FPGA設計技巧與案例開發詳解(第3版)

作者：編者:韓彬//于瀟宇//林海全
出版社：電子工業
ISBN：9787121334917

出版日期：2019/11/01
裝幀：平裝
頁數：603

人民幣：RMB 168 元售價：元

內容大鋼

本書追根溯源，由淺入深，從可編程邏輯器件的發展歷史到未來FPGA的應用發展之路，從FPGA的底層架構分析到單板PCB板卡設計及調試，從基本介面外設驅動開發到圖文顯示相機成像的方案設計，從高速並行邏輯思維到FPGA深度學習加速引擎的介紹等，以點一線一面的思維，循序漸進，徹底解決了學習FPGA書籍的枯燥乏悶，讓讀者從FPGA歷史、架構、單板、設計思維、設計方案及FPGA的優勢等方面，全面地了解FPGA的設計思維與開發方式。
本書既適合FPGA初學者和愛好者閱讀，也可供採用FPGA進行視頻圖像開發的工程師參考，還可作為大中專院校師生和相關培訓學校的教材。本書目前已經累計銷售數萬冊，深受FPGA工程師的喜愛，廣受好評，同時也已被選作國內多所高校的教材。

作者介紹

編者:韓彬//于瀟宇//林海全

第一部分  FPGA基礎理論
  第1章  淺談FPGA技術、優勢、學習途徑
    1.1  FPGA的誕生、發展與未來
      1.1.1  FPGA的誕生
      1.1.2  FPGA的發展與未來
      1.1.3  博弈，在入門之前
    1.2  Altera FPGA介紹及其發展、應用
      1.2.1  Altera公司介紹
      1.2.2  Altera公司產品介紹
      1.2.3  Altera FPGA的開發平台
      1.2.4  Altera FPGA的動態與應用
      1.2.5  A1tera FPGA的應用
      1.2.6  對比ARM與DSP，認清FPGA
    1.3  善用網路資源，不斷總結自我
  第2章  MAX II CPLD/Cyclone IV FPGA PCB硬體設計
    2.1  淺談PCB Layout
    2.2  MAX II CPLD核心電路設計
      2.2.1  MAX II CPLD背景及簡介
      2.2.2  EPM240T100C5N設計需求研究分析
      2.2.3  EPM240T100C5N核心板原理圖設計
      2.2.4  EPM240T100C5N核心板布局布線
    2.3  Cvclone IV FPGA核心電路設計
      2.3.1  Cyclone IV FPGA簡介
      2.3.2  EP4CE15F12C8N設計需求研究分析
      2.3.3  Cyclone IV FPGA核心原理圖設計
      2.3.4  FPGA核心板Layout注意事項
    2.4  FPGA/CPLD電路焊接、調試經驗總結
    2.5  本書配套FPGA開發平台硬體介紹
      2.5.1  VIP_Board硬體資源介紹
      2.5.2  VIP_Board相關外設實物介紹
  第3章  Quartus II軟體安裝與Venlog HDL簡介
    3.1  Quartus II軟體安裝
      3.1.1  寫在前面的話
      3.1.2  Quartus II 18.0軟體下載
      3.1.3  Quartus II 18.0軟體安裝
      3.1.4  USB Blaster下載器驅動程序的安裝
    3.2  Verilog HDL設計
      3.2.1  Verilog HDL與VHDL的對比
      3.2.2  Verilog HDL的發展
      3.2.3  Verilog HDL的應用
    3.3  Testbench文件架構
      3.3.1  Testbench的介紹
      3.3.2  Testbench代碼設計風格
    3.4  Quartus II工程目錄定義約定
第二部分  FPGA初級入門
  第4章  4位計數器的設計與模擬驗證
    4.1  寫在前面的話
    4.2  FPGA/CPLD開發流程
    4.3  基於Quartus II 18.0的4位計數器設計流程
      4.3.1  Quartus II工程的創建

