基于VHDL的FPGA開(kāi)發(fā)快速入門(mén)·技巧·實(shí)例

前言

　　本書(shū)作者從事數(shù)字電路設(shè)計(jì)工作已有多年，深感基于VHDL硬件描述語(yǔ)言的FPGA技術(shù)在電子信息工程領(lǐng)域的重要性。VHDL作為當(dāng)今非常流行的硬件描述語(yǔ)言，已經(jīng)隨著可編程邏輯器件在國(guó)內(nèi)的迅猛發(fā)展，深深地吸引了廣大電子硬件工程師。用VHDL編程實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的電路功能已經(jīng)成為廣大電子硬件工程師進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的首選。用。硬件描述語(yǔ)言做電路設(shè)計(jì)具有開(kāi)發(fā)周期短、設(shè)計(jì)易于修改、電路簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)那些外形結(jié)構(gòu)要求小巧的微電子系統(tǒng)，可以直接利用FPGA器件的可編程特性來(lái)大大減少芯片的使用量，從而提高外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活性及系統(tǒng)可靠性。目前，全球最大的可編程邏輯器件制造商、FPGA的發(fā)明者Xilinx公司已經(jīng)成功推出了ISE 10．1，這將引導(dǎo)FPGA的設(shè)計(jì)進(jìn)入一個(gè)更快速、更成熟、更具時(shí)代前瞻性的嶄新階段。　　與此同時(shí)，各大公司和高校也紛紛設(shè)立了可編程邏輯器件（主要指FPGA和CPLD）設(shè)計(jì)研究機(jī)構(gòu)，已經(jīng)有相當(dāng)一部分電子硬件開(kāi)發(fā)人員和學(xué)者在從事與之相關(guān)的工作和研究。尤其是在各大高校，可編程邏輯課題組如雨后春筍已經(jīng)在全國(guó)蔓延開(kāi)來(lái)。正是有了這樣的現(xiàn)實(shí)背景，渴望有一本通俗易懂，有大量實(shí)際開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的入門(mén)指導(dǎo)性書(shū)籍已經(jīng)成為許多在校大學(xué)生和在職工程技術(shù)人員的迫切愿望。縱觀現(xiàn)有書(shū)店里的FPGA設(shè)計(jì)指導(dǎo)類書(shū)籍，大多注重對(duì)設(shè)計(jì)理論的闡述而對(duì)實(shí)際的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)談之較少，這對(duì)那些需要在短時(shí)間內(nèi)快速掌握FPGA開(kāi)發(fā)方法、能盡快上手做設(shè)計(jì)的初學(xué)者來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是很難在選擇參考書(shū)上做出果斷、準(zhǔn)確的選擇?！　』贔PGA的電子設(shè)計(jì)是一個(gè)靈活性、實(shí)踐性非常強(qiáng)的工作，需要有相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn)才能設(shè)計(jì)出具有高可靠性的產(chǎn)品，因此缺乏理論與實(shí)踐結(jié)合的學(xué)習(xí)不僅會(huì)對(duì)工程的開(kāi)發(fā)有相當(dāng)大的負(fù)面影響，而且隨著學(xué)習(xí)的深入還容易陷入“死胡同”。正是基于這些寶貴的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，本書(shū)的作者特別希望擺脫傳統(tǒng)的寫(xiě)作方式對(duì)學(xué)習(xí)者思路的束縛，因而將本書(shū)的基調(diào)定位為“用理論指導(dǎo)實(shí)踐，用實(shí)踐驗(yàn)證發(fā)展理論”。

