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内容简介

　　深入浅出玩转FPGA(第3版)【博客藏经阁丛书】

　　本书收集整理了作者在FPGA项目实践中的经验点滴。书中既有常用FPGA设计方法和技巧的探讨,引领读者掌握FPGA设计的精髓;也有很多生动的项目案例分析,帮助读者加深对重要知识点的理解,并且这些案例大都以特定的工程项目为依托,有一定的借鉴价值。此外,本书还有多个完整的项目工程实例,让读者从系统角度理解FPGA的开发流程。本书从工程实践出发,旨在引领读者学会如何在FPGA的开发设计过程中发现问题、分析问题并解决问题。本书的主要读者对象为电子、计算机、控制及信息等相关专业的在校学生、从事FPGA/CPLD开发设计的电子工程师以及所有电子设计制作的爱好者们。

目录

第一部分 基础普及
笔记1 初识FPGA
一、关于FPGA的一些基本概念
二、关于FPGA的基本结构
笔记2 应用领域
一、逻辑黏合与实时控制
二、信号采集处理与协议实现
三、原型验证系统、片上系统与其他应用
笔记3 开发流程
一、需求分析到模块划分
二、设计输入到综合优化
三、实现到时序收敛
四、仿真测试到板级调试

第二部分 基本语法
笔记4 语法学习的经验之谈
笔记5 可综合的语法子集
一、模块声明类语法：module…endmodule
二、端口声明：input，output，inout
三、参数定义：parameter
四、信号类型：wire，reg等
五、比较判断：if…else，case…default…endcase
六、循环语句：for
七、任务定义：taskendtask
八、连续赋值：assign，问号表达式（？：）
九、always模块
十、运算操作符
十一、赋值符号：＝和＜＝
笔记6 代码书写规范
一、代码书写规范
二、标识符
三、格式
四、注释
笔记7 代码风格
一、代码风格概述
二、寄存器电路的设计方式
三、同步以及时钟的设计原则
四、双向引脚的控制代码
五、提升系统性能的代码风格

第三部分 设计技巧与思想
笔记8 漫谈状态机设计
一、状态机的基本概念
二、3种不同状态机写法
笔记9 复位设计
一、异步复位与同步复位
二、复位与亚稳态
三、异步复位、同步释放
四、PLL配置后的复位设计
笔记10 FPGA重要设计思想及工程应用
一、速度和面积互换原则
二、乒乓操作及串／并转换设计
三、流水线设计
四、逻辑复制与模块复用
五、模块化设计
六、时钟设计技巧
笔记11 基于FPGA的跨时钟域信号处理
一、同步设计思想
二、单向控制信号检测
三、专用握手信号
四、搞定亚稳态
五、借助于存储器

第四部分 仿真测试
笔记12 简单的Testbench设计
一、Testbench概述
二、基本Testbench的搭建
笔记13 Testbench书写技巧
一、封装有用的子程序
二、关于变量的定义
三、HDL的并行性
四、结构化Testbench
五、读／写紊乱状态
六、防止同时调用task
笔记14 测试用例设计
一、模拟串口自收发通信
二、乘法器全覆盖测试
三、可重用MCU读／写设计

第五部分 时序分析
笔记15 时序分析基础
一、基本的时序分析理论
二、时钟、建立时间和保持时间
三、基本时序路径分析
四、reg2reg路径的时序分析
笔记16 reg2pin时序分析案例
笔记17 pin2reg时序分析案例
笔记18 基于TimeQuest的时序分析
一、从Technology Map Viewer分析Clock Setup Slack
二、基于TimeQuest的reg2reg之Tb分析
三、添加时序例外
四、多周期约束的基本用法
五、QuartusⅡ流水线均衡负载设置实例
六、读SRAM时序约束分析
七、源同步接口的时序模型
八、recovery时序优化一例
九、基于Chip Planner的时序优化一例

第六部分 实践经验与感悟
笔记19 系统架构思想
一、FPGA到底能做什么
二、DMA无处不在
三、图片显示速度测试报告
四、仲裁逻辑设计要点
五、硬件加速：用起来很美
六、数据吞吐量预估一例
七、秒杀FPGA片间通信
八、FPGA+CPU：并行处理大行其道
笔记20 实践应用技巧
一、被综合掉的寄存器
二、Vcrilog中宏定义位宽带来的问题
三、Verilog代码可移植性设计
四、Cyclone器件全局时钟尽在掌控
五、CycloneⅢ原型开发调试
六、M4K使用率
七、榨干FPGA片上存储资源
八、存储器实现方式转换
九、关于MAXⅡ上电和复位的一点讨论
十、基于A1tera FPGA的LVDS配置实例
十一、用FPGA的差分输入实现A／D转换
十二、守株待兔，收效显著
笔记21 板级调试
一、复用引脚，陷阱多多
二、EPCS芯片的信号完整性问题
三、都是I／O弱上拉惹的祸
四、被忽略的硬件常识——I／O电气特性
五、PLL专用输出引脚带来的反思
六、毛刺滤波的一些方法
七、基于FPGA的LVDS差分阻抗设计应用实例
八、使用FPGA时钟展频技术搞定RE测试

