Step By Step現(xiàn)場可編程門陣列設(shè)計入門與進階

前言

　　現(xiàn)今可編程邏輯器件（PLD）技術(shù)發(fā)展迅速，采用可編程邏輯器件實現(xiàn)系統(tǒng)已成為一種趨勢。援引可編程邏輯器件的發(fā)明廠商賽靈思（XILINX）的情況說明：XILINX公司在半導(dǎo)體行業(yè)中增長最快的領(lǐng)域之一——可編程邏輯器件（PLD）市場中雄居領(lǐng)先地位。根據(jù)iSuppli的數(shù)據(jù)，2006年XILINX公司占有可編程邏輯器件市場超過一半以上的份額。由于PLD器件具有的靈活性，以及在產(chǎn)品制造完成后仍可進行功能修改，因而PLD在半導(dǎo)體芯片市場中具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。XILINX PLD市場占有率（大于50%）超過其競爭對手占有率的總和。在范圍更大的價值160多億美元的ASIC市場（其中包括PLD）中，XILINX是全球第二大供應(yīng)商（數(shù)據(jù)來源：2005年iSuppli將ASIC和PLD作為同一個組別進行研究分析）?！　”緯η笤谧髡叨嗄陱氖箩槍ILINX可編程邏輯器件的設(shè)計開發(fā)與教學(xué)實踐工作的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)場可編程門陣列設(shè)計的基礎(chǔ)知識和基本過程進行介紹，使讀者能夠由淺入深地逐步掌握可編程邏輯器件的基本設(shè)計方法。同時，根據(jù)作者在公司和高校使用XILINX器件進行開發(fā)的經(jīng)驗，本書所闡述的內(nèi)容對于正在探討、應(yīng)用可編程邏輯器件（PLD）的電子設(shè)計人員和其他科技工作者也有很好的參考價值。

內(nèi)容概要

本書由淺入深地介紹了基于XILINX現(xiàn)場可編程門陣列的數(shù)字集成電路設(shè)計方法，著重講述了硬件表述語言作為數(shù)字集成電路設(shè)計工具與一般軟件語言的區(qū)別，以及與基本電路構(gòu)造之間的緊密聯(lián)系。本書首先對元器件基本單元進行說明，然后對各種電路模塊和語言模板加以比較，再引入電路設(shè)計中的時序概念，同時對同步/異步問題做了詳細分析，最后對XILINX的設(shè)計工具進行了簡要說明。    數(shù)字集成電路設(shè)計方法只有通過不斷的實踐才能真正掌握，本書還配有相關(guān)習(xí)題集，所有試驗均在華桑電子教育平臺上驗證通過。華桑電子教育平臺可參考網(wǎng)站http://www.inrevium.jp/pm/education_board/ts102.html。    本書可作為數(shù)字集成電路前端設(shè)計工程師的參考用書，也可用作有志于成為數(shù)字集成電路工程師的高等院校高年級本科生和研究生的相關(guān)專業(yè)教材。

