基于FPGA的硬件系統(tǒng)設(shè)計實驗與實踐教程

內(nèi)容概要

　　《基于FPGA的硬件系統(tǒng)設(shè)計實驗與實踐教程》介紹基于fpga的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法，在基本的功能部件設(shè)計基礎(chǔ)上，設(shè)計微處理器及單芯片系統(tǒng)?！痘贔PGA的硬件系統(tǒng)設(shè)計實驗與實踐教程》不僅介紹通用的數(shù)字電路和數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方法，并對計算機硬件系統(tǒng)的組織進行深入分析。通過運算電路設(shè)計、狀態(tài)機設(shè)計、risc模型機設(shè)計等實驗用例的訓(xùn)練，學(xué)生可以建立計算機的整機概念，了解數(shù)據(jù)在計算機中的表示、傳送、處理以及控制信息是如何完成對計算機系統(tǒng)的控制。
　　《基于FPGA的硬件系統(tǒng)設(shè)計實驗與實踐教程》取材新穎，采用實例教學(xué)的組織形式，內(nèi)容由淺人深，循序漸進。書中給出了大量設(shè)計實例及擴展方案，不僅可以作為教學(xué)內(nèi)容進行學(xué)習(xí)，部分內(nèi)容還具有了程實踐價值?！痘贔PGA的硬件系統(tǒng)設(shè)計實驗與實踐教程》可作為高等院校計算機類、電子類和自動化類等有關(guān)專業(yè)的教材和參考書，也可供有關(guān)專業(yè)工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章 可編程邏輯器件簡介
1.1 可編程邏輯器件概述
1.1.1 可編程邏輯器件的發(fā)展歷程
1.1.2 可編程邏輯器件的分類方法
1.2 可編程邏輯器件的設(shè)計流程
1.3 fpga發(fā)展概況
1.3.1 fpga的主要優(yōu)勢與發(fā)展前景
1.3.2 主流fpga產(chǎn)品及供應(yīng)商簡介
習(xí)題1
第2章 verilog hdl基礎(chǔ)
2.1 前言
2.2 程序示例
2.3 模塊
2.3.1 模塊的結(jié)構(gòu)
2.3.2 模塊的實例化
2.4 變量和信號的類型
2.5 verilog hdl表達式
2.5.1 常量
2.5.2 操作符
2.6 verilog hdl的主要功能語句
2.6.1 verilog hdl對硬件的描述方式
2.6.2 數(shù)據(jù)流描述
2.6.3 行為描述——過程塊
2.7 其他語法規(guī)則說明
2.7.1 標識符命名原則
2.7.2 標點的使用
2.7.3 注釋
2.7.4 轉(zhuǎn)義字符
2.7.5 編譯命令
2.7.6 參數(shù)
2.8 示例程序分析
2.9推薦閱讀
習(xí)題2
第3章 實驗環(huán)境介紹
3.1 eda軟件工具介紹
3.1.1 集成的fpga開發(fā)環(huán)境
3.1.2 modelsim介紹
3.1.3 synplify簡介
3.2 fpga典型實驗開發(fā)平臺簡介
3.2.1 康芯gw48-sopc實驗臺
3.2.2 xilinx xup spartan板
3.3 實驗儀器的使用方法
3.3.1 函數(shù)信號發(fā)生器
3.3.2 數(shù)字存儲示波器
3.3.3 邏輯分析儀
3.4 熟悉實驗環(huán)境
3.4.1 實驗?zāi)康?br />3.4.2 實驗內(nèi)容
3.4.3 實驗步驟
習(xí)題3
第4章 基本組合邏輯電路設(shè)計
4.1 組合邏輯電路基礎(chǔ)知識
4.1.1 組合邏輯電路的分析方法
4.1.2 組合邏輯電路分析舉例
4.1.3 組合邏輯電路的設(shè)計方法
4.2 數(shù)據(jù)比較器
4.2.1 數(shù)據(jù)比較器的功能
4.2.2 比較器電路的設(shè)計
4.3 數(shù)據(jù)選擇器
