FPGA设计实战

第一部分概述

第1章绪论

第2章FPGA基础知识

2.1引言

2.2FPGA的发展

2.3可编程逻辑器件

2.4现场可编程门阵列

2.5FPGA设计技术

2.6FPGA的设计约束

2.7小结

第3章VHDL基础

3.1引言

3.2实体：模型接口

3.2.1实体定义

3.2.2端口

3.2.3通用属性语句

3.2.4常数

3.2.5实体举例

3.3构造体：模型的行为

3.3.1构造体的基本定义

3.3.2构造体声明

3.3.3构造体语句

3.4进程：VHDL中的基本功能单元

3.5基本的变量类型和操作符

3.5.1常数

3.5.2信号

3.5.3变量

3.5.4布尔操作符

3.5.5算术操作符

3.5.6比较操作符

3.5.7移位函数

3.5.8拼接

3.6判断与循环

3.6.1if-then-else语句

3.6.2case语句

3.6.3for语句

3.6.4While循环

3.6.5exit语句

3.6.6next语句

3.7层次化设计

3.7.1函数

3.7.2包

3.7.3元件

3.7.4过程

3.8调试模型

3.9基本数据类型

3.9.1基本类型

3.9.2数据类型：bit

3.9.3数据类型：boolean

3.9.4数据类型：integer

3.9.5数据类型：字符型

3.9.6数据类型：实数

3.9.7数据类型：时间

3.10小结

第4章设计自动化与FPGA测试

4.1仿真

4.1.1测试平台

4.1.2测试平台的目标

4.1.3简单的测试平台：实例化元件

4.1.4增加测试激励

4.2库

4.2.1引言

4.2.2库的使用

4.2.3标准逻辑库

4.2.4std_logic类型定义

4.3综合

4.3.1综合设计流程

4.3.2综合相关事项

4.3.3RTL设计流程

4.4物理设计流程

4.5布局布线

4.6时序分析

4.7设计缺陷

4.8FPGA设计中的VHDL问题

4.8.1初始化

4.8.2浮点数及其操作

4.9小结

第二部分应用

第5章图像与高速处理

5.1引言

5.2摄像头接口

5.2.1硬件接口

5.2.2数据率

5.2.3拜尔模式

5.2.4存储器需求

5.3开始

5.4确定接口

5.5定义顶层设计

5.6系统模块定义与接口

5.6.1系统分解

5.6.2鼠标和键盘接口

5.6.3存储器接口

5.6.4显示接口：VGA

5.7摄像头连接接口

5.8PC接口

5.9小结

第6章嵌入式处理器

6.1引言

6.2一个简单的嵌入式处理器

6.2.1嵌入式处理器架构

6.2.2基本指令

6.2.3取指执行周期

6.2.4嵌入式处理器的寄存器分配

6.2.5一个基本的指令集

6.2.6结构级还是行为级

6.2.7机器码指令集

6.2.8微处理器的结构单元

6.2.9处理器函数包

6.2.10程序计数器

6.2.11指令寄存器

6.2.12算术和逻辑单元

6.2.13存储器

6.2.14微控制器

6.2.15简单微处理器总结

6.3FPGA中的软核处理器

6.4小结

第三部分设计工具箱

第7章串行通信

7.1引言

7.2曼彻斯特编解码

7.3不归零编解码

7.4不归零反转编解码

7.5RS-232

7.5.1引言

7.5.2RS-232波特率产生器

7.5.3RS-232接收器

7.6通用串行总线

7.7小结

第8章数字滤波器

8.1引言

8.2S域到Z域的变换

8.3用VHDL实现Z域的函数

8.3.1引言

8.3.2增益模块

8.3.3和与差

8.3.4除法模型

8.3.5单位延迟模型

8.4基本低通滤波器模型

8.5FIR滤波器

8.6IIR滤波器

8.7小结

第9章安全系统

9.1块加密简介

9.2费斯特尔格子的结构

9.3数据加密标准

9.3.1引言

9.3.2DES的VHDL实现

9.3.3DES的验证

9.4高级加密标准

9.5小结

第10章存储器

10.1引言

10.2用VHDL对存储器进行建模

10.3只读存储器

10.4随机存取存储器

10.5SRAM

10.6Flash存储器

10.7小结

第11章PS/2鼠标接口

11.1引言

11.2PS/2鼠标基础

11.3PS/2鼠标命令

11.4PS/2鼠标数据包

11.5PS/2操作模式

11.6PS/2滚轮鼠标

