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董海青 著

图书标签:

• 可编程逻辑器件
• PLD
• FPGA
• 数字逻辑
• 硬件描述语言
• VHDL
• Verilog
• 数字电路
• 可编程逻辑
• 集成电路

店铺： 赏心悦目图书专营店

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302287988

商品编码：29835564693

包装：平装

出版时间：2012-08-01

基本信息

书名：可编程逻辑器件基础

定价：25.00元

作者：董海青

出版社：清华大学出版社

出版日期：2012-08-01

ISBN：9787302287988

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.359kg

编辑推荐

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内容提要

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　　本书主要包括器件、工具、语言、单元电路和实例五个部分。器件部分主要介绍了目前常用的可编程逻辑器件及其发展；工具部分主要介绍了仿真工具ModelSim、综合工具XilinxISE和开发板；语言部分详细介绍了VerilogHDL的基本语法、程序结构等；单元电路部分主要介绍了组合逻辑电路和时序逻辑电路的VerilogHDL设计和仿真验证；实例部分主要介绍了基于开发板的复杂数字系统的基本设计和验证。
　　《21世纪高职高专电子信息类实用规划教材：可编程逻辑器件基础》可作为高职高专微电子技术、电子线路设计、通信技术等相关专业的教材用书，同时也可以作为从事FPGA设计的相关从业人员的参考用书。

目录

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章　器件概述
1.1　PLD的发展
1.2　PLD的分类
1.2.1　低集成度PLD
1.2.2　高集成度PLD
1.3　常见PLD厂商及器件简介
1.3.1　常见厂商简介
1.3.2　Xilinx公司常用FPGA简介
1.3.3　Altera公司常用FPGA简介
本章小结
习题

第2章　开发工具
2.1　软件开发工具
2.1.1　EDA技术简介
2.1.2　仿真工具
2.1.3　综合工具
2.1.4　库编译
2.2　硬件开发工具
2.3　实训练习
2.3.1　ModelSim实训
2.3.2　ISE Design实训
2.3.3　Quartus Ⅱ实训
本章小结
习题

第3章　硬件描述语言
3.1　硬件描述语言概述
3.1.1　HDL的发展
3.1.2　HDL的应用
3.1.3　Verilog HDL的优点
3.1.4　Verilog设计流程
3.2　Verilog HDL基础语法
3.2.1　Verilog HDL模块
3.2.2　Verilog HDL数据和语法规则
3.2.3　Verilog HDL运算符
3.2.4　Verilog HDL的赋值语句和块语句
3.2.5　Verilog HDL的条件语句和循环语句
3.2.6　Verilog HDL的结构说明语句
3.2.7　Verilog HDL的编译预处理
本章小结
习题

第4章　数字逻辑设计
4.1　单元电路设计
4.1.1　组合逻辑设计
4.1.2　时序逻辑设计
4.2　复杂电路设计
4.3　有限状态机
4.3.1　有限状态机的特点
4.3.2　状态机编码
4.3.3　有限状态机的设计步骤
4.3.4　Moore型状态机设计
本章小结
习题

