FPGA数字系统设计＝FPGA DIGITAL SYSTEM DESIGNPDF电子书下载
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- 作 者：薛一鸣
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图书介绍： 查看图书目录点击购买PDF全本电子书 上一篇：花卉图案设计下一篇：野兽天性 《FPGA数字系统设计＝FPGA DIGITAL SYSTEM DESIGN》目录 标签：数字 设计 系统
基础篇3
第1章 可编程逻辑器件基础3
1.1 可编程逻辑器件概述3
1.2 CPLD的原理与结构4
1.2.1 乘积项的工作原理4
1.2.2 CPLD的一般结构4
1.3 FPGA的原理与结构6
1.3.1 查找表的基本原理6
1.3.2 FPGA的结构7
第2章 Verilog HDL语言基础12
2.1 硬件描述语言概述12
2.2 Verilog HDL模块的结构13
2.3 Verilog HDL语言要素14
2.3.1 标识符与关键词14
2.3.2 注释14
2.3.3 四值逻辑14
2.3.4 常量及其表示15
2.3.5 数据类型16
2.4 表达式和运算符17
2.4.1 连接与复制操作符18
2.4.2 符号运算符19
2.4.3 算术运算符19
2.4.4 关系运算符21
2.4.5 逻辑运算符22
2.4.6 全等比较运算符23
2.4.7 按位运算符24
2.4.8 归约运算符25
2.4.9 移位操作符27
2.4.10 条件运算符27
2.4.11 优先级说明28
2.5 Verilog HDL的行为建模28
2.5.1 行为描述的结构29
2.5.2 过程结构29
2.5.3 时序控制30
2.5.4 赋值语句32
2.5.5 条件与控制语句35
2.5.6 任务与函数结构38
2.5.7 可综合与不可综合40
2.6 Verilog HDL的结构化建模41
2.6.1 内置的基本门及其例化41
2.6.2 模块实例化43
2.6.3 层次化设计44
2.7 系统任务和系统函数44
2.7.1 显示任务45
2.7.2 文件输入/输出任务46
2.7.3 从文件中读取数据任务46
2.7.4 仿真控制任务47
2.7.5 仿真时间函数47
2.8 编译指令48
2.9 验证平台搭建49
2.9.1 验证平台结构49
2.9.2 待验证设计50
2.9.3 时钟生成器50
2.9.4 激励发生器（Stimulator）51
2.9.5 比较器（Checker）51
2.9.6 验证平台完整实例52
第3章 数字逻辑HDL描述56
3.1 组合逻辑电路设计举例56
3.1.1 比较器56
3.1.2 编码器57
3.1.3 译码器58
3.1.4 简单的ALU电路59
3.2 时序逻辑电路设计举例60
3.2.1 D触发器60
3.2.2 移位寄存器61
3.2.3 计数器62
3.2.4 分频电路64
3.3 有限状态机设计65
第4章 基于 Vivado的FPGA开发流程67
4.1 FPGA基本开发流程67
4.2 设计规划68
4.2.1 规划的内容及意义69
4.2.2 设计规划实例69
4.3 设计输入69
4.3.1 设计输入方式69
4.3.2 设计实例70
4.4 功能仿真76
4.4.1 功能仿真的目的76
4.4.2 功能仿真的原理76
4.4.3 编写测试验证程序77
4.4.4 功能仿真实例77
4.5 综合81
4.5.1 综合的目的81
4.5.2 综合的原理81
4.5.3 综合实例81
4.6 实现87
4.6.1 实现的目的87
4.6.2 实现的原理88
4.6.3 实现实例88
4.7 时序仿真96
4.7.1 时序仿真的目的96
4.7.2 时序仿真的原理96
4.7.3 仿真实例96
4.8 FPGA调试98
4.8.1 FPGA逻辑分析仪98
4.8.2 使用流程99
4.8.3 调试实例99
第5章 FPGA基础实验106
