FPGA設計實例(VHDL實戰指南)/IC工程師精英課堂

作者：(美)曲邦平|責編:楊瓊|譯者:孟偉//張國宇
出版社：機械工業
ISBN：9787111798163

出版日期：2026/01/01
裝幀：平裝
頁數：391

人民幣：RMB 149 元售價：元

內容大鋼

    本書主要包括三部分內容：基本數字電路、I/O模塊和PicoBlaze微控制器。第一部分介紹了基礎的HDL結構和對應硬體，並且示範如何用這些結構來搭建基本的數字電路；第二部分是應用第一部分的技術為原型板設計一系列外圍模塊，介紹了外設的開發、實現和驗證，可以將這些模塊組成一個更大的複雜系統；第三部分介紹了基於FPGA的軟核微控制器，即PicoBlaze，展示了如何通過處理器和定製電路進行集成。
    本書不僅介紹了HDL的語法，還重點介紹了對可編程邏輯器件的設計方法，提供了一系列使用VHDL對可編程邏輯器件進行設計的實例，書中的實例均可運行於Xilinx公司Spartan-3開發板中，使讀者能夠邊動手實踐邊學習，達到快速入門並掌握要領的目的。
    本書可作為可編程邏輯器件的學習指導書，通過書中的案例，初學者最終可以完全掌握可編程邏輯器件的設計方法。同時，也可作為工程實踐的指導用書，對提高可編程邏輯器件開發人員的設計水平有借鑒價值。

作者介紹

(美)曲邦平|責編:楊瓊|譯者:孟偉//張國宇

譯者序
原書前言
致謝
第一部分  基本數字電路
  第1章  門級組合電路
    1.1  簡介
    1.2  一般描述
      1.2.1  基本辭彙規則
      1.2.2  庫和包
      1.2.3  實體聲明
      1.2.4  數據類型與操作符
      1.2.5  結構體
      1.2.6  2位比較器代碼
    1.3  結構描述
    1.4  testbench
    1.5  參考書目
    1.6  參考實驗
      1.6.1  門級大於電路代碼
      1.6.2  門級二進位解碼器代碼
  第2章  FPGA及EDA軟體概述
    2.1  簡介
    2.2  FPGA
      2.2.1  通用FPGA器件概述
      2.2.2  Xilinx Spartan-3器件概述
    2.3  Digilent S3開發板概述
    2.4  開發流程
    2.5  Xilinx ISE Project Navigator概述
    2.6  ISE Project Navigator簡明教程
      2.6.1  創建工程和HDL代碼
      2.6.2  創建testbench及執行RTL模擬
      2.6.3  添加約束文件綜合和實現代碼
      2.6.4  生成並下載配置文件至FPGA晶元
    2.7  ModelSim HDL模擬器簡明教程
    2.8  參考書目
    2.9  參考實驗
      2.9.1  門級大於電路
      2.9.2  門級二進位解碼器
  第3章  寄存器傳輸級組合邏輯電路
    3.1  簡介
    3.2  寄存器傳輸級元件
      3.2.1  關係運算符
      3.2.2  算術運算符
      3.2.3  其他相關綜合的VHDL結構
      3.2.4  總結
    3.3  併發賦值語句的分佈電路
      3.3.1  條件信號賦值語句
      3.3.2  選擇信號賦值語句
    3.4  行為建模
      3.4.1  進程
      3.4.2  時序信號賦值語句

    3.5  if語句和case語句的布線電路
      3.5.1  if語句
      3.5.2  case語句
      3.5.3  併發語句的比較
      3.5.4  意外生成的存儲器
    3.6  常量和屬性
      3.6.1  常量
      3.6.2  屬性
    3.7  設計實例
      3.7.1  十六進位七段LED解碼器
      3.7.2  「符號-幅值」加法器
      3.7.3  桶式移位器
      3.7.4  簡化的浮點加法器
    3.8  參考書目
    3.9  參考實驗
      3.9.1  多功能桶式移位器
      3.9.2  雙優先順序編碼器
      3.9.3  BCD碼增量器
      3.9.4  浮點數大於比較電路
      3.9.5  浮點數和有符號整型轉換電路
      3.9.6  增強型浮點數加法器
  第4章  常規時序電路
    4.1  簡介
      4.1.1  D觸發器和寄存器
      4.1.2  同步系統
      4.1.3  代碼開發
    4.2  觸發器和寄存器的HDL代碼
      4.2.1  D觸發器
      4.2.2  寄存器
      4.2.3  寄存器文件
      4.2.4  Xilinx Spartan-3器件的存儲元件
    4.3  簡單的設計舉例
      4.3.1  移位寄存器
      4.3.2  二進位計數器及其轉換形式
    4.4  時序電路的testbench
    4.5  案例學習
      4.5.1  LED時分復用電路
      4.5.2  秒錶
      4.5.3  FIFO緩衝器
    4.6  參考書目
    4.7  參考實驗
      4.7.1  可編程的方波生成器
      4.7.2  PWM和LED調節器
      4.7.3  旋轉的方形圖案電路
      4.7.4  心跳電路
      4.7.5  可輪換的LED標語電路
      4.7.6  增強的秒錶
      4.7.7  棧（Stack）
  第5章  有限狀態機
    5.1  簡介

