EDA技術及數字係統的應用/21世紀全國國本科院校電氣信息類創新型應用人纔培養規劃教材 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

編輯推薦

　　結閤作者多年一綫教學經驗
　　突齣EDA技術的特點和優勢
　　堅持麵嚮實際開發應用原則

內容簡介

　　《EDA技術及數字係統的應用/21世紀全國國本科院校電氣信息類創新型應用人纔培養規劃教材》結閤EDA技術和可編程邏輯器件的最新發展，全麵介紹瞭EDA技術的特徵、IP核與SOC設計的知識、Altera公司的FPGA器件特點和配置方式、FPGA開發工具軟件QuartusII和常用IP模塊的使用。書中還係統地介紹三種硬件描述語言，即AHDL、VHDL和VerilogHDL的基本語法、常用語句和應用例子，以大量的設計實例說明數字係統的硬件設計方法。特彆是最後一章FPGA綜閤設計實踐，給齣瞭基於FPGA數字係統設計的應用實例和功能模塊（VGA、PS/2、UART、單總綫（l-Wire）、SPI、I2C等），為課程設計和畢業設計及電子産品開發提供幫助。
　　《EDA技術及數字係統的應用/21世紀全國國本科院校電氣信息類創新型應用人纔培養規劃教材》內容全麵，實例豐富，由淺入深，可作為高等院校電氣信息類專業課程的教材，也可供從事硬件設計和IC設計的工程師學習使用。

內頁插圖

目錄

第1章 概述
1.1 EDA技術
1.1.1 EDA技術的發展史
1.1.2 EDA與電子係統設計
1.1.3 EDA軟件平颱
1.2 EDA技術的基本特徵及工具
1.2.1 EDA技術的研究範疇
1.2.2 EDA技術的基本特徵
1.2.3 EDA的基本工具
1.3 硬件描述語言簡介
1.4 可編程ASIC及發展趨勢
1.4.1 專用集成電路ASIC簡介
1.4.2 集成電路的設計流程
1.4.3 可編程ASIC的特點
1.4.4 可編程ASIC發展趨勢
1.5 IP核與SOC設計
1.5.1 IP核
1.5.2 IP核的復用技術
1.5.3 SOC設計技術
1.5.4 軟／硬件協同設計
1.6 EDA技術的發展趨勢
本章小結
習題

第2章 可編程邏輯器件
2.1 可編程邏輯器件的分類
2.2 可編程邏輯器件的編程元件
2.2.1 熔絲型開關
2.2.2 反熔絲型開關
2.2.3 浮柵編程元件
2.2.4 基於SRAM的編程元件
2.3 邊界掃描測試技術
2.4 CPLD/FPGA的基本結構及特點
2.4.1 CPLD的基本結構與特點
2.4.2 FPGA的基本結構與特點
2.4.3 CPLD與FPGA的比較
2.5 CPLD/FPGA主流器件介紹
2.5.1 Altera的CPLD係列
2.5.2 Xilinx的CPLD係列
2.5.3 Altera的FPGA係列
2.5.4 Xilinx的FPGA係列
2.6 編程與配置
2.6.1 JTAG方式的CPLD編程
2.6.2 PC並行口的FPGA配置
2.6.3 FPGA專用配置器件
本章小結
習題

第3章 CPLD/FPGA開發工具——QuartusⅡ
3.1 QuartusⅡ概述
3.1.1 QuartusⅡ的特性
3.1.2 QuartusⅡ設計流程
3.1.3 QuartusⅡ的主界麵
3.2 新建一個設計工程
3.2.1 轉換MAX+PLUSII設計
3.2.2 使用“New Project Wizard命令新建工程
3.2.3 設計輸入
3.3 編譯與仿真工具
3.3.1 編譯工具
3.3.2 仿真工具
3.3.3 時序分析工具
3.4 編程下載
3.4.1 指定器件和分配引腳
3.4.2 配置器件
3.5 設計優化及其他設置
3.5.1 麵積與速度的優化
3.5.2 時序約束及設置
3.5.3 適配設置
3.5.4 功率分析
3.6 器件庫和參數化宏功能模塊
3.6.1 元件庫和宏單元庫
3.6.2 自定製宏功能模塊
3.6.3 嵌入式存儲器和鎖相環模塊
3.6.4 濾波器FIR
3.7 嵌入式邏輯分析儀的硬件測試
3.8 嵌入式係統設計
3.8.1 用SOPC Builder創建SOPC設計
3.8.2 用DSP Builder創建DSP設計
本章小結
習題

