基本信息
书名：EDA技术与VHDL编程
定价：45.00元
作者：李俊著
出版社：电子工业出版社
出版日期：2012-06-01
ISBN：9787121174254
字数：548000
页码：321
版次：1
装帧：平装
开本：16开
商品重量：0.722kg
编辑推荐
《EDA技术与VHDL编程》编著者李俊。EDA技术主要包括大规模可编程逻辑、硬件描述语言、软件开发工具等内容。目前，应用*为广泛的大规模可编程逻辑是复杂可编程逻辑器件CPLD和现场可编程门阵列FPGA；硬件描述语言liDL主要有VHDL、VerilogHDL、ABEL、AHDL、Sy~em Verilog和SystemC等；主流的EDA软件开发工具则有MAX plusII、Quartus II、ispDesignEXPERT、FoundationSeries、1SENSE WebPACKSeries等。本书采用IEEE标准硬件描述语言VHDL对数字电路和系统进行性能描述，以Altera公司的Quartus11软件为集成开发环境，对EDA技术进行了深入、详尽的阐述。
内容提要
《EDA技术与VHDL编程》编著者李俊。《EDA技术与VHDL编程》内容提要：本书主要讲解EDA技术和VHDL硬件描述语言的使用，共10章。内容包括EDA概述，可编程逻辑器件，VHDL硬件描述语言，QuartusII操作指南，VHDL基本逻辑电路设计，VHDL语句进阶，VHDL的属性描述与仿真延时，VHDL层次化程序设计，VHDL的数字系统设计，以及VHDL在通信和DSP系统中的应用。通过大量数字电路和数字系统的案例，给读者演示了VHDL在数字系统设计中充当的角色，以及利用VHDL语言进行数字系统设计的基本步骤和具体方法。本书配有大量的设计实例和实验练习，还针对目前FPGA的主流应用领域如微控制系统、通信系统和DSP系统给出了系统级别的设计实例。力求使读者理解VHDL硬件描述语言的基础知识，掌握数字系统的设计原理、方法和步骤。本书可作为高等院校电子、通信、自动化、计算机等信息工程类相关专业学生的教学用书，也适合于立志自学成才的读者和从事EDA技术应用与研究的专业技术人员使用。
目录
作者介绍
文摘
序言
数字系统设计与硬件描述语言实践：面向EDA技术与VHDL编程的深度探索 本书旨在为读者提供一套系统而深入的数字系统设计方法论，重点聚焦于现代EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）技术在实践中的应用，并以VHDL（VHSIC Hardware Description Language，甚高速集成电路硬件描述语言）作为核心载体进行详尽阐述。我们期望通过理论与实践的有机结合，帮助读者构建坚实的数字逻辑基础，掌握高效的硬件描述语言编程技巧，并最终能够独立完成复杂的数字集成电路设计与验证。 第一部分：数字系统设计基础与EDA技术概述 本部分将首先梳理数字系统设计的基本概念，包括数字信号、逻辑门、组合逻辑电路、时序逻辑电路等核心要素。我们将深入剖析这些基础知识如何构筑起复杂数字系统的基石，并介绍不同层次的抽象模型，从门级、寄存器传输级（RTL）到行为级，为后续的VHDL编程打下坚实的基础。 随后，我们将引入EDA技术的概念及其在现代电子设计流程中的关键作用。EDA工具极大地提高了电子设计的效率和准确性，使得从概念到芯片的转化过程更加 streamlined。我们将探讨EDA工具链的主要组成部分，包括： 逻辑综合（Logic Synthesis）： 如何将高级别的硬件描述语言（如VHDL）转化为门级网表，实现逻辑功能的优化和映射到目标工艺库。 布局布线（Place and Route）： 如何在物理芯片上分配逻辑门和连接它们的导线，以满足性能、功耗和面积（PPA）的要求。 仿真与验证（Simulation and Verification）： 如何通过软件仿真来验证设计的正确性，包括功能仿真、时序仿真以及形式验证等高级技术。 静态时序分析（Static Timing Analysis，STA）： 如何在不进行仿真的情况下，快速分析设计的时序性能，找出潜在的时序违例。 形式验证（Formal Verification）： 一种数学方法，用于证明设计的属性在所有可能的输入条件下都成立，从而提供比仿真更强的验证信心。 