第5章　基于开发板的FPGA设计
5.1　FPGA数字系统设计
5.1.1　实训项目之LED循环流水灯
5.1.2　实训项目之十进制计数器
5.1.3　实训项目之百进制计数器
5.2　FPGA嵌入式设计
5.2.1　Xilinx FPGA嵌入式简介
5.2.2　MicroBlaze的构架及接口
5.2.3　基于MicroBlaze的嵌入式设计
本章小结
习题
附录
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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电子世界的无限可能：揭秘数字逻辑设计的奥秘 在信息爆炸的时代，电子设备渗透到我们生活的方方面面，从智能手机到高性能计算机，从汽车电子到航空航天。这一切的背后，都离不开数字逻辑设计的精密运作。而要深入理解这一切，掌握可编程逻辑器件（PLD）的基础知识，就如同掌握了打开电子世界无限可能之门的钥匙。 什么是可编程逻辑器件（PLD）？ 想象一下，在过去，我们要实现一个特定的数字逻辑功能，例如控制一个交通信号灯，就需要花费大量的时间和精力去设计、制造一块印制电路板（PCB），上面布满了各种各样的逻辑门（AND、OR、NOT等）和触发器。一旦需求发生变化，我们就需要重新设计和制作PCB，这个过程既昂贵又耗时。 可编程逻辑器件的出现，彻底改变了这一局面。它们是一种集成电路（IC），其内部的逻辑门和连接关系可以根据用户的需求进行“编程”和配置，从而实现各种复杂的数字逻辑功能。这意味着，我们不再需要为每一个功能都定制一块硬件，而是可以用一块通用的、可重新配置的芯片来完成。这种灵活性和效率，极大地加速了电子产品的开发进程，降低了成本，并使得创新更加便捷。 PLD 的核心魅力：灵活性与效率的完美结合 PLD 的核心价值在于其“可编程性”。这不仅仅意味着功能上的灵活性，更带来了巨大的效率提升。 快速原型验证： 在产品设计初期，设计师可以通过PLD快速实现和测试不同的逻辑功能，而无需等待昂贵的定制芯片流片。这大大缩短了产品开发周期，并降低了设计风险。 功能更新与升级： 产品的生命周期中，需求往往会发生变化。使用PLD设计的系统，可以通过简单的软件更新来修改或增加功能，而无需更换硬件。这使得产品能够持续适应市场变化，延长其生命周期。 系统集成： 许多复杂的数字系统，例如微处理器外围设备、通信接口控制器等，都可以通过一块或几块PLD来集成实现，从而减少了元器件数量，简化了电路板设计，提高了系统的可靠性。 低成本实现复杂逻辑： 随着PLD技术的不断发展，其集成度越来越高，功能越来越强大，而价格却越来越亲民。对于一些逻辑复杂度适中的应用，使用PLD来实现可能比设计和制造专用集成电路（ASIC）更加经济高效。 PLD 的家族成员：从简单到强大 PLD 并非单一类型的器件，而是根据其内部结构和工作原理，形成了一个丰富多彩的家族。深入了解这些家族成员，有助于我们根据实际需求选择最合适的器件。 可编程只读存储器（PROM）： 这是最早期的一种PLD，其内部的逻辑功能在出厂前就通过用户提供的二进制文件一次性烧录进去，之后就无法再修改。虽然功能受限，但它奠定了PLD的早期基础。 通用阵列逻辑（GAL）： GAL 器件在PROM的基础上进行了改进，允许用户进行多次编程，并且具有更灵活的逻辑结构。它们通常用于实现较小的、中等复杂度的逻辑功能。 