FPGA應(yīng)用開發(fā)入門與典型實(shí)例

內(nèi)容概要

FPGA（現(xiàn)場可編程邏輯器件）以其體積小、功耗低、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中。本書全面講解了FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景知識(shí)、硬件電路設(shè)計(jì)，硬件描述語言Verilog HDL的基本語法和常用語句，F(xiàn)PGA的開發(fā)工具軟件的使用，基于FPGA的軟核嵌入式系統(tǒng)，F(xiàn)PGA設(shè)計(jì)的基本原則、技巧、IP核， FPGA在接口設(shè)計(jì)領(lǐng)域的典型應(yīng)用，F(xiàn)PGA＋DSP的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試，以及數(shù)字變焦系統(tǒng)和PCI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)這兩個(gè)完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例。    本書內(nèi)容全面、實(shí)例豐富，適合FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)初學(xué)者，大專院校通信工程、電子工程、計(jì)算機(jī)、微電子和半導(dǎo)體相關(guān)專業(yè)師生，硬件系統(tǒng)工程師和IC設(shè)計(jì)工程師學(xué)習(xí)使用。

書籍目錄

第1章　FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)   　1.1　FPGA技術(shù)的發(fā)展歷史和動(dòng)向   　1.2　FPGA的典型應(yīng)用領(lǐng)域   　1.3　FPGA的工藝結(jié)構(gòu)   　1.4　主流的FPGA芯片廠家及其代表產(chǎn)品   　1.5　工程項(xiàng)目中FPGA芯片選擇策略和原則   第2章　從零開始設(shè)計(jì)FPGA最小系統(tǒng)  　2.1　FPGA最小系統(tǒng)的概念  　2.2　FPGA最小系統(tǒng)電路分析  　2.3　FPGA硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技巧  　2.4　FPGA硬件系統(tǒng)的調(diào)試方法  　2.5　典型實(shí)例1：在Altera的FPGA開發(fā)板上運(yùn)行第一個(gè)FPGA程序  　2.6　典型實(shí)例2：在Xilinx的FPGA開發(fā)板上運(yùn)行第一個(gè)FPGA程序  第3章　硬件描述語言Verilog HDL基礎(chǔ)  　3.1　Verilog HDL語言簡介  　3.2　Verilog HDL程序基本結(jié)構(gòu)  　3.3　Verilog HDL語言的數(shù)據(jù)類型和運(yùn)算符  　3.4　Verilog HDL語言的賦值語句和塊語句  　3.5　Verilog HDL語言的條件語句  　3.6　Verilog HDL語言的其他常用語句  　3.7　Verilog HDL語言實(shí)現(xiàn)組合邏輯電路  　3.8　Verilog HDL語言實(shí)現(xiàn)時(shí)序邏輯電路 　3.9　Verilog HDL語言與C語言的區(qū)別與聯(lián)系 　3.10　Verilog HDL程序設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn) 　3.11　典型實(shí)例3：數(shù)字跑表 　3.12　典型實(shí)例4：PS/2接口控制 　3.13　典型實(shí)例5：交通燈控制器 第4章　硬件描述語言Verilog HDL設(shè)計(jì)進(jìn)階 　4.1　task和function說明語句的區(qū)別 　4.2　Verilog HDL高級(jí)語法結(jié)構(gòu)——任務(wù)（TASK） 　4.3　Verilog HDL高級(jí)語法結(jié)構(gòu)——任務(wù)（function） 　4.4　有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)原理及其代碼風(fēng)格 　4.5　邏輯綜合的原則以及可綜合的代碼設(shè)計(jì)風(fēng)格 　4.6　典型實(shí)例6：狀態(tài)機(jī)應(yīng)用 　4.7　典型實(shí)例7：自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程頻率計(jì)控制器 　4.8　典型實(shí)例8：使用函數(shù)實(shí)現(xiàn)簡單的處理器 第5章　FPGA設(shè)計(jì)開發(fā)軟件Quartus II的使用技巧 　5.1　Quartus II軟件簡介 　5.2　Quartus II軟件新特性 　5.3　Quartus II軟件的安裝與啟動(dòng) 　5.4　Quartus II軟件設(shè)計(jì)流程 　5.5　創(chuàng)建工程設(shè)計(jì)文件 　5.6　編譯及仿真工程 　5.7　約束及配置工程 　5.8　LogicLock邏輯鎖定工具使用技巧 　5.9　SignalTap II在線邏輯分析儀的使用方法 　5.10　典型實(shí)例9：SignalTap II功能演示 　5.11　典型實(shí)例10：LogicLock功能演示 第6章　FPGA設(shè)計(jì)開發(fā)軟件ISE使用技巧 　6.1　ISE軟件簡介 　6.2　ISE軟件的安裝與啟動(dòng) 　6.3　ISE軟件的設(shè)計(jì)流程 　6.4　創(chuàng)建設(shè)計(jì)工程 　6.5　編譯與仿真設(shè)計(jì)工程 　