我们将重点强调EDA技术如何改变了传统的硬件设计模式，从手工绘制电路图的时代，迈入了以软件为中心的自动化设计时代。理解EDA技术不仅是掌握VHDL编程的前提，更是成为一名合格的数字IC设计师的必备素质。 第二部分：VHDL语言核心概念与编程实践 VHDL作为一种强大的硬件描述语言，其核心在于能够精确地描述数字电路的行为和结构。本部分将从VHDL语言的基本语法入手，逐步深入到高级特性： 实体（Entity）与架构（Architecture）： 理解VHDL设计的基本结构，如何定义电路的接口（实体）以及内部实现逻辑（架构）。我们将通过大量实例，展示如何从不同抽象层次描述同一个电路功能。 信号（Signal）与变量（Variable）： 深入理解VHDL中信号和变量的区别及其在并发和顺序执行中的作用。正确使用信号和变量是编写高效VHDL代码的关键。 进程（Process）与并发语句（Concurrent Statements）： 掌握VHDL的并发执行模型，理解进程如何描述顺序逻辑，以及并发语句如何描述组合逻辑和状态机。 数据类型（Data Types）与运算符（Operators）： 详细介绍VHDL内置数据类型（如BIT, BIT_VECTOR, STD_LOGIC, STD_LOGIC_VECTOR, INTEGER, BOOLEAN等）以及用户自定义类型，并讲解各种逻辑、算术和关系运算符的使用。 基本逻辑结构（Basic Logic Structures）： 如何使用`if-then-else`、`case`语句描述条件逻辑，`loop`语句描述循环逻辑。 组件实例化（Component Instantiation）： 如何将设计分解为模块，并进行实例化和连接，实现模块化设计。 属性（Attributes）： VHDL的属性机制为设计带来了极大的灵活性，我们将介绍常用的属性，如`'event`、`'stable`、`'high`、`'low`等，以及如何使用它们来描述时序特性。 标准库（Standard Libraries）： 介绍`IEEE`标准库，特别是`std_logic_1164`和`numeric_std`包，它们提供了丰富的数据类型和运算函数，极大地简化了VHDL编程。 我们将强调“行为级描述”与“RTL级描述”的概念。行为级描述侧重于功能的逻辑描述，便于快速验证功能；RTL级描述则更接近硬件结构，是综合工具进行逻辑优化的主要输入。本书将指导读者如何从行为级描述逐步细化到RTL级描述，最终生成可综合的VHDL代码。 第三部分：VHDL在实际数字系统设计中的应用 本部分将聚焦于将VHDL语言应用于实际的数字系统设计项目。我们将通过一系列典型案例，展示VHDL在不同应用场景下的强大威力： 组合逻辑电路设计： 从简单的加法器、减法器、多路选择器，到复杂的译码器、编码器，以及基本的算术逻辑单元（ALU）的设计。 时序逻辑电路设计： 重点讲解触发器（Flip-flops）、寄存器（Registers）、移位寄存器（Shift Registers）、计数器（Counters）的设计，并深入分析其工作原理。 有限状态机（Finite State Machine, FSM）设计： 讲解Moore型和Mealy型状态机的设计方法，包括状态转移图的绘制、状态编码、以及VHDL实现。我们将通过序列检测器、交通灯控制器等实例，展示FSM设计的实用性。 存储器接口设计： 如何使用VHDL描述RAM（Random Access Memory）和ROM（Read Only Memory）的接口，并进行简单的读写操作。 时钟与复位逻辑设计： 讨论时钟同步、异步复位、同步复位等设计细节，以及在实际设计中如何正确处理时钟域交叉问题。 中断控制器设计： 演示如何设计一个基本的 istruction controller，处理外部中断请求。 片上通信接口设计（可选）： 根据实际需求，可以初步介绍一些常见的片上通信接口（如UART、SPI、I2C）的VHDL实现原理。 在每一个设计案例中，我们都将遵循“需求分析-功能描述-VHDL编码-仿真验证-综合优化”的完整流程。读者将学会如何针对具体的设计需求，编写清晰、高效、可综合的VHDL代码，并利用EDA工具进行仿真验证和性能评估。 