第4章 硬件描述語言AHDL
4.1 AHDL的基本元素
4.2 基本的AHDL設計結構
4.2.1 子設計段
4.2.2 邏輯段
4.2.3 變量段
4.2.4 AHDL模闆
4.3 函數模塊及其引用
4.4 AHDL的描述語句
4.4.1 文本編輯語句
4.4.2 邏輯設計語句
4.5 數字單元電路的設計實例
4.5.1 組閤邏輯電路
4.5.2 寄存器和計數器
4.5.3 有限狀態機設計
4.5.4 綜閤邏輯電路
本章小結
習題

第5章 硬件描述語言VHDL
5.1 VHDL基本結構
5.1.1 多路選擇器的VHDL描述
5.1.2 實體
5.1.3 結構體
5.1.4 庫、程序包及配置
5.2 VHDL語法規則
5.2.1 文字規則
5.2.2 數據對象
5.2.3 數據類型
5.2.4 VHDL操作符
5.2.5 VHDL屬性描述
5.3 VHDL中的順序語句
5.3.1 賦值語句
5.3.2 流程控製語句
5.3.3 WAIT語句
5.3.4 斷言語句
5.4 VHDL中的並行語句
5.4.1 進程語句
5.4.2 並行信號賦值語句
5.4.3 塊語句
5.4.4 元件例化語句
5.4.5 生成語句
5.5 子程序
5.5.1 函數
5.5.2 過程
5.5.3 子程序重載
5.6 狀態機的VHDL設計
5.6.1 狀態機的基本結構
5.6.2 狀態轉移圖
5.6.3 狀態機的VHDL描述
5.6.4 狀態機的圖形編輯設計
5.6.5 狀態編碼與狀態分配
5.6.6 剩餘狀態與容錯技術
5.7 數字電路設計
5.7.1 VHDL的描述風格
……
第6章 硬件描述語言Verilog HDL
第7章 數字係統設計及實例
第8章 FPGA綜閤設計實踐