      5.1.1  Mealy輸出和Moore輸出
      5.1.2  有限狀態機表示方法
    5.2  有限狀態機編碼設計
    5.3  設計舉例
      5.3.1  上升沿檢測器
      5.3.2  去抖電路
      5.3.3  測試電路
    5.4  參考書目
    5.5  參考實驗
      5.5.1  雙沿檢測器
      5.5.2  另一種去抖電路
      5.5.3  停車場佔用計數器
  第6章  FSMD
    6.1  簡介
      6.1.1  單個RT操作
      6.1.2  ASMD圖
      6.1.3  帶寄存器的判決盒
    6.2  FSMD的代碼開發
      6.2.1  基於RT理論的去抖電路
      6.2.2  帶有數據路徑元件的編碼
      6.2.3  帶有隱含數據路徑元件的編碼
      6.2.4  對比
      6.2.5  測試電路
    6.3  設計實例
      6.3.1  斐波那契電路
      6.3.2  除法電路
      6.3.3  二進位數向BCD碼轉換電路
      6.3.4  周期計數器
      6.3.5  精確的低頻計數器
    6.4  參考書目
    6.5  參考實驗
      6.5.1  另一種去抖電路
      6.5.2  BCD碼向二進位數轉換電路
      6.5.3  帶有BCD I/O的斐波那契電路：設計方法
      6.5.4  帶有BCD I/O的斐波那契電路：設計方法
      6.5.5  尺度自適應的低頻計數器
      6.5.6  反應定時器
      6.5.7  巴貝奇差分機模擬電路
第二部分  I/O模塊
  第7章  UART
    7.1  簡介
    7.2  UART接收子系統
      7.2.1  過採樣步驟
      7.2.2  波特率發生器
      7.2.3  UART接收器
      7.2.4  介面電路
    7.3  UART發送子系統
    7.4  UART總系統簡述
      7.4.1  完備的UART核
      7.4.2  UART驗證配置

    7.5  定製一個UART
    7.6  參考書目
    7.7  參考實驗
      7.7.1  全功能UART
      7.7.2  帶波特率自動檢測功能的UART
      7.7.3  帶有波特率及校驗位自動檢測電路的UART
      7.7.4  UART控制的秒錶
      7.7.5  UART控制的LED標語
  第8章  PS2鍵盤
    8.1  簡介
    8.2  PS2接收子系統
      8.2.1  PS2埠的物理介面
      8.2.2  設備到主機的通信協議
      8.2.3  設計與代碼
    8.3  PS2鍵盤掃描碼
      8.3.1  掃描碼概述
      8.3.2  掃描碼監測電路
    8.4  PS2鍵盤介面電路
      8.4.1  基本設計與HDL代碼
      8.4.2  驗證電路
    8.5  參考書目
    8.6  參考實驗
      8.6.1  鍵盤介面轉化Ⅰ
      8.6.2  鍵盤介面轉化Ⅱ
      8.6.3  帶看門狗定時器的PS2接收子系統
      8.6.4  鍵盤控制的秒錶
      8.6.5  鍵盤控制的移動LED標語
  第9章  PS2滑鼠
    9.1  簡介
    9.2  PS2滑鼠協議
      9.2.1  基本操作
      9.2.2  基本的初始化程序
    9.3  PS2傳輸子系統
      9.3.1  主機到PS2設備的通信協議
      9.3.2  設計和代碼
    9.4  雙向的PS2介面
      9.4.1  基本設計和代碼
      9.4.2  驗證電路
    9.5  PS2滑鼠介面
      9.5.1  基本設計
      9.5.2  測試電路
    9.6  參考書目
    9.7  參考實驗
      9.7.1  鍵盤控制電路
      9.7.2  增強的滑鼠介面
      9.7.3  滑鼠控制七段LED顯示器
  第10章  外部SRAM
    10.1  簡介
    10.2  IS61LV25616AL SRAM的說明
      10.2.1  框圖和I/O信號

