可編程邏輯器件原理及應用

第1章  數(shù)字邏輯與可編程邏輯的基礎知識  1
 1.1  數(shù)字邏輯設計基礎  1
  1.1.1  二進制與邏輯代數(shù)  1
  1.1.2  用二進制字表示數(shù)據(jù)  2
  1.1.3  單元與層次  3
  1.1.4  基本數(shù)字單元  6
  1.1.5  組合邏輯電路與時序邏輯電路  11
  1.1.6  狀態(tài)機原理  16
 1.2  數(shù)字邏輯系統(tǒng)基本構成原理  17
  1.2.1  典型的系統(tǒng)構成  17
  1.2.2  系統(tǒng)設計方法與技術指標  18
 1.3  現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設計的基本要素  22
  1.3.1  數(shù)字邏輯系統(tǒng)設計的基本方法和基本流程  22
  1.3.2  設計的基本工具  24
  1.3.3  目標芯片  26
  1.3.4  硬件描述語言HDL  27
 1.4  現(xiàn)場可編程邏輯器件技術的演進  29
  1.4.1  可編程邏輯器件結構的演進  29
  1.4.2  采用可編程邏輯器件的系統(tǒng)設計方法學的演進  37
第2章  大規(guī)?，F(xiàn)場可編程邏輯器件 40
 2.1  大規(guī)模現(xiàn)場可編程邏輯器件的基本分類  40
 2.2  基于SRAM編程的現(xiàn)場可編程邏輯器件  44
  2.2.1  SRAM FPGA的基本結構與工作原理  44
  2.2.2  典型的SRAM FPGA產(chǎn)品  49
  2.2.3  基本的SRAM FPGA的編程原理  72
 2.3  基于EPROM/E 2PROM/Flash Memory的現(xiàn)場可編程邏輯器件  75
  2.3.1  EPROM/E 2PROM/Flash Memory CPLD的基本結構和工作原理  75
  2.3.2  典型的EPROM/E 2PROM/Flash Memory CPLD產(chǎn)品  79
  2.3.3  基本的E 2PROM/Flash Memory的編程原理  100
 2.4  基于反熔絲結構的現(xiàn)場可編程邏輯器件  102
  2.4.1  反熔絲FPGA的基本結構與工作原理  102
  2.4.2  Axcelerator系列FPGA的編程原理與產(chǎn)品特征  106
  2.4.3  反熔絲結構FPGA的編程原理  116
第3章  新型系統(tǒng)級現(xiàn)場可編程邏輯器件  117
 3.1  強化運算功能的現(xiàn)場可編程邏輯器件  117
  3.1.1  Stratix系列FPGA概述  117
  3.1.2  Stratix系列FPGA的基本結構原理  118
  3.1.3  Stratix器件在設計中的應用  127
 3.2  強化存儲功能的現(xiàn)場可編程邏輯器件  128
  3.2.1  Spartan[CD*2]XL系列FPGA的分布式RAM  128
  3.2.2  Spartan[CD*2]Ⅱ和Virtex TM 系列FPGA的分布式RAM和塊狀RAM  131
  3.2.3  關于塊狀RAM的應用實例  133
 3.3  強化接口功能的現(xiàn)場可編程邏輯器件  134
  3.3.1  概述  134
  3.3.2  可編程I/O接口原理及其實現(xiàn)  134
  3.3.3  設計實例  136
 3.4  具有DLL功能塊的現(xiàn)場可編程器件  137
  3.4.1  時鐘樹的原理  137
  3.4.2  延遲鎖相環(huán)(DLL)的介紹  137
  3.4.3  延遲鎖相環(huán)(DLL)的原理  138
  3.4.4  庫資源的DLL說明與應用  139
  3.4.5  總結  141
 3.5  模擬和混合信號FPGA  142
  3.5.1  通用型可編程模擬器件概述  142
  3.5.2  在系統(tǒng)可編程模擬電路(ispPAC)的構造與工作原理  142
  3.5.3  現(xiàn)場可編程模擬陣列(FPAA)的構造與工作原理  144
  3.5.4  通用型可編程模擬器件的開發(fā)  146
  3.5.5  典型應用  147
 3.6  可用于ASIC設計的內(nèi)嵌FPGA的IP核  149
  3.6.1  概述  149
  3.6.2  VariCore EPGA的特征結構及功能  151
