FPGA設計實戰

《FPGA設計實戰》是2009年6月16日出版圖書，作者是Peter R.Wilson，由杜生海 等人翻譯，本書不僅介紹了FPGA基本概念，還介紹了設計邏輯和技巧，使讀者能夠開發出實際高效的代碼。

基本介紹

• 書名：FPGA設計實戰
• 作者： Peter R.Wilson
• ISBN：978-7-115-20810-1
• 類別：電力電子
• 頁數：240
• 出版社： Newnes
• 出版時間： 2009-06-16
• 開本：16

基本信息

書名： FPGA設計實戰 書號： 978-7-115-20810-1

原書名： Design Recipes for FPGAs

原出版社： Newnes

叢書名： 圖靈電子與電氣工程叢書

分類： 電子電氣 >> 電力電子

作者： Peter R.Wilson

譯者： 杜生海 等

出版日期： 2009-06-16

語種： 簡體中文

開本： 16開

頁數： 240

摘要

本書是為FPGA工程師量身定製的設計參考指南。

本書適用於電子工程師閱讀，也可作為高等院校相關專業師生的參考指南。

目錄

第一部分 概述

第1章 緒論 2

第2章 FPGA基礎知識 3

2.1 引言 3

2.2 FPGA的發展 3

2.3 可程式邏輯器件 3

2.4 現場可程式門陣列 6

2.5 FPGA設計技術 7

2.6 FPGA的設計約束 7

2.7 小結 8

第3章 VHDL基礎 9

3.1 引言 9

3.2 實體：模型接口 10

3.2.1 實體定義 10

3.2.2 連線埠 10

3.2.3 通用屬性語句 10

3.2.4 常數 11

3.2.5 實體舉例 11

3.3 構造體：模型的行為 11

3.3.1 構造體的基本定義 11

3.3.2 構造體聲明 12

3.3.3 構造體語句 12

3.4 進程：VHDL中的基本功能單元 12

3.5 基本的變數類型和操作符 13

3.5.1 常數 13

3.5.2 信號 13

3.5.3 變數 14

3.5.4 布爾操作符 14

3.5.5 算術操作符 14

3.5.6 比較操作符 15

3.5.7 移位函式 15

3.5.8 拼接 15

3.6 判斷與循環 15

3.6.1 if-then-else語句 15

3.6.2 case語句 16

3.6.3 for語句 17

3.6.4 While循環 17

3.6.5 exit語句 17

3.6.6 next語句 17

3.7 層次化設計 18

3.7.1 函式 18

3.7.2 包 18

3.7.3 元件 19

3.7.4 過程 20

3.8 調試模型 20

3.9 基本數據類型 20

3.9.1 基本類型 20

3.9.2 數據類型：bit 20

3.9.3 數據類型：boolean 21

3.9.4 數據類型：integer 21

3.9.5 數據類型：字元型 21

3.9.6 數據類型：實數 21

3.9.7 數據類型：時間 22

3.10 小結 22

第4章 設計自動化與FPGA測試 23

4.1 仿真 23

4.1.1 測試平台 23

4.1.2 測試平台的目標 23

4.1.3 簡單的測試平台：實例化元件 23

4.1.4 增加測試激勵 24

4.2 庫 25

4.2.1 引言 25

4.2.2 庫的使用 26

4.2.3 標準邏輯庫 26

4.2.4 std_logic類型定義 27

4.3 綜合 28

4.3.1 綜合設計流程 28

4.3.2 綜合相關事項 28

4.3.3 RTL設計流程 29

4.4 物理設計流程 29

4.5 布局布線 30

4.6 時序分析 30

4.7 設計缺陷 30

4.8 FPGA設計中的VHDL問題 31

4.8.1 初始化 31

4.8.2 浮點數及其操作 31

4.9 小結 31

第二部分 套用

第5章圖像與高速處理 34

5.1 引言 34

5.2 攝像頭接口 35

5.2.1 硬體接口 35

5.2.2 數據率 35

5.2.3 拜爾模式 35

5.2.4 存儲器需求 35

5.3 開始 37

5.4 確定接口 38