      10.2.2  時序參數
    10.3  基礎存儲控制器
      10.3.1  框圖
      10.3.2  時序需求
      10.3.3  寄存器文件與SRAM
    10.4  安全設計
      10.4.1  ASMD圖
      10.4.2  時序分析
      10.4.3  HDL編碼（執行）
      10.4.4  基礎測試電路
      10.4.5  全面的SRAM測試電路
    10.5  更主流的設計
      10.5.1  時序問題
      10.5.2  可選設計Ⅰ
      10.5.3  可選設計Ⅱ
      10.5.4  可選設計Ⅲ
      10.5.5  Xilinx公司的高級FPGA特點
    10.6  參考書目
    10.7  參考實驗
      10.7.15  12K×16位配置的存儲器
      10.7.21  M×8位配置的存儲器
      10.7.38  M×1位配置的存儲器
      10.7.4  擴展存儲器實驗電路
      10.7.5  可選設計Ⅰ的測試電路和存儲控制器
      10.7.6  可選設計Ⅱ的測試電路和存儲控制器
      10.7.7  可選設計Ⅲ的測試電路和存儲控制器
      10.7.8  DCM的存儲控制器
      10.7.9  高性能存儲控制器
  第11章  Xilinx Spartan-3專用存儲器
    11.1  簡介
    11.2  Spartan-3器件的內部存儲器
      11.2.1  概述
      11.2.2  對比
    11.3  添加存儲器模塊的方法
      11.3.1  通過HDL元件實例化產生存儲器模塊
      11.3.2  通過核生成器產生存儲器模塊
      11.3.3  通過HDL模型產生存儲器模塊
    11.4  存儲器HDL模板
      11.4.1  單埠RAM
      11.4.2  雙埠RAM
      11.4.3  ROM
    11.5  參考書目
    11.6  參考實驗
      11.6.1  基於塊RAM的FIFO
      11.6.2  基於塊RAM的堆棧
      11.6.3  基於ROM的原碼加法器
      11.6.4  基於ROM的sin(x)函數
      11.6.5  基於ROM的sin(x)與cos(x)函數
  第12章  VGA控制器Ⅰ：圖形
    12.1  簡介

      12.1.1  CRT的基本工作方式
      12.1.2  S3板上的VGA埠
      12.1.3  視頻控制器
    12.2  VGA同步
      12.2.1  水平同步
      12.2.2  垂直同步
      12.2.3  VGA同步信號的時序計算
      12.2.4  HDL實現
      12.2.5  測試電路
    12.3  像素生成電路概述
    12.4  對象圖方案圖形生成
      12.4.1  矩形對象
      12.4.2  非矩形對象
      12.4.3  動態對象
    12.5  點陣圖方案圖形生成
      12.5.1  雙口RAM實現
      12.5.2  單埠RAM實現
    12.6  參考書目
    12.7  參考實驗
      12.7.1  VGA測試圖案生成器
      12.7.2  SVGA模式同步電路
      12.7.3  顯示屏幕調節電路
      12.7.4  盒中球電路
      12.7.5  盒中雙球電路
      12.7.6  雙人乒乓球遊戲
      12.7.7  突出重圍遊戲
      12.7.8  全屏點軌跡
      12.7.9  滑鼠指針電路
      12.7.10  小屏滑鼠塗鴉電路
      12.7.11  全屏滑鼠塗鴉電路
  第13章  VGA控制器Ⅱ：示例
    13.1  簡介
    13.2  舉例
      13.2.1  點陣的特性
      13.2.2  字型ROM
      13.2.3  基本文本生成電路
      13.2.4  字型顯示電路
      13.2.5  字型縮放比例
    13.3  全屏文本顯示
    13.4  完整的乒乓球遊戲設計
      13.4.1  文本子系統
      13.4.2  修正圖像子系統
      13.4.3  輔助計數器
      13.4.4  頂層系統
    13.5  參考書目
    13.6  參考實驗
      13.6.1  旋轉旗幟
      13.6.2  指針的下劃線
      13.6.3  雙模式文本顯示
      13.6.4  鍵盤文本輸入

