FPGA技术及应用PDF电子书下载

第1章 FPGA入门简介 1

1.1 FPGA发展历程 1

1.2 FPGA与ASIC、CPLD的区别 3

1.2.1 FPGA与CPLD 3

1.2.2 FPGA与CPLD 3

1.3 FPGA工作原理 4

1.3.1 FPGA的基本特点 4

1.3.2 FPGA配置模式 5

1.4 FPGA设计流程与设计方法 5

1.4.1 关键步骤的实现 6

1.4.2 自顶向下和自底向上 8

1.4.3 基于IP核的设计 8

1.5 主要FPGA/CPLD厂家 9

1.6 FPGA的应用 10

1.7 EAD技术 10

1.8 本书的编排 12

第2章 Verilog HDL的基础知识 13

2.1 硬件描述语言（HDL）概述 13

2.1.1 硬件描述语言的优越性 13

2.1.2 硬件描述语言的发展历史 14

2.1.3 HDL语言的主要特征 14

2.1.4 Verilog HDL与VHDL的比较 15

2.1.5 Verilog HDL设计流程及设计方法简介 15

2.1.6 硬件描述语言新的发展 17

2.2 程序结构 17

2.3 词法习俗 21

2.4 数据类型 24

2.4.1 物理数据类型 24

2.4.2 抽象数据类型 24

2.5 运算符和表达式 25

2.5.7 其他运算符 30

2.5.8 运算符优先级排序 31

2.6 控制结构 32

2.6.1 选择结构 32

2.6.2 重复结构 33

2.7 其他语句 35

2.8 任务和函数结构 38

2.9 时序控制 39

2.9.1 延迟控制 39

2.9.2 事件 40

2.9.3 等待语句 41

2.9.4 延迟定义块 42

第3章 设计验证 44

3.1 验证综述 44

3.1.1 验证的概念 44

3.1.2 验证和测试 45

3.1.3 自顶向下和自底向上的验证方法 45

3.1.4 主要验证技术 47

3.1.5 验证工具介绍 49

3.1.6 验证计划和流程 50

3.2 功能验证 52

3.2.1 验证程序（testbench）的组成 52

3.2.2 实用构造testbench技术 58

3.3 基于断言的验证 78

3.4 时序验证 81

3.4.1 静态时序分析概述 82

3.4.3 假路径和多周期路径 89

第4章 Modelsim仿真软件 93

4.1 Modelsim软件安装 93

4.2 Modelsim仿真方法 94

4.2.1 前仿真 94

4.2.2 后仿真 94

4.3 Modelsim仿真的基本步骤 95

4.3.1 建立库 95

4.3.2 编写与编译测试文件 96

4.3.3 执行仿真 99

4.4 Modelsim波形 106

4.4.1 手动创建输入波形 106

4.4.2 观察特定信号波形 107

4.4.3 保存和导入波形文件 108

4.4.4 Dataflow窗口观察信号波形 108

第5章 Quartus综合工具 110

5.1 基于Quartus II的系统设计流程 110

5.2 计数器的Verilog HDL设计 111

5.2.1 编辑设计文件 111

5.2.2 创建工程 113

5.2.3 编译前设置 116

5.2.4 编译 117

5.2.5 仿真 119

5.2.6 引脚锁定 123

5.2.7 编程下载 124

第6章 可综合模型设计 126

6.1 可综合代码的编码风格 126

6.1.1 阻塞赋值和非阻塞赋值 126

6.1.2 组合电路设计 131

6.1.3 时序电路设计 145

6.3.2 时序电路的建模 149

6.2 亚稳态及其解决方法 151

6.3 存储器的设计 154

6.4 模块设计 155

6.5 系统规范 157

6.5.1 系统规范的内容 157

第7章 有限状态机的设计 160

7.1 有限状态机简介 160

7.1.1 有限状态机的基本概念 160

7.1.2 用Verilog语言描述显示的有限状态机 161

7.2 两种状态机模型 162

7.2.1 moore型红绿灯 162

7.2.2 mealy型红绿灯 166

7.3 深入理解状态机 168

7.3.1 一段式状态机 168

7.3.2 两段式状态机 173

7.4 应用实例 176

7.4.1 独热码状态机 176

7.4.2 格雷码状态机 180

第8章 FPGA系统设计实例 184

8.1 项目一 出租车计费器 184

8.1.1 项目设计目的 184

8.1.2 项目设计功能描述 184

8.1.3 项目实现要求 184

8.1.4 项目设计思想和过程 184

8.1.5 项目设计扩展 190

8.2 项目二 智力抢答器 190

8.2.1 项目设计目的 190

8.2.2 项目设计要求 190

8.2.3 项目设计思想和过程 191

8.2.4 项目设计扩展 198

8.3 项目三 点阵型显示 198

8.3.1 项目设计目的 198

8.3.2 项目设计要求 199

8.3.3 项目设计思想和过程 199

8.3.4 项目设计扩展 204

8.4 项目四 自动售货机 204

8.4.1 项目设计目的 204

8.4.2 项目设计要求 204

8.4.3 项目设计思想和过程 205

8.4.4 项目设计扩展 210

8.5 项目五 数字闹钟 211

8.5.1 项目设计目的 211

8.5.2 项目设计要求 211

8.5.3 项目设计思想和过程 211

8.5.4 项目设计扩展 221

8.6 项目六 乒乓球游戏电路 221

8.6.1 项目设计目的 221

8.6.2 项目设计要求 221

8.6.3 项目设计思想和过程 221

8.6.4 项目设计扩展 231

参考文献 232