  3.6.3  設計流程  154
  3.6.4  應用方式及舉例  156
  3.6.5  小結  158
第4章  現(xiàn)場可編程邏輯器件的應用設計技術  159
 4.1  VHDL硬件描述語言與編程原理  159
  4.1.1  VHDL語言的基本要素  159
  4.1.2  VHDL語言程序的基本結構  163
  4.1.3  VHDL語言中的重要概念  169
  4.1.4  VHDL語言的主要語句形式  171
 4.2  集成化FPGA應用設計管理平臺和設計流程  177
  4.2.1  前言  177
  4.2.2  Mentor公司FPGA Advantage集成設計和管理平臺簡介  177
  4.2.3  基于FPGA Advantage工具的FPGA設計流程  182
 4.3  基于Actel FPGA數(shù)字系統(tǒng)現(xiàn)場集成方法  194
  4.3.1  設計與實現(xiàn)的工具  194
  4.3.2  Actel FPGA現(xiàn)場集成的設計流程  195
 4.4  設計輸入方法  196
 4.5  設計綜合方法  204
 4.6  設計實現(xiàn)方法  210
  4.6.1  基本的設計實現(xiàn)過程  210
  4.6.2  設計實現(xiàn)過程  215
 4.7  功能仿真與時序仿真  236
  4.7.1  概述  236
  4.7.2  仿真工具  237
  4.7.3  ModelSim仿真過程  239
 4.8  數(shù)據(jù)下載與設計校驗方法  252
第5章  現(xiàn)場可編程邏輯系統(tǒng)的設計技巧  256
 5.1  同步電路設計技巧  256
  5.1.1  同步電路與異步電路的基本概念  256
  5.1.2  FPGA現(xiàn)場集成中常見的問題  258
  5.1.3  同步邏輯電路設計中的基本技巧  262
 5.2  多級邏輯的設計技巧  264
  5.2.1  FPGA實現(xiàn)中的基本時延  264
  5.2.2  流水線的基本概念  265
  5.2.3  應用流水線的設計  266
 5.3  數(shù)字系統(tǒng)設計中的可編程器件的選擇方案  267
  5.3.1  從系統(tǒng)設計角度的目標器件選擇原則  268
  5.3.2  從器件資源角度的目標器件選擇原則  268
  5.3.3  從器件管腳來確定方案  269
 5.4  數(shù)字系統(tǒng)設計中的低功耗設計原則  270
第6章  應用實例設計  273
 6.1  乘法器的FPGA設計與實現(xiàn)  273
  6.1.1  乘法的基本原理  273
  6.1.2  乘法器的電路實現(xiàn)  274
 6.2  FFT的FPGA設計與實現(xiàn)  278
  6.2.1  FFT的原理  278
  6.2.2  FFT電路模型與設計  280
  6.2.3  小結  284
 6.3  有限脈沖響應(FIR)數(shù)字濾波器的FPGA設計與實現(xiàn)  284
  6.3.1  FIR濾波器的原理  284
  6.3.2  FIR濾波器的設計與實現(xiàn)  286
  6.3.3  性能結果分析  289
 6.4  線性分析、 循環(huán)碼編碼譯碼器的FPGA設計與實現(xiàn)  290
  6.4.1  循環(huán)碼的基本原理  290
  6.4.2  循環(huán)碼編譯碼器的設計與實現(xiàn)  291
  6.4.3  采用FPGA實現(xiàn)循環(huán)碼特性分析  295
 6.5  線性反饋移位寄存器LFSR的FPGA設計與實現(xiàn)  296
  6.5.1  Virtex系列FPGA中的CLB結構  296
  6.5.2  擴頻碼的產(chǎn)生  297
  6.5.3  線性反饋移位寄存器LFSR  298
  6.5.4  實現(xiàn)方法  300
附錄A  問題與練習  302
  A.1  隨機數(shù)發(fā)生器的原理分析與設計實現(xiàn)  302
  A.2  交通燈控制器的設計與實現(xiàn)  304
  A.3  簡易數(shù)字鎖的設計與實現(xiàn)  306
附錄B  現(xiàn)場可編程邏輯器件主流產(chǎn)品一覽  309
附錄C  SZ2002 FPGA/CPLD數(shù)字邏輯實驗平臺  321
附錄D  國內(nèi)外常用二進制邏輯元件圖形符號對照表  323
參考文獻  324