6.6　增量式設(shè)計(jì)（Incremental Design）技巧 　6.7　片上邏輯分析儀（ChipScope Pro）使用技巧 　6.8　典型實(shí)例11：ChipScope功能演示 　6.9　典型實(shí)例12：增量式設(shè)計(jì)（Incremental Design）演示 第7章　FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)的仿真驗(yàn)證 　7.1　FPGA設(shè)計(jì)仿真驗(yàn)證的原理和方法 　7.2　ModelSim仿真工具簡介 　7.3　ModelSim的仿真流程 　7.4　功能仿真和時(shí)序仿真的區(qū)別和實(shí)現(xiàn)方法 　7.5　仿真測試文件（Testbench）的設(shè)計(jì)方法 　7.6　典型實(shí)例13：SDRAM讀寫控制的實(shí)現(xiàn)與Modelsim仿真 第8章　基于FPGA的片上可編程系統(tǒng)（SOPC）設(shè)計(jì) 　8.1　基于FPGA的SOPC系統(tǒng)組成原理和典型方案 　8.2　Altera公司的NIOS II解決方案 　8.3　基于NIOS II的開發(fā)設(shè)計(jì)流程 　8.4　典型實(shí)例14：基于NIOSII處理器的“Hello LED”程序設(shè)計(jì) 　8.5　典型實(shí)例15：基于NIOSII處理器的數(shù)字鐘設(shè)計(jì) 第9章　FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和技巧 　9.1　FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)的3個(gè)基本原則 　9.2　FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)的3種常用技巧 　9.3　FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)的3種常用IP模塊 第10章　利用FPGA實(shí)現(xiàn)外設(shè)通信接口 　10.1　FPGA在外設(shè)接口實(shí)現(xiàn)方面的優(yōu)勢 　10.2　利用FPGA實(shí)現(xiàn)RS-232C串行接口 　10.3　利用FPGA實(shí)現(xiàn)USB 2.0通信接口 　10.4　利用FPGA實(shí)現(xiàn)常用顯示接口（Display Interface） 　10.5　利用FPGA實(shí)現(xiàn)A/D、D/A轉(zhuǎn)換器接口 　10.6　典型實(shí)例16：RS-232C（UART）接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 　10.7　典型實(shí)例17：USB 2.0接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 　10.8　典型實(shí)例18：字符LCD接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 　10.9　典型實(shí)例19：VGA接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第10章　FPGA與DSP協(xié)同處理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 　11.1　基于FPGA+DSP協(xié)同處理平臺(tái)的優(yōu)勢和適用領(lǐng)域 　11.2　基于FPGA+DSP的協(xié)同處理平臺(tái)的設(shè)計(jì)流程 　11.3　FPGA與DSP的通信接口設(shè)計(jì) 　11.4　FPGA+DSP協(xié)同平臺(tái)的調(diào)試技巧和注意事項(xiàng) 　11.5　典型實(shí)例20：FPGA片上硬件乘法器的使用 　11.6　典型實(shí)例21：整數(shù)DCT變換的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第12章　數(shù)字圖像倍焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)綜合實(shí)例 　12.1　設(shè)計(jì)需求分析與芯片選型 　12.2　系統(tǒng)工作原理分析 　12.3　系統(tǒng)原理框圖 　12.4　FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 　12.5　系統(tǒng)硬件配置方案 　12.6　FPGA在其他視頻和圖像處理系統(tǒng)中的應(yīng)用 第13章　高速PCI信號(hào)采集卡設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)綜合實(shí)例 　13.1　設(shè)計(jì)需求分析與功能定義 　13.2　系統(tǒng)工作原理分析 　　13.3　PCI接口芯片PCI9054與FPGA的接口設(shè)計(jì) 　13.4　PCI卡的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) 　13.5　主機(jī)應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)程序的接口設(shè)計(jì) 　13.6　FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 　13.7　硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 　13.8　樣機(jī)的調(diào)試方法和技巧 　13.9　產(chǎn)品穩(wěn)定性和可靠性測試 　13.10　產(chǎn)品定型和設(shè)計(jì)文檔備案