第四部分：高级VHDL编程与设计优化 为了帮助读者写出更健壮、更易于维护、性能更优的VHDL代码，本部分将深入探讨高级VHDL编程技巧和设计优化策略： 自定义数据类型与子类型（Custom Data Types and Subtypes）： 如何创建更符合实际需求的数据类型，提高代码的可读性和安全性。 包（Package）与组件（Component）的有效利用： 如何通过包组织可重用的代码和类型，如何定义和实例化组件以实现层次化设计。 宏定义（Generics）与配置（Configuration）： 讲解`generics`如何实现参数化设计，使得同一个模块能够适应不同的配置；`configuration`如何灵活地选择组件的实现。 并发过程之间的同步与通信： 深入理解VHDL的并发模型，以及如何利用信号驱动机制实现不同进程之间的通信和同步。 面向综合的设计原则（Synthesis-Friendly Design）： 强调编写可综合VHDL代码的重要性，讲解哪些VHDL结构容易被综合工具理解和优化，哪些则可能导致不可综合的代码。我们将重点讨论“组合逻辑陷阱”和“时序逻辑误用”等常见问题。 性能与面积优化技巧： 介绍一些常见的优化方法，例如流水线（Pipelining）技术以提高吞吐量，资源共享（Resource Sharing）以减小面积，以及如何通过时钟频率和寄存器使用来平衡性能与功耗。 代码风格与文档： 强调良好的代码风格和详细的注释对于团队协作和后期维护的重要性。 第五部分：EDA工具链的实践应用与验证方法 理论知识必须通过实践工具才能转化为实际的设计成果。本部分将侧重于EDA工具链的实际操作： 主流EDA工具介绍（概念性）： 简要介绍当前主流的EDA工具厂商及其代表性产品（如Xilinx Vivado, Intel Quartus Prime等），并说明它们在FPGA和ASIC设计中的定位。 VHDL仿真器的使用： 演示如何使用常见的VHDL仿真器（如ModelSim, QuestaSim, NCSim等）来编写仿真测试平台（Testbench），运行仿真，并分析仿真波形。 Testbench设计技巧： 讲解如何构建有效的Testbench来覆盖各种测试场景，包括激励生成、结果检查、时序约束等。 逻辑综合器的基本操作： 解释逻辑综合器的作用，并演示如何设置综合约束文件（SDC或XDC），以指导综合过程，实现性能和面积的目标。 布局布线流程概述： 简要介绍布局布线的基本概念和流程，以及如何读取布局布线后的报告。 静态时序分析（STA）的概念与报告解读： 深入理解STA的原理，学会解读STA报告，识别时序违例，并根据报告中的信息进行设计优化。 实际项目流程演示（以FPGA设计为例）： 结合一个小型FPGA项目，从VHDL代码编写、仿真、综合、实现（布局布线）到最终的下载与调试，完整地展示一个实际的数字系统设计流程。 总结 本书通过理论讲解、语法解析、实例分析和实践指导，全面覆盖了EDA技术与VHDL编程的各个方面。我们力求在提供深度技术内容的同时，保持内容的清晰易懂，并最终帮助读者掌握一套完整的数字系统设计方法，为他们未来在集成电路设计、嵌入式系统开发、FPGA应用等领域的发展奠定坚实的基础。我们相信，通过对本书的学习和实践，读者将能够自信地驾驭复杂的数字逻辑设计，并熟练运用VHDL语言实现创新的硬件解决方案。
这本书的封面设计得相当朴实，没有过多花哨的元素，直接点明了主题，这一点我很欣赏。初翻阅时，我发现它在理论基础的铺陈上花了相当大的篇幅，尤其是对数字逻辑电路的复习和强化，对于那些基础不牢的读者来说，这无疑是一个稳固地基的过程。作者在讲解基本概念时，语言风格显得非常严谨和学术化，每一个术语的定义都力求精确无误，这让我在理解诸如同步时序逻辑和组合逻辑电路优化这类核心内容时，感觉非常扎实。特别是关于状态机的设计部分，作者没有仅仅停留在理论的阐述，而是引入了一些工程实践中常见的陷阱和规避方法，这一点对我们这些希望将理论付诸实践的工程师来说，价值极高。书中对各种设计方法的对比分析也做得比较到位，比如对流水线（Pipeline）技术的优劣势分析，以及在不同复杂度设计中如何权衡资源消耗和性能提升，这些细节体现了作者深厚的行业经验。整体来看，这本书更像是一本严谨的教科书，适合需要系统性、深入性学习EDA流程和VHDL语言特性的读者，它不会用过于通俗的口吻来降低理解门槛，而是要求读者付出相应的努力去消化这些硬核知识。