现场可编程门阵列（FPGA）： FPGA 是目前最主流、功能最强大的PLD类型。它们拥有海量的可配置逻辑块（CLBs）和可编程互连线，能够实现极其复杂的数字逻辑功能。FPGA 的高度灵活性使其成为许多高端应用的首选，例如高性能计算、信号处理、人工智能加速等。 复杂可编程逻辑器件（CPLD）： CPLD 介于GAL和FPGA之间。它们通常包含多个逻辑阵列，每个阵列都可以实现一组逻辑功能，并且这些阵列之间可以通过可编程互连线进行连接。CPLD 在成本、性能和灵活性之间取得了很好的平衡，常用于中等规模的逻辑设计。 驾驭 PLD 的利器：硬件描述语言（HDL） 要“编程”PLD，我们需要一种特殊的语言——硬件描述语言（HDL）。与我们熟悉的C、Python等软件编程语言不同，HDL 描述的是硬件的结构和行为，而不是指令序列。最常用的HDL 有两种： Verilog HDL： Verilog 是一种强大而灵活的HDL，以其类似于C语言的语法而闻名，易于学习和使用。它广泛应用于数字逻辑设计、仿真和综合。 VHDL： VHDL（VHSIC Hardware Description Language）是一种更为严格和结构化的HDL，起源于美国国防部。它具有更强的类型检查和模块化特性，在许多对可靠性要求极高的领域得到应用。 通过HDL，工程师可以以抽象的方式描述所需的逻辑功能，例如“当输入A为高电平且输入B为低电平时，输出Y为高电平”。然后，HDL工具链会将这些描述转换为PLD能够理解的配置信息，最终实现所需的硬件功能。 PLD 在我们身边的应用：无处不在的智能 PLD 的身影几乎无处不在，它们默默地支撑着现代社会的运转。 通信设备： 智能手机、基站、路由器等通信设备中，PLD被广泛用于处理高速数据流、实现各种通信协议、进行信号调制与解调等。 计算机系统： 除了CPU和内存之外，主板上的各种芯片组、显卡、网卡等，很多都采用了PLD技术来实现其特定的逻辑功能。 工业自动化： 在工厂车间，PLC（可编程逻辑控制器）的许多核心逻辑单元都基于PLD设计，用于控制机械臂、传感器、执行器等，实现生产流程的自动化。 汽车电子： 现代汽车越来越智能化，其ECU（电子控制单元）中，PLD被用于控制发动机、变速器、安全气囊、车载娱乐系统等。 消费电子： 电视机、游戏机、数码相机等消费电子产品中，PLD也扮演着重要的角色，负责实现各种控制和处理功能。 医疗设备： 高精度的医疗仪器，如CT扫描仪、核磁共振仪等，也大量使用PLD来处理复杂的信号和实现精确的控制。 科学研究： 在粒子加速器、天文望远镜等大型科研设备中，PLD也用于数据采集、信号处理和设备控制。 踏上 PLD 的学习之路：解锁未来的无限可能 学习PLD的基础知识，不仅能让你深入理解电子世界的运作原理，更能为你打开通往高科技领域的大门。无论是未来从事硬件设计、嵌入式系统开发，还是人工智能、物联网等前沿领域，PLD 都会是你不可或缺的工具和知识储备。 从理解基本的逻辑门操作，到掌握布尔代数和时序逻辑，再到学习硬件描述语言的编写和仿真，最终能够将自己的设计部署到真实的PLD器件上，这是一个充满挑战但也极具成就感的学习过程。这个过程将锻炼你的逻辑思维能力、抽象思维能力和解决问题的能力，让你成为一名真正的数字逻辑设计者，用自己的双手去创造和改变世界。 如果你对电子技术充满热情，渴望理解智能设备背后的运行机制，那么，深入学习可编程逻辑器件的基础知识，将是你开启无限可能之旅的最佳起点。

