Step By Step現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列設(shè)計(jì)入門(mén)與進(jìn)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)已成為一種趨勢(shì)。援引可編程邏輯器件的發(fā)明廠商賽靈思（XILINX）的情況說(shuō)明：XILINX公司在半導(dǎo)體行業(yè)中增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域之一——可編程邏輯器件（PLD）市場(chǎng)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(chǎng)超過(guò)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(jìn)行功能修改，因而PLD在半導(dǎo)體芯片市場(chǎng)中具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。XILINX PLD市場(chǎng)占有率（大于50%）超過(guò)其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手占有率的總和。在范圍更大的價(jià)值160多億美元的ASIC市場(chǎng)（其中包括PLD）中，XILINX是全球第二大供應(yīng)商（數(shù)據(jù)來(lái)源：2005年iSuppli將ASIC和PLD作為同一個(gè)組別進(jìn)行研究分析）。　　本書(shū)力求在作者多年從事針對(duì)XILINX可編程邏輯器件的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)與教學(xué)實(shí)踐工作的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本過(guò)程進(jìn)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(jì)方法。同時(shí)，根據(jù)作者在公司和高校使用XILINX器件進(jìn)行開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，本書(shū)所闡述的內(nèi)容對(duì)于正在探討、應(yīng)用可編程邏輯器件（PLD）的電子設(shè)計(jì)人員和其他科技工作者也有很好的參考價(jià)值。

內(nèi)容概要

本書(shū)由淺入深地介紹了基于XILINX現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列的數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)方法，著重講述了硬件表述語(yǔ)言作為數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)工具與一般軟件語(yǔ)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(shū)首先對(duì)元器件基本單元進(jìn)行說(shuō)明，然后對(duì)各種電路模塊和語(yǔ)言模板加以比較，再引入電路設(shè)計(jì)中的時(shí)序概念，同時(shí)對(duì)同步/異步問(wèn)題做了詳細(xì)分析，最后對(duì)XILINX的設(shè)計(jì)工具進(jìn)行了簡(jiǎn)要說(shuō)明。    數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)方法只有通過(guò)不斷的實(shí)踐才能真正掌握，本書(shū)還配有相關(guān)習(xí)題集，所有試驗(yàn)均在華桑電子教育平臺(tái)上驗(yàn)證通過(guò)。華桑電子教育平臺(tái)可參考網(wǎng)站http://www.inrevium.jp/pm/education_board/ts102.html。    本書(shū)可作為數(shù)字集成電路前端設(shè)計(jì)工程師的參考用書(shū)，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(jí)本科生和研究生的相關(guān)專業(yè)教材。

書(shū)籍目錄

第1章 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列和專用集成電路   1.1 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列及專用集成電路的優(yōu)點(diǎn)   1.2 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列及專用集成電路的設(shè)計(jì)流程   1.3 集成電路發(fā)展趨勢(shì)   1.4 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列的種類   1.5 靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列   1.6 XILINX現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列第2章 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列架構(gòu)基礎(chǔ)   2.1 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)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(jìn)位鏈和專用控制     2.2.3 存儲(chǔ)單元   2.3 塊存儲(chǔ)器   2.4 乘法器模塊   2.5 全局時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)     2.5.1 時(shí)鐘分布資源     2.5.2 全局時(shí)鐘輸入     2.5.3 時(shí)鐘輸出   2.6 數(shù)字時(shí)鐘管理   2.7 布線資源   2.8 輸入/輸出模塊第3章 開(kāi)發(fā)環(huán)境初步   3.1 數(shù)字電路開(kāi)發(fā)工具集快速教程     3.1.1 準(zhǔn)備工作     3.1.2 新建工程     3.1.3 編寫(xiě)源文件     3.1.4 綜合工具     3.1.5 編寫(xiě)用戶約束文件     3.1.6 設(shè)計(jì)實(shí)施   3.2 仿真工具快速教程     3.2.1 新建測(cè)試工作臺(tái)     3.2.2 啟動(dòng)     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(yǔ)言初步   4.1 邏輯電路基礎(chǔ)     4.1.1 基本門(mén)電路     4.1.2 組合邏輯   4.2 時(shí)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(jìn)制計(jì)數(shù)器     4.2.5 微分回路   4.3 狀態(tài)機(jī)     4.3.1 狀態(tài)機(jī)分類     4.3.2 狀態(tài)機(jī)寫(xiě)法     4.3.3 狀態(tài)機(jī)編碼第5章 XILINX IP   5.1 核生成工具     5.1.1 存儲(chǔ)器     5.1.2 先進(jìn)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(shí)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(shí)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(jì)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(wèn)題   7.3 異步電路的亞穩(wěn)態(tài)問(wèn)題     7.3.1 信號(hào)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(kāi)發(fā)平臺(tái)和設(shè)置   8.1 編碼風(fēng)格     8.1.1 電路實(shí)現(xiàn)     8.1.2 目標(biāo)器件     8.1.3 邏輯和寄存器的區(qū)分     8.1.4 時(shí)間約束的滿足     8.1.5 鎖存器的避免     8.1.6 狀態(tài)機(jī)   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(xiàng)     8.3.2 映射選項(xiàng)     8.3.3 布局布線選項(xiàng)     8.3.4 編譯報(bào)告     8.3.5 映射報(bào)告     8.3.6 布局布線報(bào)告

章節(jié)摘錄

　　第1章 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)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(guó)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(guò)程中，F(xiàn)PGA的集成度迅速提高，從最初的1200個(gè)可用門(mén)，90年代時(shí)的幾十萬(wàn)個(gè)可用門(mén)，發(fā)展到目前數(shù)百萬(wàn)門(mén)至上千萬(wàn)門(mén)的單片F(xiàn)PGA芯片。與此同時(shí)，硬件體系結(jié)構(gòu)在不斷地完善，且軟件開(kāi)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(jì)者可以集中精力進(jìn)行所需邏輯功能的設(shè)計(jì)，這樣不僅縮短了設(shè)計(jì)周期，也提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量?！　Ｓ眉呻娐罚ˋSIC）與現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）有著各自的優(yōu)點(diǎn)，下面通過(guò)具體的分析與比較介紹FPGA的特點(diǎn)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(diǎn)　　ASIC的全稱是Application Specific Integrated Circuit，中文譯為“專用集成電路”。ASIC的特點(diǎn)是：高性能、低功耗和低成本（高產(chǎn)量時(shí)）。從設(shè)計(jì)角度來(lái)講，ASIC需要對(duì)其中所有結(jié)構(gòu)體進(jìn)行物理層布局設(shè)計(jì)，用時(shí)較長(zhǎng)，開(kāi)發(fā)費(fèi)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(diǎn)　　FPGA芯片的特點(diǎn)是：開(kāi)發(fā)成本低，上市時(shí)間短，而且可以進(jìn)行重構(gòu)或升級(jí)。從設(shè)計(jì)角度來(lái)講，F(xiàn)PGA沒(méi)有物理層布局，芯片本身已經(jīng)是即用的成品，設(shè)計(jì)結(jié)尾用比特流配置器件，而且設(shè)計(jì)者可以自行配置芯片內(nèi)部構(gòu)架?！　　?/pre>




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