內(nèi)容概要

　　本書(shū)是一本專門(mén)介紹如何快速掌握使用VHDL語(yǔ)言開(kāi)發(fā)FPGA的方法與技巧的圖書(shū)。本書(shū)從最基本的VHDL硬件描述語(yǔ)言講起，先是通過(guò)對(duì)VHDL概念、語(yǔ)法、基本電路編程方法的講解，讓讀者掌握FPGA的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言；接著通過(guò)對(duì)FPGA開(kāi)發(fā)工具、開(kāi)發(fā)思想、開(kāi)發(fā)技巧的詳細(xì)闡述，讓讀者從根本上理解FPGA開(kāi)發(fā)的深層內(nèi)涵；最后通過(guò)大量的工程實(shí)例，將FPGA開(kāi)發(fā)語(yǔ)言、開(kāi)發(fā)工具、開(kāi)發(fā)思想和實(shí)際工程實(shí)現(xiàn)完美的結(jié)合?！　”緯?shū)把讀者的實(shí)際需求作為內(nèi)容的切入點(diǎn)，在講述抽象理論時(shí)注重引用實(shí)例將理論形象化，在講述實(shí)例時(shí)又注重將優(yōu)秀的設(shè)計(jì)理念巧妙融合進(jìn)來(lái)。全書(shū)講述清楚，內(nèi)容由淺入深，書(shū)中的大量實(shí)例凝結(jié)了作者多年的實(shí)際開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，具有較高的參考意義和實(shí)用價(jià)值。本書(shū)既可作為廣大數(shù)字電路設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)指南，也可以作為高等院校電子、通信、計(jì)算機(jī)類專業(yè)的教材和參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

第1章　VHDL語(yǔ)言概述及基本結(jié)構(gòu)　　1.1　VHDL語(yǔ)言概述　　　1.1.1　VHDL語(yǔ)言的產(chǎn)生歷史　　　1.1.2　用VHDL語(yǔ)言進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)的主要優(yōu)勢(shì)　　　1.1.3　用VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)的基本流程　　　1.1.4　VHDL語(yǔ)言與Verilog HDL語(yǔ)言的比較　　1.2　VHDL語(yǔ)言程序的基本模型結(jié)構(gòu)　　　1.2.1　VHDL語(yǔ)言程序的基本結(jié)構(gòu)單元　　　1.2.2　VHDL語(yǔ)言結(jié)構(gòu)體的3種描述方法　　　1.2.3　VHDL語(yǔ)言結(jié)構(gòu)體的子結(jié)構(gòu)描述　第2章　VHDL的語(yǔ)法要素　　2.1　VHDL語(yǔ)言的數(shù)據(jù)操作要素　　　2.1.1　VHDL語(yǔ)言的數(shù)據(jù)對(duì)象　　　2.1.2　VHDL語(yǔ)言的數(shù)據(jù)類型　　2.2　VHDL語(yǔ)言的運(yùn)算操作符　　　2.2.1　邏輯運(yùn)算符　　　2.2.2　算術(shù)運(yùn)算符　　　2.2.3　關(guān)系運(yùn)算符　　　2.2.4　并置運(yùn)算符　　　2.2.5　運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)　　2.3　VHDL語(yǔ)言的詞法規(guī)定　　　2.3.1　字符　　　2.3.2　分界符　　　2.3.3　標(biāo)識(shí)符　　　2.3.4　注釋　　2.4　VHDL語(yǔ)言中的庫(kù)　　　2.4.1　庫(kù)的概念　　　2.4.2　常見(jiàn)的庫(kù)　　2.5　VHDL語(yǔ)言中的程序包　　　2.5.1　程序包的基本概念　　　2.5.2　常見(jiàn)的程序包　第3章　VHDL語(yǔ)言的描述語(yǔ)句　　3.1　順序描述語(yǔ)句　　　3.1.1　WAIT語(yǔ)句　　　3.1.2　順序賦值語(yǔ)句　　　3.1.3　IF語(yǔ)句　　　3.1.4　CASE語(yǔ)句　　　3.1.5　LOOP語(yǔ)句　　　3.1.6　NEXT語(yǔ)句與EXIT語(yǔ)句　　　3.1.7　ASSERT語(yǔ)句　　　3.1.8　RETURN語(yǔ)句　　3.2　并行描述語(yǔ)句　　　3.2.1　并行信號(hào)賦值語(yǔ)句　　　3.2.2　并行子結(jié)構(gòu)語(yǔ)句　　　3.2.3　參數(shù)傳遞與元件語(yǔ)句　　　3.2.4　生成語(yǔ)句　　3.3　VHDL語(yǔ)言中的屬性描述語(yǔ)句　　　3.3.1　數(shù)值屬性　　　3.3.2　函數(shù)屬性　　　3.3.3　信號(hào)類屬性　第4章　基于VHDL的基礎(chǔ)邏輯電路的設(shè)計(jì)　　4.1　基礎(chǔ)組合邏輯電路的VHDL程序設(shè)計(jì)　　　4.1.1　組合邏輯電路的分析方法　　　4.1.2　基本門(mén)電路　　　4.1.3　基本編碼譯碼器電路　　　4.1.4　基本選擇器電路　　　4.1.5　基本比較器電路　　4.2　基礎(chǔ)時(shí)序邏輯電路的VHDL程序設(shè)計(jì)　　　4.2.1　時(shí)序邏輯電路的分析方法　　　4.2.2　基本觸發(fā)器電路　　　4.2.3　基本寄存器電路　　　4.2.4　基本計(jì)數(shù)器電路　第5章　基于VHDL的小型數(shù)字電路的設(shè)計(jì)　第6章　FPGA原理及當(dāng)前發(fā)展現(xiàn)狀　第7章　用ISE 9.1i開(kāi)發(fā)FPGA　第8章　FPGA常用設(shè)計(jì)思想與技巧　第9章　基于FPGA的大中型實(shí)例設(shè)計(jì)　參考文獻(xiàn)　

