FPGA應(yīng)用開發(fā)入門與典型實例

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)點被廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品的設(shè)計中。本書全面講解了FPGA系統(tǒng)設(shè)計的背景知識、硬件電路設(shè)計，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)計的基本原則、技巧、IP核， FPGA在接口設(shè)計領(lǐng)域的典型應(yīng)用，F(xiàn)PGA＋DSP的系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試，以及數(shù)字變焦系統(tǒng)和PCI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)這兩個完整的系統(tǒng)設(shè)計案例。    本書內(nèi)容全面、實例豐富，適合FPGA系統(tǒng)設(shè)計初學(xué)者，大專院校通信工程、電子工程、計算機、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)計工程師學(xué)習(xí)使用。

書籍目錄

第1章　FPGA系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)   　1.1　FPGA技術(shù)的發(fā)展歷史和動向   　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　工程項目中FPGA芯片選擇策略和原則   第2章　從零開始設(shè)計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)計技巧  　2.4　FPGA硬件系統(tǒng)的調(diào)試方法  　2.5　典型實例1：在Altera的FPGA開發(fā)板上運行第一個FPGA程序  　2.6　典型實例2：在Xilinx的FPGA開發(fā)板上運行第一個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語言實現(xiàn)組合邏輯電路  　3.8　Verilog HDL語言實現(xiàn)時序邏輯電路 　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)計經(jīng)驗 　3.11　典型實例3：數(shù)字跑表 　3.12　典型實例4：PS/2接口控制 　3.13　典型實例5：交通燈控制器 第4章　硬件描述語言Verilog HDL設(shè)計進階 　4.1　task和function說明語句的區(qū)別 　4.2　Verilog HDL高級語法結(jié)構(gòu)——任務(wù)（TASK） 　4.3　Verilog HDL高級語法結(jié)構(gòu)——任務(wù)（function） 　4.4　有限狀態(tài)機的設(shè)計原理及其代碼風(fēng)格 　4.5　邏輯綜合的原則以及可綜合的代碼設(shè)計風(fēng)格 　4.6　典型實例6：狀態(tài)機應(yīng)用 　4.7　典型實例7：自動轉(zhuǎn)換量程頻率計控制器 　4.8　典型實例8：使用函數(shù)實現(xiàn)簡單的處理器 第5章　FPGA設(shè)計開發(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 　5.4　Quartus II軟件設(shè)計流程 　5.5　創(chuàng)建工程設(shè)計文件 　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　典型實例9：SignalTap II功能演示 　5.11　典型實例10：LogicLock功能演示 第6章　FPGA設(shè)計開發(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 　6.3　ISE軟件的設(shè)計流程 　6.4　創(chuàng)建設(shè)計工程 　6.5　編譯與仿真設(shè)計工程 　6.6　增量式設(shè)計（Incremental Design）技巧 　6.7　片上邏輯分析儀（ChipScope Pro）使用技巧 　6.8　典型實例11：ChipScope功能演示 　6.9　典型實例12：增量式設(shè)計（Incremental Design）演示 第7章　FPGA系統(tǒng)設(shè)計的仿真驗證 　7.1　FPGA設(shè)計仿真驗證的原理和方法 　7.2　ModelSim仿真工具簡介 　7.3　ModelSim的仿真流程 　7.4　功能仿真和時序仿真的區(qū)別和實現(xiàn)方法 　7.5　仿真測試文件（Testbench）的設(shè)計方法 　7.6　典型實例13：SDRAM讀寫控制的實現(xiàn)與Modelsim仿真 第8章　基于FPGA的片上可編程系統(tǒng)（SOPC）設(shè)計 　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)計流程 　8.4　典型實例14：基于NIOSII處理器的“Hello LED”程序設(shè)計 　8.5　典型實例15：基于NIOSII處理器的數(shù)字鐘設(shè)計 第9章　FPGA系統(tǒng)設(shè)計原則和技巧 　9.1　FPGA系統(tǒng)設(shè)計的3個基本原則 　9.2　FPGA系統(tǒng)設(shè)計的3種常用技巧 　9.3　FPGA系統(tǒng)設(shè)計的3種常用IP模塊 第10章　利用FPGA實現(xiàn)外設(shè)通信接口 　10.1　FPGA在外設(shè)接口實現(xiàn)方面的優(yōu)勢 　10.2　利用FPGA實現(xiàn)RS-232C串行接口 　10.3　利用FPGA實現(xiàn)USB 2.0通信接口 　10.4　利用FPGA實現(xiàn)常用顯示接口（Display Interface） 　10.5　利用FPGA實現(xiàn)A/D、D/A轉(zhuǎn)換器接口 　10.6　典型實例16：RS-232C（UART）接口的設(shè)計與實現(xiàn) 　10.7　典型實例17：USB 2.0接口的設(shè)計與實現(xiàn) 　10.8　典型實例18：字符LCD接口的設(shè)計與實現(xiàn) 　10.9　典型實例19：VGA接口的設(shè)計與實現(xiàn) 第10章　FPGA與DSP協(xié)同處理系統(tǒng)設(shè)計 　11.1　基于FPGA+DSP協(xié)同處理平臺的優(yōu)勢和適用領(lǐng)域 　11.2　基于FPGA+DSP的協(xié)同處理平臺的設(shè)計流程 　11.3　FPGA與DSP的通信接口設(shè)計 　11.4　FPGA+DSP協(xié)同平臺的調(diào)試技巧和注意事項 　11.5　典型實例20：FPGA片上硬件乘法器的使用 　11.6　典型實例21：整數(shù)DCT變換的設(shè)計與實現(xiàn) 第12章　數(shù)字圖像倍焦系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)綜合實例 　12.1　設(shè)計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 　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信號采集卡設(shè)計與實現(xiàn)綜合實例 　13.1　設(shè)計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 　13.4　PCI卡的驅(qū)動程序設(shè)計 　13.5　主機應(yīng)用程序和驅(qū)動程序的接口設(shè)計 　13.6　FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計 　13.7　硬件系統(tǒng)實現(xiàn) 　13.8　樣機的調(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)計文檔備案

章節(jié)摘錄

　　第1章　FPGA系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)　　本章目標(biāo)　　了解FPGA技術(shù)的發(fā)展歷史和動向　　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：存儲器、處理器和邏輯器件?！　〈鎯ζ鞅４骐S機信息（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?。　　其中，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)計的芯片，例如MP3解碼芯片等。其優(yōu)點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)計的周期很長，而且投資大，風(fēng)險高。一旦設(shè)計結(jié)束后，功能就固化了，以后的升級改版困難比較大。電子產(chǎn)品的市場正在逐漸細分，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個可用門發(fā)展到現(xiàn)在的1000萬個可用門。

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　　從FPGA基礎(chǔ)講起，引導(dǎo)讀者快速入門，21個典型實例，全面講解FPGA在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，提供Altera和QuartusII和Xilinx的ISE兩個版本的源文件下載，圖文并茂，輕松閱讀?！　”緯敿氈v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)計的仿真驗證　　基于FPGA的片上可編程系統(tǒng)（SOPC）設(shè)計　　FPGA系統(tǒng)設(shè)計原則和技巧　　利用FPGA實現(xiàn)外設(shè)通信接口　　FPGA與DSP協(xié)同處理系統(tǒng)設(shè)計　　數(shù)字圖像倍焦系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)綜合實例　　高速PCI信號采集卡設(shè)計與實現(xiàn)綜合實例

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