5.1 预备实验107
5.1.1 实验设备107
5.1.2 功能要求108
5.1.3 设计分析108
5.1.4 逻辑设计110
5.1.5 实现流程114
5.1.6 拓展任务114
5.2 信号采集114
5.2.1 实验设备114
5.2.2 功能要求117
5.2.3 设计分析117
5.2.4 逻辑设计120
5.2.5 实现流程123
5.2.6 拓展任务123
5.3 信号传输123
5.3.1 实验设备123
5.3.2 功能要求124
5.3.3 设计分析124
5.3.4 逻辑设计126
5.3.5 实现流程127
5.3.6 拓展任务127
5.4 信号处理127
5.4.1 实验设备127
5.4.2 功能要求127
5.4.3 设计分析127
5.4.4 逻辑设计132
5.4.5 仿真结果133
5.4.6 实现流程135
5.4.7 拓展任务135
5.5 信号输出（执行）135
5.5.1 实验设备135
5.5.2 功能要求139
5.5.3 设计分析139
5.5.4 逻辑设计144
5.5.5 实现流程151
5.5.6 拓展任务152
提高篇155
第6章 FPGA高级设计举例155
6.1 FPGA编码技巧155
6.2 流水线设计159
6.2.1 流水线技术的原理159
6.2.2 流水线设计及实现思路160
6.2.3 流水线设计实例160
6.3 FIR滤波器设计163
6.3.1 FIR滤波器的数学原理163
6.3.2 基于FPGA的FIR滤波器设计及实现思路163
6.3.3 FIR滤波器的FPGA实现结构164
6.3.4 FIR设计实例164
6.4 SPI接口设计171
6.4.1 SPI接口原理171
6.4.2 SPI接口的设计及实现思路173
6.4.3 SPI接口设计实例174
6.5 异步FIFO设计180
6.5.1 异步FIFO的工作原理180
6.5.2 异步FIFO设计及实现思路181
6.5.3 异步FIFO设计实例183
第7章 FPGA的时序约束与时序分析188
7.1 静态时序分析188
7.2 DFF时序参数188
7.3 时序分析与时序约束189
7.3.1 时序分析模型189
7.3.2 寄存器与寄存器间时序约束190
7.3.3 输入接口时序约束191
7.3.4 输出接口时序约束191
7.4 时序分析举例192
7.4.1 约束文件（xdc、sdc）192
7.4.2 约束检查（check_timing）193
7.4.3 时序分析195
第8章 Zynq SoC嵌入式系统设计199
8.1 Zynq结构199
8.1.1 Zynq结构概述199
8.1.2 APU199
8.1.3 PL201
8.1.4 片上外设202
8.2 系统互连202
8.2.1 AXI4总线协议202
8.2.2 Zynq内部互连206
8.3 基于Zynq平台的嵌入式系统设计210
8.3.1 基于Zynq平台的嵌入式系统开发流程210
8.3.2 系统设计输入210
8.3.3 HLS设计213
8.3.4 IP集成221
8.3.5 软件设计222
8.4 Zynq设计举例223
8.4.1 IP集成设计223
8.4.2 软件开发232
8.4.3 运行效果237
第9章 基于Zynq的AI应用——CNN手写数字识别系统239
9.1 算法分析239
9.1.1 手写识别算法分析239
9.1.2 CNN算法简介239
9.1.3 Lenet5网络结构240
9.2 系统架构241
9.3 卷积加速核设计243
9.4 硬件架构设计247
9.5 软件架构设计249
9.6 系统性能分析250
9.6.1 功耗评估250
9.6.2 器件资源利用率251
9.6.3 时序约束251
9.6.4 加速性能251
第10章 FPGA综合实验253
10.1 语音处理系统的FPGA实现253
10.1.1 实验设备253
10.1.2 功能要求253
10.1.3 设计分析254
10.1.4 逻辑设计255
10.1.5 仿真结果259