评分☆☆☆☆☆

我一直对数字信号处理（DSP）领域的技术进展非常感兴趣，并且了解到FPGA在DSP应用中扮演着越来越重要的角色。《可编程逻辑器件基础》这本书，从标题上看，似乎应该包含PLD在DSP信号链中的应用。书中对数字信号处理的一些基本概念，如采样、量化、傅里叶变换等，有所提及，并且也提到了FPGA可以使用并行处理能力来加速这些运算。然而，对于如何在FPGA上实现具体的DSP算法，例如FIR滤波器、IIR滤波器、FFT算法，书中并没有提供详细的HDL代码示例或设计流程。我期望这本书能够更深入地讲解如何将这些算法的数学模型转化为可综合的HDL代码，如何利用FPGA的DSP Slice来优化乘加运算，以及如何进行算法级的性能评估和优化。此外，书中对于高速数据采集和实时信号处理方面，也没有进行深入的探讨。例如，如何利用FPGA的高速ADC接口，如何设计低延迟的数据处理流水线，如何处理实时数据流，这些在实际的通信、医疗、雷达等领域都非常重要，但本书对此的内容显得相当有限。因此，这本书更适合作为了解PLD与DSP基本概念的入门读物，但对于希望深入研究PLD在DSP领域应用的读者，仍需要补充更专业的资料。