前言/序言

《深入探索數字世界的基石：EDA技術及其在現代電子係統設計中的核心作用》 在當今信息爆炸、技術飛速發展的時代，電子係統已滲透到我們生活的方方麵麵，從掌上智能設備到龐大的工業自動化係統，無一不依賴於精密的數字邏輯設計。而要構建這些復雜的數字世界，強大的設計工具和高效的設計流程至關重要。本書旨在為讀者提供一個全麵、深入的視角，揭示電子設計自動化（EDA）技術的核心原理、發展脈絡及其在構建現代數字係統中的不可替代的作用。我們不局限於單一課程的教學大綱，而是從更宏觀、更前沿的視角，引導讀者理解EDA的真正價值與無限可能。 第一章：數字邏輯設計的基石——從理論到實踐的飛躍 在深入EDA之前，理解數字邏輯設計的本質是不可或缺的。本章將帶領讀者迴顧數字邏輯設計的基本概念，包括布爾代數、邏輯門、組閤邏輯和序邏輯電路。我們將從最基礎的觸發器、寄存器、計數器等概念齣發，逐步構建起復雜的時序邏輯係統。然而，本書不會止步於理論推導，而是著重強調這些基本模塊如何被抽象和模塊化，為後續的EDA工具應用打下堅實基礎。我們將探討如何將復雜的邏輯功能分解為可管理的單元，以及如何使用硬件描述語言（HDL）來精確地描述這些邏輯單元的功能。通過生動的實例，我們將展示如何從高層次的功能需求齣發，逐步細化設計，最終轉化為可實現的基本邏輯電路。這一過程不僅是對理論知識的鞏固，更是為理解EDA工具如何將設計意圖轉化為實際硬件的邏輯橋梁。 第二章：EDA技術概覽——驅動現代電子設計的強大引擎 電子設計自動化（EDA）究竟是什麼？它為何如此重要？本章將為讀者全麵解析EDA技術的概念、曆史和發展趨勢。我們將從EDA工具的發展演變入手，追溯其從最初的電子錶格和手工繪圖工具，到如今高度集成化、智能化的設計套件的曆程。重點將闡述EDA技術的核心組成部分，包括： 邏輯綜閤（Logic Synthesis）： 如何將用HDL描述的邏輯功能，自動轉化為門級網錶（Netlist），即一係列基本邏輯門及其連接關係。我們將探討不同綜閤算法的原理和優劣，以及如何通過約束（Constraints）來指導綜閤過程，以滿足時序、麵積和功耗等設計目標。 布局布綫（Place and Route）： 在獲得門級網錶後，如何將這些邏輯門放置在物理芯片上，並規劃它們之間的連綫。本節將深入講解物理實現過程中的挑戰，如信號延遲、串擾、功耗分布等，並介紹先進的布局布綫算法如何有效地解決這些問題，最終生成可用於芯片製造的光罩文件。 驗證（Verification）： 軟件仿真是EDA流程中至關重要的一環。本章將詳述不同級彆的驗證方法，包括功能仿真、時序仿真、形式驗證（Formal Verification）等，以及如何構建高效的測試平颱（Testbench）來確保設計的正確性。我們將強調驗證的重要性，以及它如何大大降低芯片設計的風險和成本。 物理驗證（Physical Verification）： 在完成布局布綫後，還需要進行一係列的物理驗證，以確保設計的物理實現符閤工藝規則（Design Rule Checking, DRC）和設計意圖（Layout Versus Schematic, LVS）。本節將解釋這些驗證步驟的目的和重要性。 通過對EDA技術各個環節的細緻剖析，讀者將對整個電子設計流程有一個清晰的認識，並理解EDA工具如何自動化和優化這一復雜的過程。 第三章：硬件描述語言（HDL）——電子設計的通用語言 硬件描述語言（HDL）是連接設計者思維與EDA工具之間的橋梁。本章將聚焦於現代電子設計中最常用的HDL，即Verilog和VHDL。我們不會僅僅停留在語法層麵，而是深入探討HDL在描述硬件結構、行為和時序方麵的強大能力。 Verilog / VHDL 基礎： 從數據類型、運算符、過程語句、並發語句等基本元素開始，構建讀者的HDL編程基礎。 結構化建模： 如何使用模塊（Module）和端口（Port）來描述模塊化的硬件結構，以及如何實例化（Instantiate）其他模塊來構建層次化設計。 行為建模： 如何使用`always`塊（Verilog）或進程（Process, VHDL）來描述電路的行為，以及如何通過賦值語句（阻塞和非阻塞）來精確控製信號的變化。 數據流建模： 如何使用`assign`語句（Verilog）或並發賦值（VHDL）來描述組閤邏輯電路。 時序控製： 理解如何使用時鍾（Clock）和復位（Reset）信號來控製時序電路的行為，以及如何使用延遲（Delay）來模擬實際硬件的傳播延遲。 高級特性： 介紹參數化（Parameterization）、生成語句（Generate Statement）、任務（Task）和函數（Function）等高級特性，它們能極大地提高代碼的可重用性和設計效率。 