10.1.6 实现流程259
10.1.7 拓展任务259
10.2 数字示波器的FPGA实现260
10.2.1 实验设备261
10.2.2 功能要求261
10.2.3 设计分析261
10.2.4 逻辑设计262
10.2.5 仿真结果267
10.2.6 实现流程267
10.2.7 拓展任务267
10.3 基于Zynq的CNN手写数字识别系统实现267
10.3.1 实验设备267
10.3.2 功能要求268
10.3.3 设计分析268
10.3.4 实现步骤268
10.3.5 实验效果288
10.3.6 拓展任务289
附录A Basys3开发板290
附录B ZYBO开发板294
参考文献299
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摘要：本文以《FPGA数字系统设计＝FPGA DIGITAL SYSTEM DESIGN.pdf电子书版文档下载》为中心，详细阐述了FPGA数字系统设计的相关知识，包括FPGA的基本概念、设计流程、应用领域以及发展趋势。通过对该电子书内容的深入分析，旨在为读者提供全面了解FPGA数字系统设计的途径。
1、FPGA基本概念
FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）是一种可编程逻辑器件，具有高度灵活性和可定制性。与传统集成电路相比，FPGA可以在不改变硬件电路的情况下，通过编程来改变其功能。这使得FPGA在数字系统设计中具有广泛的应用前景。
FPGA的基本结构包括输入输出单元、逻辑单元、存储单元和可编程互连资源。这些资源可以根据设计需求进行配置，实现复杂的数字系统功能。
随着FPGA技术的不断发展，其性能和功能得到了显著提升。现代FPGA具有更高的集成度、更低的功耗和更快的处理速度，为数字系统设计提供了更多可能性。
2、FPGA设计流程
FPGA设计流程主要包括以下几个步骤：需求分析、硬件描述语言（HDL）编程、仿真验证、综合与布局布线、硬件编程与测试。
需求分析阶段，需要明确设计目标、功能要求和性能指标。根据需求分析结果，选择合适的FPGA芯片和开发工具。
在HDL编程阶段，使用VHDL或Verilog等硬件描述语言编写数字系统功能模块。仿真验证阶段，通过仿真工具对设计进行功能验证，确保设计满足预期要求。
综合与布局布线阶段，将HDL代码转换为门级网表，并进行布局布线。硬件编程与测试阶段，将设计下载到FPGA芯片中，进行实际测试，确保系统稳定运行。
3、FPGA应用领域
FPGA在数字系统设计中的应用领域十分广泛，主要包括以下几个方面：
通信领域：FPGA在通信系统中可用于实现高速数据传输、信号处理、协议转换等功能。
图像处理领域：FPGA在图像处理领域可用于实现图像滤波、边缘检测、图像压缩等功能。
工业控制领域：FPGA在工业控制系统中可用于实现实时控制、数据采集、故障诊断等功能。
其他领域：FPGA在医疗、汽车、航空航天等领域也有广泛应用。
4、FPGA发展趋势
随着FPGA技术的不断发展，未来FPGA将呈现以下发展趋势：
更高集成度：FPGA芯片的集成度将不断提高，集成更多功能模块，降低系统复杂度。
更低功耗：FPGA芯片的功耗将不断降低，提高能效比，满足绿色环保要求。
更快的处理速度：FPGA芯片的处理速度将不断提高，满足高速数据处理需求。
更易用性：FPGA开发工具将更加易用，降低开发门槛，吸引更多开发者。
总结：
本文通过对《FPGA数字系统设计＝FPGA DIGITAL SYSTEM DESIGN.pdf电子书版文档下载》的详细分析，全面介绍了FPGA数字系统设计的相关知识。FPGA作为一种高度灵活和可定制的数字系统设计工具，在通信、图像处理、工业控制等领域具有广泛的应用前景。随着FPGA技术的不断发展，其性能和功能将得到进一步提升，为数字系统设计带来更多可能性。
本文由nayona.cn整理
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