基本信息
书名：可编程逻辑器件基础
定价：25.00元
作者：董海青
出版社：清华大学出版社
出版日期：2012-08-01
ISBN：9787302287988
字数：
页码：
版次：5
装帧：平装
开本：16开
商品重量：0.359kg
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内容提要
本书主要包括器件、工具、语言、单元电路和实例五个部分。器件部分主要介绍了目前常用的可编程逻辑器件及其发展；工具部分主要介绍了仿真工具ModelSim、综合工具XilinxISE和开发板；语言部分详细介绍了VerilogHDL的基本语法、程序结构等；单元电路部分主要介绍了组合逻辑电路和时序逻辑电路的VerilogHDL设计和仿真验证；实例部分主要介绍了基于开发板的复杂数字系统的基本设计和验证。
《21世纪高职高专电子信息类实用规划教材：可编程逻辑器件基础》可作为高职高专微电子技术、电子线路设计、通信技术等相关专业的教材用书，同时也可以作为从事FPGA设计的相关从业人员的参考用书。
目录
作者介绍
文摘
序言
嵌入式系统设计与FPGA实现 内容梗概 本书深入探讨了嵌入式系统的设计原理、关键技术以及在现场可编程门阵列（FPGA）平台上的实现方法。全书围绕着“从理论到实践”的逻辑展开，旨在为读者提供一个全面而深入的嵌入式系统开发框架。 第一部分：嵌入式系统基础理论 嵌入式系统的概念与发展 定义与特征： 详细阐述嵌入式系统的核心概念，强调其“嵌入式”特性——即作为更大系统的一部分，具有专用功能、实时性、低功耗、高可靠性等关键特征。 发展历程与趋势： 回顾嵌入式系统从早期简单控制器到如今高度集成的物联网设备、人工智能终端的发展脉络，分析当前和未来的发展趋势，如智能化、网络化、低功耗化、实时操作系统（RTOS）的广泛应用等。 应用领域分析： 广泛列举嵌入式系统在消费电子、工业自动化、汽车电子、医疗设备、通信设备、航空航天等众多领域的典型应用案例，帮助读者理解嵌入式系统的广阔前景。 嵌入式微处理器与微控制器 体系结构： 深入剖析主流嵌入式处理器的体系结构，包括ARM、MIPS、RISC-V等，讲解指令集、流水线、缓存、内存管理单元（MMU）等关键组成部分的功能与作用。 指令集体系结构（ISA）： 区分RISC与CISC指令集的特点，讲解嵌入式处理器常用的指令类型，如数据处理指令、跳转指令、存储指令等，并探讨指令编码与优化。 内存系统： 详细介绍嵌入式系统中常见的内存类型，如RAM（SRAM、DRAM）、ROM（Flash Memory）、EEPROM等，以及它们的特性、工作原理和选择依据。讲解内存的组织方式、寻址模式、总线接口等。 外围接口与总线： 详细阐述嵌入式系统常用的通信接口，如UART、SPI、I2C、CAN、USB、Ethernet等，讲解其工作原理、通信协议、时序图以及在实际应用中的连接方式。重点介绍总线拓扑结构、仲裁机制和数据传输方式。 中断系统： 深入讲解中断的产生机制、中断向量表、中断服务程序（ISR）的设计与编写，以及中断优先级、中断嵌套等概念。分析中断在实现实时响应和提高系统效率中的作用。 DMA（直接内存访问）： 讲解DMA的原理，包括其如何绕过CPU直接进行内存与外设之间的数据传输，以及DMA在提高系统性能、减轻CPU负担方面的优势。 实时操作系统（RTOS） RTOS概述： 解释RTOS的定义、作用和与通用操作系统的区别，重点强调其实时性、多任务调度、同步与通信机制。 核心概念： 详细讲解RTOS中的核心概念，如任务（Task）/线程（Thread）的管理、任务状态（就绪、运行、阻塞、挂起）、任务调度算法（固定优先级、轮转、多级反馈队列等）。 任务同步与通信： 深入介绍RTOS提供的任务间同步与通信机制，包括信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）、事件标志（Event Flags）、消息队列（Message Queue）、邮箱（Mailbox）等，并分析它们各自的应用场景和优缺点。 