      4.3.2  4位計數器的邏輯電路設計
      4.3.3  Quartus II編譯流程與工程設置分析
    4.4  基於Modelsim-Intel 10.5b的4位計數器模擬驗證流程
      4.4.1  關於FPGA設計的各種模擬概念分析
      4.4.2  Modelsim版本的簡要介紹
      4.4.3  Modelsim工程的創建
      4.4.4  Testbench激勵文件的編寫
      4.4.5  Modelsim波形的模擬與分析
    4.5  設計思路的驗證與總結
  第5章  LED驅動電路設計
    5.1  LED驅動電路設計方案1——入門
      5.1.1  LED驅動電路設計方案
      5.1.2  8位LED的自加顯示實驗
    5.2  LED驅動電路設計方案2——升級
      5.2.1  LED驅動電路設計方案
      5.2.27  4HC595驅動分析與實現
    5.3  8位LED跑馬燈顯示實驗
    5.4  LED特效呼吸燈的設計
      5.4.1  PWM協議的基本介紹
      5.4.2  LED呼吸燈的設計
  第6章  獨立按鍵與矩陣鍵盤的FPGA驅動電路實現
    6.1  按鍵及其工作模式介紹
      6.1.1  按鍵抖動原理分析
      6.1.2  硬體消抖動
      6.1.3  軟體消抖動
    6.2  獨立按鍵的FPGA驅動電路設計
      6.2.1  獨立按鍵電路設計
      6.2.2  FSM狀態機的Verilog HDL介紹
      6.2.3  FPGA按鍵驅動電路設計方案1
      6.2.4  FPGA按鍵驅動電路設計方案2
    6.3  矩陣鍵盤的FPGA驅動電路設計
      6.3.1  工作原理及電路設計
      6.3.2  FPGA矩陣鍵盤驅動電路設計
  第7章  「Hello Word」的LCD1602顯示驅動電路實現
    7.1  LCD1602介紹及硬體設計
      7.1.1  LCD1602字元液晶介紹
      7.1.2  LCD1602硬體電路設計
      7.1.3  LCD1602的時序及初始化分析
    7.2  LCD1602的FPGA驅動電路實現
      7.2.1  LCD1602的C語言實現方案
      7.2.2  LCD1602的Verilog HDL實現方案
  第8章  優化設計FPGA全局時鐘管理模塊
    8.1  非同步複位，同步釋放機制
      8.1.1  組合電路中的競爭一冒險
      8.1.2  時序電路中的競爭一冒險
    8.2  無PLL的全局時鐘管理模塊設計
    8.3  Quartus II IP核介紹及PLL的定製
      8.3.1  Quartus II IP核的介紹
      8.3.2  PLL IP核的定製與分析
    8.4  帶PLL的全局時鐘管理模塊設計

  第9章  基於FPGA與MCU通信的SPI匯流排協議設計
    9.1  SPI匯流排協議介紹及硬體的設計
      9.1.1  SPI匯流排協議介紹
      9.1.2  STM8的硬體電路設計
      9.1.3  SPI匯流排協議時序分析
    9.2  SPI匯流排協議的通信實現
      9.2.1  STM8的SPI匯流排收發設計
      9.2.2  邊沿檢測電路的FPGA實現
      9.2.3  SPI通信的數據接收模塊設計
      9.2.4  SPI通信的數據發送模塊設計
  第10章  基於FPGA與PC通信的UART串口設計
    10.1  追根溯源解析串口通信
      10.1.1  串口通信簡介
      10.1.2  串口波特率
      10.1.3  串口協議分析
    10.2  串口電路的設計
      10.2.1  TTL轉RS-232電路的設計
      10.2.2  USB轉UART電路的設計
      10.2.3  UART電路的調試
    10.3  細說真正的任意分頻
      10.3.1  分頻電路的重要性
      10.3.2  任意頻率發生器的原理
      10.3.3  任意頻率發生器的驗證
    10.4  串口通信的硬體實現
      10.4.1  uart_receiver接收模塊的設計
      10.4.2  uart_transfer發送模塊的設計
      10.4.3  PC2FPGA UART聯調測試
  第11章  基於FPGA的VGA驅動顯示設計
    11.1  VGA介面、時序及驅動電路設計
      11.1.1  VGA介面介紹
      11.1.2  VGA時序分析
      11.1.3  RGB三原色模型
      11.1.4  VGA驅動電路設計
    11.2  VGA驅動的FPGA實現
      11.2.1  VGA驅動時序電路的設計
      11.2.2  任意解析度的VGA顯示控制器設計
    11.3  「Hello World」的VGA顯示驅動實現
      11.3.1  「Hello World」字模的提取
      11.3.2  C2Mif軟體的介紹與Mif文件的生成
      11.3.3  VGA字元顯示的FPGA實現
    11.4  彩色圖像的VGA顯示驅動電路
      11.4.1  彩色圖像顯示的理論分析
      11.4.2  彩色圖像的數據提取
      11.4.3  VGA彩色圖像顯示的FPGA實現
第三部分  FPGA高級進階
  第12章  基於SDRAM的VGA顯示控制器的設計與實現
    12.1  跨時鐘域數據交互
    12.2  SDRAM的介紹及其控制器的移植與優化
      12.2.1  SDRAM的特性及時序驅動介紹
      12.2.2  SDRAM的硬體驅動電路設計