4.3.1 四選一數(shù)據(jù)選擇器
4.3.2 四選一數(shù)據(jù)選擇器的設(shè)計
4.3.3 數(shù)據(jù)選擇器的應(yīng)用
4.4 二進制加法器
4.4.1 半加器
4.4.2 全加器
4.5 編碼／譯碼器
4.5.1 bcd碼編碼器
4.5.2 bcd碼譯碼器
實驗4-1用原理圖輸入法設(shè)計四位加法器
實驗4-2數(shù)碼顯示譯碼器
習(xí)題4
第5章 基本時序邏輯設(shè)計
5.1 時序邏輯電路的基礎(chǔ)知識
5.2 觸發(fā)器
5.2.1 rs觸發(fā)器
5.2.2 d觸發(fā)器
5.2.3 jk觸發(fā)器與t觸發(fā)器
5.3 時序邏輯電路的分析方法
5.3.1 同步時序電路的分析方法
5.3.2 異步時序電路的分析方法
5.4 常見的時序邏輯電路設(shè)計
5.4.1 移位寄存器
5.4.2 計數(shù)器
5.4.3 分頻器
5.4.4 順序脈沖發(fā)生器
5.4.5 階乘運算器
實驗5-1可預(yù)置的加減計數(shù)器實驗
實驗5-2扭環(huán)形計數(shù)器
習(xí)題5
第6章 有限狀態(tài)機設(shè)計
6.1 狀態(tài)的描述
6.1.1 整數(shù)編碼狀態(tài)
6.1.2 parameter語句聲明狀態(tài)
6.1.3 define編譯引導(dǎo)語句
6.2 fsm的設(shè)計方法
6.2.1 moore型fsm的設(shè)計
6.2.2 mealy型fsm的設(shè)計
6.2.3 混合型fsm的設(shè)計
6.3 fsm的復(fù)位和毛刺問題
6.4 fsm設(shè)計示例
6.4.1 乘法器建模
6.4.2 序列檢測器的設(shè)計
6.4.3 交通燈控制器的設(shè)計
實驗6-1設(shè)計序列檢測器
習(xí)題6
第7章 加法器設(shè)計
7.1 定點加法器
7.1.1 進位鏈結(jié)構(gòu)
7.1.2 串行進位
7.1.3 并行進位
7.2 浮點加法器
7.2.1 規(guī)格化浮點數(shù)加減運算基本原理
7.2.2 浮點加法器的設(shè)計
7.3 運算器（alu）的設(shè)計
實驗7-18位加法器的設(shè)計
實驗7-216位超前進位加法器
習(xí)題7
第8章 乘、除法器的設(shè)計
8.1 常用的機器數(shù)編碼格式
8.2 定點乘法器原理及實現(xiàn)
8.2.1 原碼一位乘算法及實現(xiàn)
8.2.2 補碼一位乘算法及實現(xiàn)
8.3 定點除法器原理及實現(xiàn)
8.3.1 原碼不恢復(fù)余數(shù)除法
8.3.2 補碼不恢復(fù)余數(shù)除法
8.4 快速乘法器
8.4.1 修正布斯算法
8.4.2 華萊士樹結(jié)構(gòu)
實驗8-1原碼兩位乘法器
實驗8-2補碼兩位乘法器
習(xí)題8
第9章 存儲器建模
9.1 只讀存儲器rom的建模
9.1.1 rom的基本結(jié)構(gòu)
9.1.2 rom的建模
9.1.3 rom的仿真測試
9.2 隨機存儲器ram的建模
9.2.1 ram的基本結(jié)構(gòu)
9.2.2 ram的建模
9.2.3 ram的仿真測試
9.3 利用ipcore工具生成rom和ram
實驗9-1利用sram設(shè)計并實現(xiàn)fifo
習(xí)題9
第10章 opu的設(shè)計
10.1 cpu的基本組成
10.1.1 控制部件
10.1.2 運算部件
10.1.3 寄存器組
10.2 cpu設(shè)計的一般過程
10.3 heu-r1處理器指令集的設(shè)計
10.3.1 指令格式
10.3.2 指令集的設(shè)計
10.4 heu-r1內(nèi)部數(shù)據(jù)通路的設(shè)計
10。5時序系統(tǒng)的設(shè)計
10.6 heu-r1各功能模塊的設(shè)計
10.6.1 指令譯碼模塊的設(shè)計
10.6.2 立即數(shù)生成模塊