评分☆☆☆☆☆

作为一名软件工程师，我一直对硬件的底层实现充满好奇，并希望通过学习《可编程逻辑器件基础》来了解PLD如何在数字系统中扮演关键角色。这本书在介绍数字逻辑基础方面做得不错，比如布尔代数、卡诺图化简等，这些对于理解组合逻辑和时序逻辑非常有帮助。但是，当我深入到PLD的具体实现时，我发现书中对硬件描述语言（HDL）的讲解，尤其是Verilog和VHDL，显得有些不够系统。书中虽然提到了它们是用于描述硬件的语言，但对于如何编写出高质量、易于综合、且能高效映射到PLD结构的HDL代码，并没有给出足够的实践指导。例如，对于一些常见的HDL编写陷阱，如敏感列表不完整、组合逻辑的循环赋值、时序逻辑的异步复位等，书中没有详细阐述其危害性及如何避免。我原本期望这本书能提供一些不同复杂度的HDL设计案例，并对其进行详细的分析，展示如何从高层次抽象逐步细化到低层次的逻辑实现，同时解释不同代码风格对综合结果的影响。此外，书中对于PLD的物理实现，如布线、时钟树综合、功耗优化等方面的讨论也相对有限。我了解到，这些物理实现过程对于最终芯片的性能和功耗至关重要，但本书并没有提供足够的细节，让我理解这些过程是如何影响最终设计的。这本书更像是一个对PLD概念的介绍性读物，而对于实际的PLD设计开发流程，我感觉还需要进一步的学习和实践。

评分☆☆☆☆☆

作为一名硬件工程师，我在项目开发中经常会遇到需要优化系统性能和降低功耗的需求，PLD在这些方面具有独特的优势。《可编程逻辑器件基础》这个书名，让我以为可以深入了解PLD在这些方面的具体实现和技术细节。书中确实提到了一些关于PLD功耗和性能的特点，例如相比于ASIC，PLD的功耗较高，但其灵活性是其优势。然而，对于如何通过设计来优化PLD的功耗，比如采用低功耗FPGA器件、优化时钟门控、使用电源管理IP核，以及如何进行功耗仿真和分析，书中并没有给出详细的指导。同样，在性能优化方面，书中提到可以通过并行化来提高吞吐量，但对于如何识别可并行化的计算任务、如何将算法映射到FPGA架构，以及如何进行性能瓶颈分析，却没有深入的探讨。我期望这本书能提供一些具体的工程案例，展示如何通过精细的逻辑设计和合理的时序约束来达到最佳性能，以及如何平衡性能和功耗之间的关系。书中对FPGA的物理设计过程，例如时钟分频、布线延迟的优化、串扰分析等，也没有进行详细的介绍。这些都是在实际工程中影响设计结果的关键因素，但本书对此的论述显得比较欠缺，无法让我获得足够的实践指导。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对微电子和计算机体系结构交叉领域充满兴趣的学生，在选择学习资料时，我非常看重其理论深度和技术前瞻性。《可编程逻辑器件基础》这个书名，本身就吸引了我，我希望能在这本书中找到对现代数字设计至关重要的PLD技术的系统性介绍。读完后，我承认这本书在某些方面确实触及了PLD的基础，比如对CPLD和FPGA的宏观区别、以及一些基本的逻辑门电路的介绍。然而，我在阅读过程中发现，书中对嵌入式处理器的集成（如ARM软核或硬核）的讲解，并没有深入到实际应用层面。例如，对于如何在FPGA上实现一个完整的基于ARM处理器的系统，包括中断控制器、DMA控制器、内存控制器等关键组件的配置和互联，书中只是简单提及，并没有提供详细的步骤或示例代码。对于这种片上系统（SoC）的设计，我原本期望这本书能够给出更具指导性的内容，比如讲解如何使用IP核进行快速原型开发，如何进行系统级的性能仿真，以及如何优化不同IP核之间的通信效率。此外，书中对于高级FPGA应用，如高吞吐量数据处理、机器学习推理加速、通信信号处理等方面，并没有涉及。我了解到，现代FPGA在这些领域扮演着越来越重要的角色，但这本书的重点似乎还停留在较为基础的逻辑功能实现上，对于如何利用FPGA的并行计算能力来解决复杂问题，则缺乏深入的探讨。因此，对于那些希望利用FPGA实现高性能计算或特定应用加速的读者来说，这本书可能需要与其他更专业的资料结合阅读。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对FPGA在通信系统设计中的应用感到好奇的工程师，我希望通过《可编程逻辑器件基础》这本书，了解PLD如何为高速、大带宽的通信链路提供强大的硬件支持。书中确实提到了FPGA在数字通信领域的一些应用，例如调制解调、信道编码、MAC层实现等。然而，对于如何在FPGA上实现具体的通信算法，比如OFDM调制解调、LDPC/Turbo码的编解码，书中并没有提供详细的HDL设计示例或性能分析。我期望这本书能够更深入地讲解如何将这些复杂的通信算法映射到FPGA架构，如何利用FPGA的片上资源来优化计算效率，以及如何进行系统级的性能评估和功耗分析。此外，书中对FPGA在无线通信，特别是5G/6G等前沿技术中的应用，也没有进行深入的探讨。例如，如何利用FPGA实现大规模MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）信号处理，如何设计高效的波束成形算法，这些都是当前通信领域的研究热点，但本书对此的内容显得相当有限。这本书更适合作为了解PLD在通信系统基本概念的入门读物，但对于希望深入研究PLD在现代通信技术中应用的读者，仍需要补充更专业的资料。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在校的计算机科学专业的学生，对计算机体系结构的低层实现原理有着浓厚的兴趣。《可编程逻辑器件基础》这本书，让我以为可以了解PLD如何作为一种灵活的硬件平台，来探索不同的计算模型和体系结构。书中对逻辑门、触发器、时序逻辑等基本概念的介绍，为理解数字电路打下了基础。然而，当我希望能看到PLD如何被用来实现自定义指令集、探索新型处理单元，或者进行体系结构模拟时，我发现这本书的内容并没有达到我的预期。书中对FPGA的 Programmable Interconnects 的描述，更多的是停留在概念层面，而没有深入讲解其延迟模型、带宽限制以及对高频设计的挑战。我希望看到关于如何设计高效的片上总线、如何进行互连路由优化、以及如何利用PLD的灵活性来实现低功耗和高性能的定制化体系结构。此外，书中对FPGA在嵌入式系统设计方面的应用，虽然有所提及，但并没有深入到如何构建一个完整的、高性能的嵌入式应用，例如如何优化内存访问、如何进行中断管理、如何与其他外设进行高效通信等。这本书更像是一个对PLD基本概念的介绍，而对于利用PLD进行前沿体系结构探索的读者来说，这本书的内容可能过于基础，缺乏实际的指导和启发。