5.5 定義頂層設計 38

5.6 系統模組定義與接口 38

5.6.1 系統分解 38

5.6.2 滑鼠和鍵盤接口 39

5.6.3 存儲器接口 39

5.6.4 顯示接口：VGA 39

5.7 攝像頭連線接口 40

5.8 PC接口 40

5.9 小結 41

第6章 嵌入式處理器 42

6.1 引言 42

6.2 一個簡單的嵌入式處理器 42

6.2.1 嵌入式處理器架構 42

6.2.2 基本指令 43

6.2.3 取指執行周期 44

6.2.4 嵌入式處理器的暫存器分配 45

6.2.5 一個基本的指令集 45

6.2.6 結構級還是行為級 46

6.2.7 機器碼指令集 47

6.2.8 微處理器的結構單元 47

6.2.9 處理器函式包 48

6.2.10 程式計數器 49

6.2.11 指令暫存器 50

6.2.12 算術和邏輯單元 51

6.2.13 存儲器 52

6.2.14 微控制器 54

6.2.15 簡單微處理器總結 58

6.3 FPGA中的軟核處理器 58

6.4 小結 58

第三部分 設計工具箱

第7章 串列通信 60

7.1 引言 60

7.2 曼徹斯特編解碼 60

7.3 不歸零編解碼 63

7.4 不歸零反轉編解碼 63

7.5 RS-232 65

7.5.1 引言 65

7.5.2 RS-232波特率產生器 65

7.5.3 RS-232接收器 66

7.6 通用串列匯流排 69

7.7 小結 71

第8章 數字濾波器 72

8.1 引言 72

8.2 S域到Z域的變換 72

8.3 用VHDL實現Z域的函式 74

8.3.1 引言 74

8.3.2 增益模組 74

8.3.3 和與差 75

8.3.4 除法模型 76

8.3.5 單位延遲模型 77

8.4 基本低通濾波器模型 78

8.5 FIR濾波器 81

8.6 IIR濾波器 82

8.7 小結 82

第9章 安全系統 83

9.1 塊加密簡介 83

9.2 費斯特爾格子的結構 83

9.3 數據加密標準 85

9.3.1 引言 85

9.3.2 DES的VHDL實現 87

9.3.3 DES的驗證 91

9.4 高級加密標準 92

9.5 小結 109

第10章 存儲器 110

10.1 引言 110

10.2 用VHDL對存儲器進行建模 110

10.3 唯讀存儲器 111

10.4 隨機存取存儲器 112

10.5 SRAM 114

10.6 Flash存儲器 115

10.7 小結 117

第11章PS/2滑鼠接口 118

11.1 引言 118

11.2 PS/2滑鼠基礎 118

11.3 PS/2滑鼠命令 118

11.4 PS/2滑鼠數據包 118

11.5 PS/2操作模式 119

11.6 PS/2滾輪滑鼠 119

11.7 基本PS/2滑鼠處理模組VHDL代碼.119

11.8 修改後的PS/2滑鼠處理模組VHDL代碼 120

11.9 小結 121

第12章 PS/2鍵盤接口 122

12.1 引言 122

12.2 PS/2鍵盤基礎 122

12.3 PS/2鍵盤命令 122

12.4 PS/2鍵盤數據包 122

12.5 PS/2鍵盤操作模式 123

12.5.1 基本PS/2鍵盤處理模組VHDL代碼 123

12.5.2 修改後的PS/2鍵盤處理模組VHDL代碼 123

12.6 小結 125

第13章 一個簡單的VGA接口 126

13.1 引言 126

13.2 基本像素時序 126

13.3 圖像處理 126

13.4 VGA接口的VHDL實現 127

13.5 水平同步 128

13.6 垂直同步 129

13.7 水平和垂直消隱脈衝 130

13.8 計算正確的像素數據 131

13.9 小結 131

第四部分 最佳化設計

第14章 綜合 134

14.1 引言 134

14.2 RTL綜合支持的VHDL 134

14.2.1 初始條件 134

14.2.2 並發邊沿 135

14.2.3 數字類型 135

14.2.4 wait語句 135

14.2.5 斷言 136

14.2.6 循環 136