      13.6.5  UART終端
      13.6.6  方波顯示
      13.6.7  簡單的四路邏輯分析器
      13.6.8  完整的雙人乒乓球遊戲
      13.6.9  完整的通關遊戲
第三部分  PicoBlaze微控制器
  第14章  PicoBlaze概述
    14.1  簡介
    14.2  定製硬體和軟體
      14.2.1  從專用FSMD到通用微控制器
      14.2.2  微控制器的應用
    14.3  PicoBlaze概述
      14.3.1  基本組成
      14.3.2  頂層HDL模塊
    14.4  開發流程
    14.5  指令集
      14.5.1  編程模式
      14.5.2  指令格式
      14.5.3  邏輯指令
      14.5.4  算術指令
      14.5.5  比較和檢驗指令
      14.5.6  移位和循環指令
      14.5.7  數據傳輸指令
      14.5.8  程序控制指令
      14.5.9  中斷指令
    14.6  偽指令聲明指令
      14.6.1  KCPSM3彙編偽指令
      14.6.2  pBlaze IDE彙編偽指令
    14.7  參考書目
  第15章  PicoBlaze彙編語言開發
    15.1  簡介
    15.2  有效的代碼段
      15.2.1  KCPSM3協議
      15.2.2  位操作
      15.2.3  多位元組操作
      15.2.4  控制結構
    15.3  子程序開發
    15.4  編程的發展
      15.4.1  示例
      15.4.2  程序文件
    15.5  彙編代碼處理
      15.5.1  KCSPM3編譯
      15.5.2  pBlaze IDE模擬
      15.5.3  JTAG重載
      15.5.4  pBlaze IDE編譯
    15.6  PicoBlaze綜合
    15.7  參考書目
    15.8  參考實驗
      15.8.1  符號乘法
      15.8.2  多位元組乘法運算

      15.8.3  循環移位功能
      15.8.4  高低位互置功能
      15.8.5  二進位數至BCD碼轉換
      15.8.6  BCD碼至二進位數轉換
      15.8.7  心跳電路
      15.8.8  順序循環LED電路
      15.8.9  離散LED調光器
  第16章  PicoBlaze I/O介面
    16.1  簡介
    16.2  輸出埠
      16.2.1  output指令及時序
      16.2.2  輸出介面
    16.3  輸入埠
      16.3.1  input指令和時序
      16.3.2  輸入介面
    16.4  包含開關輸入和七段LED顯示介面的平方計算程序
      16.4.1  輸出介面
      16.4.2  輸入介面
      16.4.3  彙編代碼開發
      16.4.4  VHDL代碼開發
    16.5  結合組合乘法器和UART控制器的乘法程序
      16.5.1  乘法器介面
      16.5.2  UART介面
      16.5.3  彙編代碼開發
      16.5.4  VHDL代碼開發
    16.6  參考書目
    16.7  參考實驗
      16.7.1  低頻計數器Ⅰ
      16.7.2  低頻計數器Ⅱ
      16.7.3  自適應低頻計數器
      16.7.4  用軟體計時器的基礎反應計時器
      16.7.5  用硬體計時器的基礎反應計時器
      16.7.6  增強型反應計時器
      16.7.7  小屏幕滑鼠跟蹤電路
      16.7.8  全屏幕滑鼠跟蹤電路
      16.7.9  增強型跑馬燈字幕
      16.7.10  乒乓球遊戲
      16.7.11  文本編輯器
  第17章  PicoBlaze中斷介面
    17.1  簡介
    17.2  PicoBlaze里的中斷操作
      17.2.1  軟體處理
      17.2.2  時序圖
    17.3  外部介面
      17.3.1  中斷請求信號
      17.3.2  多重中斷請求
    17.4  軟體開發考慮
      17.4.1  中斷作為一種替代的調度方案
      17.4.2  中斷服務程序的開發
    17.5  設計用例

      17.5.1  中斷介面
      17.5.2  中斷服務程序的開發
      17.5.3  彙編代碼的發展
      17.5.4  VHDL代碼發展
    17.6  參考書目
    17.7  參考實驗
      17.7.1  替代的計時器中斷服務程序
      17.7.2  可編程的計時器
      17.7.3  設置按鈕中斷服務程序
      17.7.4  兩個請求中斷服務程序
      17.7.5  四請求中斷控制器
附錄A  VHDL示例模板
  A.1  通用VHDL結構
    A.1.1  整體代碼結構
    A.1.2  元件實例化
  A.2  組合電路
    A.2.1  算術運算
    A.2.2  固定量移位操作
    A.2.3  使用併發語句的模板
    A.2.4  if和case語句模板
    A.2.5  使用進程的組合電路
  A.3  存儲元件
    A.3.1  寄存器模板
    A.3.2  寄存器文件
  A.4  常規時序電路
  A.5  有限狀態機
  A.6  FSMD
  A.7  S3開發板約束文件（S3.UCF）
參考文獻

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