10.6.3 分支處理模塊
10.6.4 地址生成模塊
10.6.5 算術(shù)邏輯單元模塊
10.6.6 寄存器組模塊
10.6.7 cpu模塊
10.7 仿真驗證及結(jié)果
10.7.1 外圍模塊建模
10.7.2 系統(tǒng)復(fù)位
10.7.3 功能驗證
實驗10-1heu-r1處理器核的指令集擴展
習(xí)題10
第11章 數(shù)字電子時鐘設(shè)計
11.1 數(shù)字鐘功能需求說明
11.2 實驗平臺相關(guān)電路說明
11.2.1 7段數(shù)碼管
11.2.2 外部按鍵
11.2.3 音頻輸出
11.3 數(shù)字鐘系統(tǒng)的設(shè)計
11.4 數(shù)字鐘各模塊的設(shè)計
11.4.1 時鐘分頻模塊
11.4.2 計時模塊（包含按鍵控制）
11.4.3 音頻輸出模塊
11.5 仿真驗證
11.6 引腳設(shè)置
實驗11-1整點報時鬧鐘設(shè)計
習(xí)題11
第12章 vga接口控制器
12.1 視頻信號原理
12.2 數(shù)字視頻圖像的表示
12.3 vga接口介紹
12.4 vga信號時序
12.5 vga接口控制器設(shè)計
12.5.1 vgasig模塊
12.5.2 colormap模塊
12.5.3 頂層模塊
12.5.4 功能仿真
12.5.5 引腳設(shè)置
實驗12-1800~600分辨率vga接口的設(shè)計
實驗12-2vga動態(tài)圖形顯示控制
習(xí)題12
第13章 fir數(shù)字濾波器設(shè)計
13.1 數(shù)字濾波器概述
13.2 fir濾波器的結(jié)構(gòu)
13.3 fdatool工具使用介紹
13.3.1 matlab簡介
13.3.2 fdatool設(shè)計fir濾波器的參數(shù)
13.4 窗函數(shù)法fir濾波器的設(shè)計
13.4.1 窗函數(shù)的選擇
13.4.2 窗函數(shù)法fir濾波器的設(shè)計步驟
13.5 fir濾波器的fpga實現(xiàn)
13.5.1 濾波器系數(shù)的量化
13.5.2 16階fir濾波器的實現(xiàn)
13.5.3 在modelsim中加入altera仿真庫
13.6 fir濾波器的仿真驗證
13.6.1 仿真數(shù)據(jù)文件的格式
13.6.2 測試平臺程序的設(shè)計
13.6.3 仿真結(jié)果分析
實驗13-1低通fir濾波器的設(shè)計
實驗13-2fir濾波器的硬件實現(xiàn)及仿真
習(xí)題13
第14章 基于nios的sopc系統(tǒng)
14.1 sopc技術(shù)概述
14.1.1 1p核與ip復(fù)用技術(shù)
14.1.2 片上總線
14.2 嵌入式微處理器核介紹
14.2.1 alteranios ii軟核處理器
14.2.2 xilinx microblaze核
14.3 基于nios的sopc系統(tǒng)開發(fā)流程
14.4 基于nios的跑馬燈控制器的設(shè)計
14.4.1 基本sopc系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
14.4.2 jtag uart ip核
14.5 跑馬燈控制器的硬件實現(xiàn)
14.5.1 新建sopc設(shè)計項目
14.5.2 各模塊的設(shè)計
14.5.3 存儲器地址和irq分配
14.5.4 nios ii系統(tǒng)生成
14.5.5 sopc系統(tǒng)生成
14.6 跑馬燈控制器的軟件設(shè)計
14.6.1 c源程序輸入
14.6.2 代碼優(yōu)化
14.6.3 程序運行和下載
實驗14-1基于nios ii處理器計時器的設(shè)計
習(xí)題14
附錄verilog hdl關(guān)鍵字
參考文獻

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