      12.2.3  SDRAM控制器的移植與優化
      12.2.4  Sdram_Control_2Port的封裝與協議制定
    12.3  基於SDRAM的VGA顯示控制器的實現
  第13章  基於OV7725的攝像頭視頻圖像採集系統
    13.1  系統框架設計思路分析
      13.1.1  系統框架分析
      13.1.2  演算法的實現流程
    13.2  OV7725攝像頭介紹與視頻採集實現
      13.2.1  CMOS攝像頭的簡介
      13.2.2  OV7725的特性介紹及驅動電路設計
      13.2.3  OV7725 SCCB介面及寄存器介紹
      13.2.4  OV7725感光陣列與視頻時序分析
      13.2.5  OV7725寄存器I2C初始化設計
      13.2.6  OV7725的視頻採集模塊設計
    13.3  OV7725視頻圖像顯示的實現
    13.4  本章小結
  第14章  TimeQuest時序分析與實戰演練
    14.1  寫在前面的話
    14.2  保持裕量和建立裕量的深刻理解
    14.3  時鐘約束——內對內模型
      14.3.1  內對內模型公式分析
      14.3.2  約束時鐘及PLL
    14.4  output引腳約束——內對外模型
      14.4.1  內對外模型公式分析
      14.4.2  output引腳約束
    14.5  input引腳約束——外對內模型
    14.6  階段性小總結
    14.7  約束異常
      14.7.1  Set Multicycle Path
      14.7.2  Set False Path
    14.8  決戰SDRAM時序約束
      14.9  Altium Designer查看走線報表
第四部分  FPGA終極修煉
  第15章  基於FPGA的硬體系統設計
    15.1  FPGA晶元選型
    15.2  FPGA的與眾不同——PCB布局在設計原理圖之前
    15.3  存儲器的選型
    15.4  FPGA外圍器件的選擇與設計
      15.4.1  電阻
      15.4.2  電容
      15.4.3  磁珠
      15.4.4  熔絲
    15.5  基於核心板的系統設計
    15.6  基於低功耗系統的電源選型
    15.7  高速系統的PCB設計要點
      15.7.1  結構布局
      l5.7.2  電路板的多層設計
      15.7.3  過孔設計要點
      15.7.4  防止串擾的布線原則
      15.7.5  差分線布線原則

      15.7.6  開關電源PCB設計要點
    15.8  本章小結
  第16章  FPGA與深度學習加速器
    16.1  引言
    16.2  AI興起的背景與三要素
    16.3  深度學習背後的技術——AI計算平台發展現狀
      16.3.1  算力需求的來源——深度學習中的訓練與推斷
      16.3.2  深度學習中的計算平台
      16.3.3  深度學習與FPGA
    16.4  深度學習的FPGA設計導向
    16.5  基於FPGA的深度學習加速器的優化要點
      16.5.1  流式處理與構架優化對數據復用率的提升
      16.5.2  CNN中的數據復用
      16.5.3  片上存儲
      16.5.4  位寬壓縮
      16.5.5  基於稀疏的模型壓縮與計算架構
    16.6  CNN的FPGA加速器設計
      16.6.1  CNN中的基本運算元
      16.6.2  CNN加速器中的卷積計算
      16.6.3  CNN加速器中的存儲器優化
      16.6.4  CNN加速器中的非卷積運算單元
      16.6.5  CNN加速器的數據依賴與任務並行
      16.6.6  CNN加速器的設計——實例1
      16.6.7  CNN加速器的設計——實例2
    16.7  CNN設計思路的討論
    本章小結
    本章參考文獻
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