我們將通過大量的實例，展示如何使用HDL來描述各種常見的數字電路，如加法器、減法器、多路選擇器、譯碼器、寄存器文件、有限狀態機（FSM）等。更重要的是，我們將強調如何編寫可綜閤（Synthesizable）的HDL代碼，即能夠被EDA工具轉換為實際硬件電路的代碼，這對於實現設計目標至關重要。 第四章：FPGA與CPLD——可編程邏輯器件在EDA應用中的實踐 可編程邏輯器件（PLD）是EDA技術最直觀的應用載體之一。本章將深入探討現場可編程門陣列（FPGA）和復雜可編程邏輯器件（CPLD）的內部結構、工作原理以及它們在現代電子係統設計中的廣泛應用。 FPGA/CPLD 架構剖析： 詳細介紹查找錶（LUT）、觸發器（Flip-flop）、可配置邏輯塊（CLB）、輸入/輸齣塊（IOB）、內部互連綫等核心組成部分。我們將解釋這些組成單元如何協同工作，以實現用戶設計的邏輯功能。 設計流程詳解： 從HDL代碼編寫，到綜閤、實現（映射、布局、布綫）、生成比特流（Bitstream）以及最終的配置下載，全麵解析使用FPGA/CPLD的設計流程。我們將介紹各階段的關鍵工具和技術，以及如何根據目標器件的特性優化設計。 應用領域探索： 詳細列舉FPGA/CPLD在通信、消費電子、工業控製、醫療設備、航空航天等領域的典型應用案例。例如，如何利用FPGA實現高性能的網絡接口、數字信號處理器（DSP）加速器、視頻處理單元等。 與ASIC設計的對比： 簡要介紹專用集成電路（ASIC）的設計理念，並對比FPGA/CPLD與ASIC在成本、性能、功耗、靈活性和開發周期等方麵的優劣，幫助讀者理解何時選擇哪種方案。 通過對FPGA/CPLD的深入理解，讀者將能夠將所學的EDA理論知識付諸實踐，體驗從設計到硬件實現的完整過程，並掌握利用這些強大的可編程器件來快速驗證和實現復雜數字係統的方法。 第五章：EDA在特定數字係統中的應用 在掌握瞭EDA技術和HDL語言的基礎後，本章將帶領讀者將目光投嚮EDA技術在更廣泛、更復雜的數字係統設計中的具體應用。我們並非僅限於教材中可能齣現的特定實例，而是從通用性和前沿性齣發，展現EDA技術的強大生命力。 數字信號處理（DSP）係統設計： 詳細探討如何利用HDL和EDA工具設計高性能的DSP算法，例如濾波器、FFT（快速傅立葉變換）、編碼器/解碼器等。我們將分析如何優化硬件結構以實現更高的計算效率和更低的功耗，並討論在FPGA上實現DSP加速器的優勢。 嵌入式係統中的硬件加速： 探討如何利用FPGA/CPLD為嵌入式處理器提供定製化的硬件加速功能。例如，設計專門的圖像/視頻處理模塊，或者加速特定計算任務，以提升整個係統的性能。我們將關注接口設計、數據傳輸協議以及如何有效地將軟件和硬件設計相結閤。 通信係統設計： 分析EDA技術在現代通信係統中的核心作用，如基帶信號處理、調製/解調、信道編碼/解碼、協議棧實現等。我們將介紹一些關鍵的通信算法，並說明如何在FPGA上高效地實現它們。 高性能計算（HPC）中的硬件協同設計： 探討EDA技術在加速科學計算、大數據分析、人工智能（AI）等領域中的應用。我們將介紹如何設計定製化的計算單元，以及如何利用FPGA等硬件平颱來構建高性能的計算加速器，以應對日益增長的計算挑戰。 低功耗設計策略： 隨著移動設備和物聯網設備的普及，低功耗設計變得尤為重要。本章將介紹EDA工具提供的各種低功耗設計技術，包括時鍾門控（Clock Gating）、電源門控（Power Gating）、低功耗工藝庫的使用以及設計者在HDL層麵可以采取的低功耗優化措施。 高級時序分析與優化： 深入探討靜態時序分析（STA）的原理和應用，以及如何利用EDA工具進行時序收斂（Timing Closure）。我們將講解影響時序的關鍵因素，如路徑延遲、時鍾偏移、建立/保持時間等，並介紹各種優化時序的方法。 通過對這些具體應用領域的深入探討，讀者將能夠深刻理解EDA技術如何成為現代電子係統設計的核心驅動力，以及如何運用EDA工具解決實際工程問題。本書的目標是激發讀者對EDA技術更廣泛的興趣，鼓勵他們在更廣闊的領域進行探索和創新。 結語：擁抱未來，探索無限可能 EDA技術和數字係統設計的進步日新月異，本書旨在為讀者提供一個堅實的基礎，使其能夠跟上技術發展的步伐，並具備解決未來挑戰的能力。我們鼓勵讀者在掌握基本原理後，積極動手實踐，深入研究各種EDA工具，並關注行業最新的技術動態。數字世界的大門正嚮您敞開，期待您用所學知識，創造齣更多令人驚嘆的數字奇跡。