评分☆☆☆☆☆

我一直对计算机底层是如何工作的充满好奇，尤其是在处理海量数据和进行高性能计算时，可编程逻辑器件的潜在能力令我着迷。《可编程逻辑器件基础》这本书吸引我的是它承诺要介绍PLD的“基础”。在阅读的过程中，我确实学到了一些关于逻辑门、触发器、状态机等数字电路的基本概念，这些概念是构建任何数字系统不可或缺的基石。但当我期待了解PLD如何将这些基础模块整合成能够执行复杂算法的器件时，这本书的内容就显得不够深入了。例如，书中对于FPGA的动态重构能力，即在运行时改变其硬件逻辑的特性，并没有给出充分的解释。我希望看到关于部分重构、动态调度的技术细节，以及这些技术在实际应用中如何带来性能提升或资源优化。此外，书中对于PLD在特定领域（如信号处理、图像识别、人工智能）的应用案例，也是点到为止，没有展开深入的分析。例如，如何利用FPGA的并行性和低延迟来加速卷积神经网络的推理，如何设计专门的硬件加速器来处理高频通信信号，这些都没有详细的描述。我认识到，PLD的应用范围非常广泛，而这本书似乎更侧重于介绍其静态逻辑功能，而忽略了其作为一种高度可定制的计算平台的巨大潜力。因此，对于想要了解PLD在现代计算领域前沿应用的读者，这本书可能只提供了一个非常初步的窗口。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题是《可编程逻辑器件基础》，我满怀期待地翻开了它，希望能够深入理解PLD的核心概念。然而，当我逐页阅读时，我发现这本书的内容，尽管在逻辑器件的某些基础知识上有所涉及，但似乎并没有完全触及我期望的深度。例如，关于FPGA的架构，书中更多的是停留在对基本组成单元（如LUT、FF、DSP Slice）的简单介绍，而对于它们是如何组织成一个高效的、可重构的计算引擎，以及不同厂商（Xilinx、Intel/Altera）在架构上的细微差别和设计哲学，本书的论述就显得有些泛泛而谈了。我期望能看到更具象化的图示，例如描绘大规模FPGA内部互连网络的拓扑结构，以及这些互连的延迟特性如何影响时序收敛。书中对于逻辑综合的论述也比较基础，更多地停留在“选择合适的工具”和“编写易综合的代码”的层面上，对于综合过程中各种算法（如粘贴、复制、进位链优化、寄存器复制）如何影响最终的资源利用率和性能，以及如何通过约束来指导综合过程，书中就没有深入的探讨。另外，对于时序分析，书中只提到了建立时间和保持时间的概念，但对于如何进行静态时序分析（STA）、如何解读STA报告、以及如何处理时序违例，例如通过优化逻辑、调整物理布局、使用插入延迟等技术，书中并没有提供具体的指导和案例。我原本希望通过这本书，能够建立起一套扎实的PLD设计方法论，能够独立完成从需求分析到最终芯片实现的整个流程，但目前来看，这本书更适合作为初学者对PLD有一个初步的印象，对于想要成为PLD工程师的人来说，还需要补充大量的实践经验和更深入的理论知识。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对自动化控制系统领域充满热情的研究生，PLD在工业自动化中有着广泛的应用，尤其是在实时控制和数据采集方面。《可编程逻辑器件基础》这本书，从标题上看，应该能帮助我理解PLD在这一领域的核心作用。书中对一些基本的数字控制概念，如PID控制器、伺服系统等，进行了简单的介绍，并提到PLD可以用来实现这些控制算法。然而，对于如何在FPGA上实现一个高性能的、实时的PID控制器，书中并没有提供详细的HDL设计流程和优化技巧。我期望看到关于如何将连续时间域的控制算法离散化，如何利用FPGA的并行处理能力来加速控制回路的计算，以及如何进行硬件加速的实时采样和数据处理。此外，书中对FPGA在工业通信协议（如Ethernet/IP, Profinet, Modbus TCP）的实现，也没有进行深入的讲解。我了解到，在工业自动化中，高效可靠的通信是至关重要的，但本书对此的内容相当有限，无法让我了解到如何利用PLD来构建高性能的通信接口。这本书更适合作为对PLD在工业自动化领域初步了解的读物，但对于希望深入研究PLD在实时控制和工业通信方面应用的读者，仍需要补充更专业的资料。

评分☆☆☆☆☆

我是一名刚入行的电子工程师，在导师的推荐下，我拿起了《可编程逻辑器件基础》这本书，希望能够打下坚实的PLD知识基础。书中对于数字电路的一些基本概念，如触发器、寄存器、计数器等，都有较为清晰的讲解，并且配有一些简单的电路图，这对我理解这些基本模块的工作原理起到了很大的帮助。然而，当我开始接触FPGA的配置和编程时，我发现书中对开发工具的使用，例如Xilinx Vivado或Intel Quartus Prime，并没有进行详细的介绍。我期望书中能提供一些关于如何安装、配置开发环境，如何创建工程、添加源文件、设置约束、运行综合、实现、布局布线以及生成比特流的具体操作指南。例如，对于如何设置时钟约束、I/O约束，如何进行时序分析和调试，这些都是实际设计中非常重要的环节，但本书对此的论述相当有限。此外，书中对于一些常用的IP核，如UART、SPI、I2C等，虽然有提到，但并没有深入讲解如何调用、配置以及集成到FPGA系统中。我了解到，在实际工程中，IP核的使用可以极大地提高开发效率，但由于本书缺乏这方面的指导，我感觉自己在实际项目中可能会遇到困难。这本书更像是一本理论教材，而对于实际的EDA工具操作和工程实践，则有待进一步的补充。