章節(jié)摘錄

　　第1章　FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)　　本章目標(biāo)　　了解FPGA技術(shù)的發(fā)展歷史和動(dòng)向　　了解FPGA的典型應(yīng)用領(lǐng)域　　了解主流的FPGA芯片廠家及其代表產(chǎn)品　　了解工程項(xiàng)目中FPGA芯片選擇策略和原則　　1.1　FPGA技術(shù)的發(fā)展歷史和動(dòng)向　　1.1.1　FPGA技術(shù)的發(fā)展歷史　　縱觀數(shù)字集成電路的發(fā)展歷史，經(jīng)歷了從電子管、晶體管、小規(guī)模集成電路到大規(guī)模以及超大規(guī)模集成電路等不同的階段。發(fā)展到現(xiàn)在，主要有3類電子器件：存儲(chǔ)器、處理器和邏輯器件?！　〈鎯?chǔ)器保存隨機(jī)信息（電子數(shù)據(jù)表或數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容）；處理器執(zhí)行軟件指令，以便完成各種任務(wù)（運(yùn)行數(shù)據(jù)處理程序或視頻游戲）；而邏輯器件可以提供特殊功能（器件之間的通信和系統(tǒng)必須執(zhí)行的其他所有功能）?！　∵壿嬈骷殖蓛深悾骸　、俟潭ǖ幕蚨ㄖ频?。　?、诳删幊痰幕蚩勺兊摹！　∑渲?，固定的或定制的邏輯器件通常稱為專用芯片（ASIC）。ASIC是為了滿足特定的用途而設(shè)計(jì)的芯片，例如MP3解碼芯片等。其優(yōu)點(diǎn)是通過固化的邏輯功能和大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，降低了芯片的成本，同時(shí)提高了產(chǎn)品的可靠性。隨著集成度的提高，ASIC的物理尺寸也在不斷的縮小。　　但是，ASIC設(shè)計(jì)的周期很長，而且投資大，風(fēng)險(xiǎn)高。一旦設(shè)計(jì)結(jié)束后，功能就固化了，以后的升級(jí)改版困難比較大。電子產(chǎn)品的市場正在逐漸細(xì)分，為了滿足快速產(chǎn)品開發(fā)，產(chǎn)生了現(xiàn)場可編程邏輯器件（FPGA）?！　∽?984年Xilinx公司推出了第一片現(xiàn)場可編程邏輯器件（FPGA）至今，F(xiàn)PGA已經(jīng)歷了20幾年的快速發(fā)展歷程。特別是近幾年來，更是發(fā)展迅速。FPGA的邏輯規(guī)模已經(jīng)從最初的1000個(gè)可用門發(fā)展到現(xiàn)在的1000萬個(gè)可用門。

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　　從FPGA基礎(chǔ)講起，引導(dǎo)讀者快速入門，21個(gè)典型實(shí)例，全面講解FPGA在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，提供Altera和QuartusII和Xilinx的ISE兩個(gè)版本的源文件下載，圖文并茂，輕松閱讀。　　本書詳細(xì)講解了FPGA應(yīng)用開發(fā)的方方成面，主要涵盞以下內(nèi)容：　　從零開始設(shè)計(jì)FPGA最小系統(tǒng)　　Verilog HDL語言基礎(chǔ)　　QUARTUS II、ISE的使用技巧　　FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)的仿真驗(yàn)證　　基于FPGA的片上可編程系統(tǒng)（SOPC）設(shè)計(jì)　　FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和技巧　　利用FPGA實(shí)現(xiàn)外設(shè)通信接口　　FPGA與DSP協(xié)同處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)　　數(shù)字圖像倍焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)綜合實(shí)例　　高速PCI信號(hào)采集卡設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)綜合實(shí)例

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