中断与RTOS的结合： 讲解如何在RTOS环境下处理中断，以及如何利用RTOS提供的机制（如中断服务例程与任务的交互）来设计高效、可靠的实时系统。 常用RTOS介绍： 简要介绍业界主流的RTOS，如FreeRTOS、RT-Thread、uCOS等，分析它们的特点、移植方法和开发工具链。 第二部分：FPGA基础与硬件描述语言 FPGA概述与原理 FPGA的定义与优势： 阐述FPGA（Field-Programmable Gate Array）作为一种可编程逻辑器件的定义，强调其灵活性、并行处理能力、可重构性以及相对于ASIC和微处理器的优势。 FPGA内部结构： 详细介绍FPGA的核心组成单元，包括可配置逻辑块（CLBs/LEs）、输入/输出块（IOBs）、可编程互连线（Routing Resources）、块RAM（BRAM）、DSP Slice（数字信号处理单元）等，并讲解它们的结构和功能。 FPGA开发流程： 梳理FPGA的完整开发流程，包括需求分析、逻辑设计、HDL编码、综合、布局布线、仿真验证、下载配置、硬件调试等。 FPGA与ASIC/MPU的比较： 对比FPGA、ASIC（专用集成电路）和MPU（微处理器）的优缺点，分析它们在不同应用场景下的适用性。 硬件描述语言（HDL） HDL的重要性： 解释HDL在现代数字电路设计中的核心地位，以及为何使用HDL而非传统的原理图输入。 Verilog HDL基础： 语言结构： 介绍Verilog的基本语法，包括模块（module）、端口（port）、数据类型（reg, wire, integer等）、运算符、赋值语句（assign, always）。 行为级建模： 讲解使用`always`块（`always @()`，`always @(posedge clk)`）进行时序逻辑和组合逻辑的设计。 数据流建模： 介绍`assign`语句进行组合逻辑的描述。 结构级建模： 讲解如何实例化其他模块，实现模块的层次化设计。 常用设计模式： 讲解寄存器、多路选择器、译码器、编码器、计数器、状态机（FSM）等典型数字电路模块的Verilog实现。 参数化设计： 介绍`parameter`的使用，实现代码的灵活复用。 VHDL基础（可选）： （如果内容允许，也可简要介绍VHDL，对比Verilog） 语言结构： 介绍VHDL的基本语法，包括实体（entity）、架构（architecture）、端口（port）、数据类型（std_logic, integer等）、进程（process）、赋值语句（<=）。 行为级描述： 讲解使用`process`进行时序和组合逻辑的设计。 结构级描述： 介绍组件（component）的实例化。 常用设计模式： VHDL中相似的设计模式。 FPGA综合与仿真 逻辑综合（Synthesis）： 讲解逻辑综合的概念，即将HDL代码转换为网表（netlist）的过程。介绍综合工具的输入（HDL代码）、输出（网表）、以及综合过程中的约束（timing constraints）。 时序约束： 强调时序约束在FPGA设计中的重要性，讲解时钟定义、时钟周期、输入输出延迟等约束设置，以及如何通过约束指导综合和布局布线工具满足时序要求。 仿真验证： 讲解仿真在FPGA设计验证中的关键作用，包括功能仿真（Functional Simulation）和时序仿真（Timing Simulation）。介绍测试平台（Testbench）的设计，如何激励被测模块（DUT）并检查输出。 静态时序分析（STA）： 介绍STA的原理，以及如何利用STA工具来评估设计的时序性能，发现潜在的时序违例。 第三部分：FPGA在嵌入式系统中的应用 FPGA作为嵌入式处理器的协处理器/加速器 系统架构设计： 讲解如何将FPGA集成到以微处理器/微控制器为核心的嵌入式系统中，构建异构计算平台。分析FPGA在其中承担的角色，如数据预处理、高速计算、硬件加速等。 接口设计： 重点讲解FPGA与嵌入式处理器之间的接口设计，如AXI4、Avalon等总线协议，以及DMA在数据传输中的应用。 