14.3 一些引起綜合失敗的情況 136

14.4 綜合的內容 136

14.4.1 總體設計結構 136

14.4.2 控制器 137

14.4.3 數據路徑 138

14.5 小結 139

第15章 VHDL行為建模 140

15.1 引言 140

15.2 怎樣從RTL轉向行為級 140

15.3 小結 143

第16章 設計最佳化 144

16.1 引言 144

16.2 邏輯最佳化技術 144

16.3 改善性能 145

16.4 關鍵路徑分析 146

16.5 小結 147

第17章 VHDL-AMS 148

17.1 引言 148

17.2 VHDL-AMS簡介 148

17.3 模擬引腳：TERMINAL 149

17.4 混合域建模 150

17.5 模擬變數：quantity 150

17.6 VHDL-AMS中的聯立方程 151

17.7 一個VHDL-AMS的例子 151

17.7.1 直流電壓源 151

17.7.2 電阻 152

17.8 VHDL-AMS中的微分方程 152

17.9 用VHDL-AMS進行混合信號建模.154

17.10 一個基本的開關模型 156

17.11 基本VHDL-AMS比較器模型 157

17.12 多領域建模 159

17.13 小結 160

第18章 設計最佳化舉例：DES 161

18.1 引言 161

18.2 數據加密標準 161

18.3 MOODS 161

18.4 初始設計 161

18.4.1 簡介 161

18.4.2 總體結構 162

18.4.3 數據轉換 164

18.4.4 密鑰轉換 166

18.5 初始綜合 167

18.6 最佳化數據路徑 168

18.7 最終綜合 170

18.8 結果 170

18.9 三重DES 171

18.9.1 引言 171

18.9.2 面積最小：疊代實現 171

18.9.3 延遲最小：流水線方式 173

18.10 方案比較 174

18.11 小結 175

第五部分 基本技術

第19章 計數器 178

19.1 引言 178

19.2 基本二進制計數器 178

19.3 綜合簡單的二進制計數器 180

19.4 移位暫存器 183

19.5 詹森計數器 184

19.6 BCD計數器 185

19.7 小結 186

第20章 鎖存器、觸發器和暫存器 187

20.1 引言 187

20.2 鎖存器 187

20.3 觸發器 188

20.4 暫存器 191

20.5 小結 192

第21章 串並轉換與並串轉換 193

21.1 串並轉換 193

21.2 並串轉換 194

21.3 小結 195

第22章 ALU功能 196

22.1 引言 196

22.2 邏輯功能 196

22.3 1位加法器 198

22.4 n位結構化加法器 200

22.5 n位可配置加法器 200

22.6 2的補碼 201

22.7 小結 203

第23章 解碼器與多路復用器 204

23.1 解碼器 204

23.2 多路復用器 206

23.3 小結 208

第24章 VHDL中的有限狀態機 209

24.1 引言 209

24.2 狀態轉移圖 209

24.3 用VHDL實現有限狀態機 210

24.4 小結 211

第25章 VHDL中的定點算法 212

25.1 引言 212

25.2 基本定點類型 213

25.3 定點函式 214

25.3.1 定點數向std_logic_vector的轉換 214

25.3.2 定點數向實數的轉換 215

25.4 測試定點數函式 216

25.5 小結 218

第26章 二進制乘法 219

26.1 引言 219

26.2 基本二進制乘法 219

26.3 VHDL無符號乘法器 220

26.4 乘法函式的綜合 222

26.5 “簡單的”乘法 223

26.6 小結 225

第27章 參考書目 226

27.1 引言 226

27.2 VHDL參考書 226

27.3 FPGA參考書 226

27.4 普通數字設計參考書 227

索引 228