第七部分 项目案例
笔记22 DIY逻辑分析仪
一、背景介绍
二、功能需求及模块划分
三、数据采集、触发及存储
四、基于VGA的显示界面设计
笔记23 DIY数码相框
一、背景介绍
二、功能需求及模块划分
三、SPI接口控制
四、SD卡数据存储结构与FAT16文件系统
五、SD卡初始化及读操作
六、SDRAM控制器设计
七、BMP格式图片显示

第八部分 网络杂文
笔记24 苦练基本功
一、datasheet要看原版
二、开发工具要熟练
三、焊接功底要扎实
四、不要厌烦写文档
笔记25 永远忠于年轻时的梦想
笔记26 年轻正当时
笔记27 FPGA工程师：持守梦想or屈于现实
参考文献

前言/序言

　　时光荏苒,岁月如梭,转眼间,本书第1版出版至今已是第7个年头。翻看当当网的硬件图书子类年度畅销榜,《深入浅出玩转FPGA》居然也是常年占据前8的位置。对于这样一本专业性很强的技术类图书,原本就很小众,竟也能够取得如此成绩,实属不易。而在特权同学看来,更多的是一份责任,一份将此书的再版用心做得更好的决心。7年,对于任何人任何事都是一段不短的旅程。而对于特权同学,从年少多梦到脚踏实地,从追求全面到喜欢专注,从懵懂无畏到学习降卑;对于FPGA的认知,也是从理论到实践,从表象到内里,不敢说自己已经达到了怎样的境界,但至少,还留在了这条通往技术圣殿的康庄大道上,不偏左右。所以,7年过去了,我还可以继续以技术的视角去审视过去所写的文字。除此以外,特权同学也是使尽洪荒之力,意图将这些年一些新的感悟和总结也跃然纸上,分享给广大的读者。尤其是本书的第二部分和第五部分,基础语法和时序分析方面的技术点,这分别是初学者和进阶者的难点、痛点,因此书中既有理论的阐释说明,也有一定的案例解析。全书内容有限,有增必有减,因此某些章节的内容也会有些删减,但是目的只有一个,将最精华的部分继续呈现给读者。还记得,请EDN编辑部帮忙写的第1版序言的大标题“写一本好书吧”,时间在教会我读懂这句话的真正内涵,它不带任何的功利色彩,它只是一种不断的给予,一种只知付出的分享……思绪突然让我想起了一首诗歌,仅以它开头的几句话收尾———让我爱而不受感戴让我事而不受赏赐让我尽力而不被人记让我受苦而不被人睹只知倾酒不知饮酒……

　　特权同学2017年3月于上海

　　前言

　　FPGA器件的应用是继单片机之后,当今嵌入式系统开发中最为热门的关键技术之一,在国内也有着很广泛的应用群体。对于很多还在高校里深造的学生,甚至一些从未接触过FPGA的硬件工程师们,都希望能够掌握这样一门新技术。而基于FPGA的开发设计与以往的软件或硬件开发有着很大的不同,Verilog或VHDL等硬件描述语言的使用也有着很多的技巧和方法。如何能够快速掌握这门技术呢?捷径是没有的,需要学习者多花时间和精力。从特权同学个人的学习经历来看,理论很重要,实践更重要。理论与实践结合过程中更需要多思考,多分析,多总结。在初学时,特权同学也曾买过市场上的FPGA/CPLD实验板,开始实践时也只是简单的学会了下载配置,对一些通用的外设玩得更娴熟而已。但是这还远远不够,在实例代码的学习过程中,特权同学对代码风格的重要性感受颇深。玩过这些板子,特权同学重新回归理论,开始大量的阅读Altera和Xilinx官方提供的Handbook和ApplicationNote,从中更是领悟了很多的设计技巧和方法,也发现要真刀真枪的做一个FPGA项目也并非易事。在这期间,特权同学参与了不少小项目的设计工作,由于没有高人指点,花了很多时间和精力在琢磨,也算是走了不少弯路。但是很庆幸,功夫不负有心人,在一大堆英文资料和实际摸索中,一个个设计难点都迎刃而解。FPGA设计的精髓不仅仅是设计输入,那顶多不过是整个流程中最重要的一部分而已,如何对综合与布局布线结果进行优化、如何更有效进行验证、如何达到时序收敛等问题都是至关重要的。FPGA开发既简单又不简单,还是那句话,设计者要用心去学习、去分析、去感悟、去总结。FPGA设计中也不该有绝对的对和错,具体问题具体分析才是最适用的方法。本书收集整理了作者在FPGA项目实践中的经验点滴。书中既有常用FPGA设计方法和技巧的探讨,引领读者掌握FPGA设计的精髓;也有很多生动的项目案例分析,帮助读者加深对重要知识点的理解,并且这些案例大都以特定的工程项目为依托,有一定的借鉴价值。此外,本书还有多个完整的项目工程实例,让读者从系统角度理解FPGA的开发流程。

