统项目实战。 通过一个或多个完整的项目案例，例如智能家居控制系统、工业数据采集终端、便携式医疗设备等，贯穿本书所学的各项知识。从需求分析、硬件选型、软件设计到系统集成和测试，让读者亲身体验整个嵌入式系统开发的全过程。 本书特色： 理论与实践深度结合： 每一章节都配有大量的理论讲解和实际工程案例，帮助读者将抽象的概念转化为具体的工程实践。 前沿技术覆盖： 重点介绍FPGA、嵌入式系统、RTOS、IoT等当前热门且具有广泛应用前景的技术领域。 系统性强，循序渐进： 知识体系从基础到高级，逻辑清晰，适合不同阶段的读者学习。 工具链介绍与使用指导： 针对主流的FPGA开发工具和嵌入式开发工具，提供基础的使用指导和技巧。 案例丰富，指导性强： 选取的案例贴近实际工程需求，能够有效提升读者的工程实践能力。 本书适合于电子信息工程、自动化、计算机科学与技术等相关专业的本科生、研究生，以及从事嵌入式系统设计、FPGA开发、物联网应用等领域的工程师和技术爱好者阅读。通过学习本书，读者将能够掌握扎实的数字系统设计理论，熟悉现代FPGA开发流程，并具备独立开发嵌入式系统的能力。