章節(jié)摘錄

　　硬件描述語(yǔ)言HDL是一種用形式化方法描述數(shù)字電路和系統(tǒng)的語(yǔ)言。利用這種語(yǔ)言，設(shè)計(jì)人員可以在數(shù)字電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中從上層到下層逐層描述自己的設(shè)計(jì)思想。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員首先用一系列分層次的模塊來(lái)表示極其復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)，然后，利用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）工具，逐層進(jìn)行仿真驗(yàn)證，再把其中需要變?yōu)閷?shí)際電路的模塊組合，經(jīng)過(guò)自動(dòng)綜合工具轉(zhuǎn)換到門(mén)級(jí)電路網(wǎng)表，最后，用專用集成電路（ASIC）或現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）自動(dòng)布局布線工具，把網(wǎng)表轉(zhuǎn)換為要實(shí)現(xiàn)的具體電路布線結(jié)構(gòu)。通過(guò)這種高層次設(shè)計(jì)（high-level-design）的方法，設(shè)計(jì)思想也一步一步從抽象走向了具體?！　∧壳埃@種邏輯性強(qiáng)、易于洞察設(shè)計(jì)每個(gè)細(xì)節(jié)的新方法已被廣泛采用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前在美國(guó)硅谷約有85％以上的ASIC和FPGA采用硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)?！　∮布枋稣Z(yǔ)言HDL的發(fā)展至今已有20多年的歷史，并成功地應(yīng)用于設(shè)計(jì)的各個(gè)階段：建模、仿真、驗(yàn)證和綜合等。到20世紀(jì)80年代，已出現(xiàn)了上百種硬件描述語(yǔ)言，對(duì)設(shè)計(jì)自動(dòng)化曾起到了極大的促進(jìn)和推動(dòng)作用。但是，這些語(yǔ)言一般各自面向特定的設(shè)計(jì)領(lǐng)域和層次，而且眾多的語(yǔ)言使用戶無(wú)所適從。因此，急需一種面向設(shè)計(jì)的多領(lǐng)域、多層次并得到普遍認(rèn)同的標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語(yǔ)言。20世紀(jì)80年代后期，VHDL和Verilog HDL語(yǔ)言適應(yīng)了這種趨勢(shì)的要求，先后成為IEEE標(biāo)準(zhǔn)，并得到了廣泛的應(yīng)用。本書(shū)將以VHDL語(yǔ)言為基礎(chǔ)，在詳細(xì)討論VHDL。語(yǔ)言用法的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)例探索利用FPGA進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法。

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