11.7基本PS/2鼠标处理模块VHDL代码

11.8修改后的PS/2鼠标处理模块VHDL代码

11.9小结

第12章PS/2键盘接口

12.1引言

12.2PS/2键盘基础

12.3PS/2键盘命令

12.4PS/2键盘数据包

12.5PS/2键盘操作模式

12.5.1基本PS/2键盘处理模块VHDL代码

12.5.2修改后的PS/2键盘处理模块VHDL代码

12.6小结

第13章一个简单的VGA接口

13.1引言

13.2基本像素时序

13.3图像处理

13.4VGA接口的VHDL实现

13.5水平同步

13.6垂直同步

13.7水平和垂直消隐脉冲

13.8计算正确的像素数据

13.9小结

第四部分优化设计

第14章综合

14.1引言

14.2RTL综合支持的VHDL

14.2.1初始条件

14.2.2并发边沿

14.2.3数字类型

14.2.4wait语句

14.2.5断言

14.2.6循环

14.3一些引起综合失败的情况

14.4综合的内容

14.4.1总体设计结构

14.4.2控制器

14.4.3数据路径

14.5小结

第15章VHDL行为建模

15.1引言

15.2怎样从RTL转向行为级

15.3小结

第16章设计优化

16.1引言

16.2逻辑优化技术

16.3改善性能

16.4关键路径分析

16.5小结

第17章VHDL-AMS

17.1引言

17.2VHDL-AMS简介

17.3模拟引脚：TERMINAL

17.4混合域建模

17.5模拟变量：quantity

17.6VHDL-AMS中的联立方程

17.7一个VHDL-AMS的例子

17.7.1直流电压源

17.7.2电阻

17.8VHDL-AMS中的微分方程

17.9用VHDL-AMS进行混合信号建模.154

17.10一个基本的开关模型

17.11基本VHDL-AMS比较器模型

17.12多领域建模

17.13小结

第18章设计优化举例：DES

18.1引言

18.2数据加密标准

18.3MOODS

18.4初始设计

18.4.1简介

18.4.2总体结构

18.4.3数据转换

18.4.4密钥转换

18.5初始综合

18.6优化数据路径

18.7最终综合

18.8结果

18.9三重DES

18.9.1引言

18.9.2面积最小：迭代实现

18.9.3延迟最小：流水线方式

18.10方案比较

18.11小结

第五部分基本技术

第19章计数器

19.1引言

19.2基本二进制计数器

19.3综合简单的二进制计数器

19.4移位寄存器

19.5约翰逊计数器

19.6BCD计数器

19.7小结

第20章锁存器、触发器和寄存器

20.1引言

20.2锁存器

20.3触发器

20.4寄存器

20.5小结

第21章串并转换与并串转换

21.1串并转换

21.2并串转换

21.3小结

第22章ALU功能

22.1引言

22.2逻辑功能

22.3位加法器

22.4n位结构化加法器

22.5n位可配置加法器

22.6的补码

22.7小结

第23章译码器与多路复用器

23.1译码器

23.2多路复用器

23.3小结

第24章VHDL中的有限状态机

24.1引言

24.2状态转移图

24.3用VHDL实现有限状态机

24.4小结

第25章VHDL中的定点算法

25.1引言

25.2基本定点类型

25.3定点函数

25.3.1定点数向std_logic_vector的转换

25.3.2定点数向实数的转换

25.4测试定点数函数

25.5小结

第26章二进制乘法

26.1引言

26.2基本二进制乘法

26.3VHDL无符号乘法器

26.4乘法函数的综合

26.5“简单的”乘法

26.6小结

第27章参考书目

27.1引言

27.2VHDL参考书

27.3FPGA参考书

27.4普通数字设计参考书

索引

　　本书是一部实例丰富的实战宝典，涵盖了电路设计的完整流程，从FPGA基础知识入手，不但介绍了“FPGA做什么”，更详细解读了“用FPGA怎么做”。对于电路设计工程师和高校电气工程专业的师生来说，阅读本书是快速入门并成为设计高手的一条捷径。　　本书是为FPGA工程师量身定制的设计参考指南，不仅介绍了FPGA基本概念，还介绍了设计逻辑和技巧，使读者能够开发出实际高效的代码。　　本书适用于电子工程师阅读，也可作为高等院校相关专业师生的参考指南。