　　全书的内容可以分为三大块。第一~五部分,主要是针对FPGA的开发流程,从基础知识入手,先介绍一些基本概念,然后针对开发流程中最重要的环节,从实践的角度带领读者逐步深入。第六、七部分,以特权同学的项目经历为基础,有点滴的经验和感悟,也有完整的项目实例,希望能够让读者与FPGA的开发与设计有更紧密的接触。第八部分是特权同学作为一个电子工程师(FPGA工程师)的一些感悟杂文。对于初学者,特权同学可以很负责任地说,想利用这本书一步登天是不可能的。这本书充其量只能是一本不错的参考书而已,初学者应该更多的在这些实例中学习如何发现问题、分析问题、解决问题。对于有一定基础的人,这本书不同于以往的教科书,它从实践出发,或许能够让你眼前一亮。它不会只是简单的唠叨代码风格,它会给出两个风格迥异的结果让你去感受;它也不会只是生搬硬套地先把时序理论叙述一通,再依葫芦画瓢地演示开发工具的使用方法,它更是要告诉你为什么要做时序分析、分析什么、怎么分析,列举一些实例教会大家如何学以致用……书中的很多方法和技巧都是经典的用法,并非特权同学突发奇想,当然也有一些是特权同学对自己过往设计的总结整理而归纳出来的。也许书中的某些内容表述欠妥,也很期待高人指点。附上特权同学的E-mail:wuhouhang@163.com,也欢迎大家到百度网盘免费下载(网址:http://pan.baidu.com/s/1mDoPg)。致谢……感谢夏宇闻老师为本书第2版作序,感谢《EDNChina电子设计技术》的编辑们为本书第1版作序,能得到你们的指点,感觉万分荣幸。感谢EDN的廖彩云、黄娜、朱雪薇、王志华以及网站的所有编辑和领导为广大电子爱好者提供了一个施展才华的舞台,感谢RickySu、riple、wind330、yulzhu(朱玉龙)、缺氧(张亚峰)、Bingo(韩彬)等博友曾给予特权同学的帮助以及对本书出版的支持。感谢好友陈卫东和余国峰的支持。谨以此书献给特权同学所有的亲戚朋友们,尤其是给了特权同学一个健康、温馨成长环境的父母和一直默默无闻地支持特权同学的妻子。这本书的顺利出版离不开你们。最后,要感谢那本神之于人最美妙最宝贵的奇书———那是联合国大厦奠基时置于地下基穴之中称“唯此书世界才有和平”的一本书———更是对人类历史产生着巨大影响的一本书———《圣经》。从小在基督徒家庭长大的特权同学,研读《圣经》是每天的必修课,不知道这些年来祂改变了特权同学多少,但特权同学清楚地意识到祂将影响特权同学的一生。半导体行业的发展日新月异,也许若干年后,这本书的内容已不再为人所津津乐道。但是《圣经》所启示出的最高标准道德及人生的奥秘才是值得每个人用心去追求的,确实是一本不容错过的真正好书。这也正是特权同学选择以祂为本书的每个部分做小结的原因。特权同学真心地期望这本书的每位读者在浏览过此书后,也能够轻轻地拿起《圣经》……

　　吴厚航2009年10月第1版初稿2017年3月第3版修改

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评分☆☆☆☆☆

写的太差，前二章还可以一看，从第三章开始，作者就逻辑混乱，语无伦次。 在讲到报告描述符时，作者竟然写到：自己也不是很懂，哪位读者清楚，可以告诉作者，当时我就晕倒在地。。。

评分☆☆☆☆☆

深入理解ALTERA

评分☆☆☆☆☆

很好的书

评分☆☆☆☆☆

送货拖时间，书可以。

评分☆☆☆☆☆

书还是可以的，就是扒拉扒拉扒拉扒拉扒拉

评分☆☆☆☆☆

非常好的C语言进阶书，在实际工程使用中很具备参考价值

评分☆☆☆☆☆

纸质手感不是很好

评分☆☆☆☆☆

内容很好，对初学者很有帮助

评分☆☆☆☆☆

这书写得很好，实用性强，大赞

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