IP核（Intellectual Property Core）的应用： 介绍IP核的概念，以及如何利用现有的IP核（如CPU核、通信接口IP、DSP IP）来加速开发。 FPGA作为嵌入式系统的核心控制器 状态机（FSM）设计： 深入讲解如何使用FPGA实现复杂的控制逻辑，通过设计状态机来控制系统的各个部分。 自定义外设控制器： 演示如何使用FPGA实现定制化的外设控制器，以满足特殊应用的需求，如高速数据采集、特殊协议通信等。 实时性与并行性优势： 强调FPGA在实现高实时性、大规模并行处理方面的天然优势，适合于对性能要求极高的应用。 嵌入式Linux与FPGA的结合 软核/硬核处理器在FPGA中： 介绍在FPGA中实现的软核处理器（如NIOS II, MicroBlaze）和硬核处理器（如ARM）的集成方式。 Linux驱动开发： 讲解如何在Linux环境下为FPGA上的自定义硬件开发相应的设备驱动程序。 用户空间应用程序与FPGA交互： 演示如何通过Linux的用户空间应用程序来控制和访问FPGA上的硬件资源。 开发平台与工具链： 介绍集成开发环境（IDE），如Xilinx Vivado, Intel Quartus Prime，以及相关的嵌入式Linux开发工具。 典型应用案例分析 高速数据采集与信号处理： 以数字示波器、频谱分析仪、雷达信号处理等为案例，分析FPGA在其中如何实现高采样率、并行处理和算法加速。 工业自动化与控制： 分析FPGA在PLC（可编程逻辑控制器）、运动控制、实时通信等方面的应用。 图像处理与计算机视觉： 演示FPGA在图像滤波、边缘检测、特征提取、实时视频流处理等方面的硬件加速能力。 通信系统： 介绍FPGA在基带信号处理、高速接口（如SerDes）、协议栈实现等通信领域的应用。 嵌入式AI/ML硬件加速： 探讨FPGA如何用于部署和加速低功耗、实时的边缘AI模型。 第四部分：高级主题与实践指导 低功耗FPGA设计 功耗分析与优化： 讲解FPGA的主要功耗来源，以及如何在设计阶段和综合、布局布线阶段进行功耗优化。 时钟门控、电源门控技术： 介绍低功耗设计中的常用技术。 FPGA设计中的验证方法 仿真与形式验证： 强调全面验证的重要性，介绍更高级的验证技术，如UVM（Universal Verification Methodology）。 硬件调试技术： 介绍片上逻辑分析仪（ILA）、JTAG等硬件调试工具的使用。 嵌入式系统开发实战 项目开发流程： 提供一个完整的嵌入式系统开发项目示例，从需求分析到最终实现，引导读者亲身实践。 常用开发板介绍： 介绍一些主流的FPGA开发板，以及如何利用它们进行项目开发。 总结 本书旨在为读者建立一个清晰的认知框架，理解嵌入式系统设计的方方面面，并掌握利用FPGA这一强大工具实现高效、灵活的嵌入式系统解决方案。通过理论讲解与实际应用相结合，读者将能够独立完成从概念到原型实现的完整嵌入式系统设计项目。
我是一名大三的电子信息工程专业的学生，最近课程涉及到数字电路设计，老师推荐了这本《9787302287988 可编程逻辑器件基础》。说实话，一开始我对“可编程逻辑器件”这个概念有点模糊，只知道它们是用来实现复杂逻辑功能的。但是，这本书的讲解方式真的太友好了！作者董海青老师就像一位耐心的导师，把那些复杂的概念一点点地剥开，让我们能够清晰地看到它们的本质。我印象最深的是关于查找表（LUT）和触发器（Flip-Flop）的讲解，它们是构成FPGA基本单元的关键，书中通过生动的比喻和图示，让我一下子就理解了它们的功能和工作原理。而且，这本书没有局限于理论，还穿插了一些实际的例子，比如如何用硬件描述语言（HDL）来设计一个简单的状态机，这让我觉得理论知识和实际应用之间的距离一下子拉近了。阅读过程中，我经常会停下来，在脑海里模拟一遍设计的逻辑，感觉自己真的在和芯片“对话”。这本书的语言朴实易懂，没有太多晦涩难懂的术语，即使是对初学者来说，也完全能够驾驭。它为我打下了坚实的PLD基础，为我后续深入学习FPGA开发和相关的专业课程奠定了坚实的基础。