書籍目錄

第1章 現(xiàn)場可編程門陣列和專用集成電路   1.1 現(xiàn)場可編程門陣列及專用集成電路的優(yōu)點   1.2 現(xiàn)場可編程門陣列及專用集成電路的設(shè)計流程   1.3 集成電路發(fā)展趨勢   1.4 現(xiàn)場可編程門陣列的種類   1.5 靜態(tài)隨機存儲現(xiàn)場可編程門陣列   1.6 XILINX現(xiàn)場可編程門陣列第2章 現(xiàn)場可編程門陣列架構(gòu)基礎(chǔ)   2.1 現(xiàn)場可編程門陣列結(jié)構(gòu)   2.2 可配置邏輯模塊     2.2.1 四輸入查找表     2.2.2 進位鏈和專用控制     2.2.3 存儲單元   2.3 塊存儲器   2.4 乘法器模塊   2.5 全局時鐘網(wǎng)絡(luò)     2.5.1 時鐘分布資源     2.5.2 全局時鐘輸入     2.5.3 時鐘輸出   2.6 數(shù)字時鐘管理   2.7 布線資源   2.8 輸入/輸出模塊第3章 開發(fā)環(huán)境初步   3.1 數(shù)字電路開發(fā)工具集快速教程     3.1.1 準備工作     3.1.2 新建工程     3.1.3 編寫源文件     3.1.4 綜合工具     3.1.5 編寫用戶約束文件     3.1.6 設(shè)計實施   3.2 仿真工具快速教程     3.2.1 新建測試工作臺     3.2.2 啟動     3.2.3 設(shè)置工作目錄     3.2.4 編譯     3.2.5 仿真第4章 硬件描述語言初步   4.1 邏輯電路基礎(chǔ)     4.1.1 基本門電路     4.1.2 組合邏輯   4.2 時序電路基礎(chǔ)     4.2.1 D觸發(fā)器     4.2.2 移位寄存器     4.2.3 串并轉(zhuǎn)換器     4.2.4 二進制計數(shù)器     4.2.5 微分回路   4.3 狀態(tài)機     4.3.1 狀態(tài)機分類     4.3.2 狀態(tài)機寫法     4.3.3 狀態(tài)機編碼第5章 XILINX IP   5.1 核生成工具     5.1.1 存儲器     5.1.2 先進先出堆棧   5.2 架構(gòu)向?qū)?  5.3 直接例化第6章 用戶約束基礎(chǔ)   6.1 約束概要     6.1.1 時序約束概要     6.1.2 布局布線指導(dǎo)約束概要   6.2 用戶約束文件     6.2.1 組的約束     6.2.2 時間約束概要     6.2.3 布局布線指導(dǎo)第7章 同步/異步設(shè)計原理   7.1 亞穩(wěn)態(tài)     7.1.1 亞穩(wěn)態(tài)的概念     7.1.2 亞穩(wěn)態(tài)的危害   7.2 同步電路的亞穩(wěn)態(tài)問題   7.3 異步電路的亞穩(wěn)態(tài)問題     7.3.1 信號解決方案     7.3.2 脈沖解決方案     7.3.3 總線解決方案第8章 ISE的綜合開發(fā)平臺和設(shè)置   8.1 編碼風(fēng)格     8.1.1 電路實現(xiàn)     8.1.2 目標器件     8.1.3 邏輯和寄存器的區(qū)分     8.1.4 時間約束的滿足     8.1.5 鎖存器的避免     8.1.6 狀態(tài)機   8.2 綜合工具和設(shè)定   8.3 布局布線工具及其設(shè)定     8.3.1 編譯選項     8.3.2 映射選項     8.3.3 布局布線選項     8.3.4 編譯報告     8.3.5 映射報告     8.3.6 布局布線報告

章節(jié)摘錄

　　第1章 現(xiàn)場可編程門陣列和專用集成電路　　FPGA是一種可編程邏輯器件，起源于美國的XILINX公司，該公司于1985年推出了世界上第一塊FPGA芯片。在這20多年的發(fā)展過程中，F(xiàn)PGA的集成度迅速提高，從最初的1200個可用門，90年代時的幾十萬個可用門，發(fā)展到目前數(shù)百萬門至上千萬門的單片F(xiàn)PGA芯片。與此同時，硬件體系結(jié)構(gòu)在不斷地完善，且軟件開發(fā)工具也日趨成熟。FPGA結(jié)合了微電子技術(shù)、EDA技術(shù)與電路技術(shù)，使設(shè)計者可以集中精力進行所需邏輯功能的設(shè)計，這樣不僅縮短了設(shè)計周期，也提高了設(shè)計質(zhì)量?！　Ｓ眉呻娐罚ˋSIC）與現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）有著各自的優(yōu)點，下面通過具體的分析與比較介紹FPGA的特點與用途。　　1.全定制、半定制、可編程芯片的集成電路世界　　集成電路（Integrated Circuit，IC）已經(jīng)是現(xiàn)代電子產(chǎn)品中不可或缺的-一部分，它們?nèi)谌氲搅耸澜缟蠋缀跛械墓I(yè)領(lǐng)域。集成電路從定制類型上可分為全定制（Full.custom）、半定制（Semi—custom）、可編程芯片等。其中，全定制芯片與半定制芯片為ASIC的形式；可編程芯片包括SPLD、CPLD和FPGA三大類，SPLD的全稱是Simple Programmable Logic Device，CPLD的全稱是Complex Programmable Logic Device，F(xiàn)PGA的全稱是Field Programmable Gates Array?！　?.ASIC芯片的特點　　ASIC的全稱是Application Specific Integrated Circuit，中文譯為“專用集成電路”。ASIC的特點是：高性能、低功耗和低成本（高產(chǎn)量時）。從設(shè)計角度來講，ASIC需要對其中所有結(jié)構(gòu)體進行物理層布局設(shè)計，用時較長，開發(fā)費用較高，而且一般只能由半導(dǎo)體制造廠構(gòu)造完成?！　?.FPGA芯片的特點　　FPGA芯片的特點是：開發(fā)成本低，上市時間短，而且可以進行重構(gòu)或升級。從設(shè)計角度來講，F(xiàn)PGA沒有物理層布局，芯片本身已經(jīng)是即用的成品，設(shè)計結(jié)尾用比特流配置器件，而且設(shè)計者可以自行配置芯片內(nèi)部構(gòu)架?！　　?/pre>




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