內容簡介
《Altera FPGA/CPLD設計(基礎篇)(第2版)》結閤作者多年工作經驗,係統地介紹瞭fpga/cpld的基本設計方法。在介紹fpga/cpld概念的基礎上,介紹瞭altera主流fpga/cpld的結構與特點,並通過豐富的實例講解quartus ii與modelsim、synplify pro等常用eda工具的開發流程。
《Altera FPGA/CPLD設計(基礎篇)(第2版)》附帶光盤中收錄瞭altera quartus ii web版軟件,讀者可以安裝使用,同時還收錄瞭本書所有實例的完整工程文件、源代碼和使用說明文件,便於讀者邊學邊練,提高實際應用能力。
《Altera FPGA/CPLD設計(基礎篇)(第2版)》可作為高等院校通信工程、電子工程、計算機、微電子與半導體等專業的教材,也可作為硬件工程師和ic工程師的實用工具書。
作者簡介
EDA先鋒工作室等編著的《Altera FPGACPLD設計》結閤作者多年工作經驗,係統地介紹瞭FPGA/CPLD的基本設計方法。在介紹FPGA/CPLD概念的基礎上,介紹瞭Altera主流FPGA/CPLD的結構與特點,並通過豐富的實例講解Quartus II與ModelSim、Synplify Pro等常用EDA工具的開發流程。
本書附帶光盤中收錄瞭Altera Quartus II Web版軟件,讀者可以安裝使用,同時還收錄瞭本書所有實例的完整工程文件、源代碼和使用說明文件,便於讀者邊學邊練,提高實際應用能力。
《Altera FPGACPLD設計》可作為高等院校通信工程、電子工程、計算機、微電子與半導體等專業的教材,也可?為硬件工程師和IC工程師的實用工具書。
內頁插圖
目錄
第1章 fpga/cpld簡介
1.1 可編程邏輯設計技術簡介
1.1.1 可編程邏輯器件發展簡史
1.1.2 可編程邏輯器件分類
1.2 fpga/cpld的基本結構
1.2.1 fpga的基本結構
1.2.2 cpld的基本結構
1.2.3 fpga和cpld的比較
1.3 fpga/cpld的設計流程
1.4 fpga/cpld的常用開發工具
1.5 下一代可編程邏輯設計技術展望
1.5.1 下一代可編程邏輯器件硬件上的四大發展趨勢
1.5.2 下一代eda軟件設計方法發展趨勢
1.6 小結
1.7 問題與思考
第2章 altera fpga/cpld的結構
2.1 altera高密度fpga
2.1.1 主流高端fpga——stratix iv e/gx/gt
2.1.2 內嵌10gbit/s高速串行收發器的fpga——stratix iv gt
2.1.3 內嵌高速串行收發器的中端fpga——arriaii gx
2.2 altera低成本fpga
2.3 altera的cpld器件
2.4 小結
2.5 問題與思考
第3章 altera quartus ii開發流程
3.1 quartus ii軟件綜述
3.1.1 quartus ii軟件的特點及支持的器件
3.1.2 quartus ii軟件的工具及功能簡介
3.1.3 quartus ii軟件的用戶界麵
3.2 設計輸入
3.2.1 設計輸入方式
3.2.2 設計規劃
3.2.3 設計輸入文件實例
3.2.4 設計約束
3.3 綜閤
3.3.1 使用quartus ii軟件集成綜閤
3.3.2 控製綜閤
3.3.3 綜閤實例
3.3.4 第三方綜閤工具
3.4 布局布綫
3.4.1 設置布局布綫參數
3.4.2 布局布綫實例
3.4.3 增量布局布綫
3.4.4 反標保留分配
3.5 仿真
3.5.1 指定仿真器設置
3.5.2 建立矢量源文件
3.5.3 仿真實例
3.5.4 第三方仿真工具
3.6 編程與配置
3.6.1 建立編程文件
3.6.2 器件編程和配置
3.7 小結
3.8 問題與思考
第4章 altera的ip工具
4.1 ip的概念和altera的ip
4.1.1 ip的概念
4.1.2 altera可提供的ip
4.1.3 altera ip在設計中的作用
4.2 使用altera的基本宏功能
4.2.1 定製基本宏功能
4.2.2 實現基本宏功能
4.2.3 設計實例
4.3 使用altera的ip核
4.3.1 定製ip核
4.3.2 實現ip核
4.3.3 設計實例
4.4 小結
4.5 問題與思考
第5章 quartus ii的常用輔助設計工具
5.1 i/o分配驗證
5.1.1 i/o分配驗證功能簡介
5.1.2 i/o分配驗證流程
5.1.3 用於i/o分配驗證的輸入
5.1.4 運行i/o分配驗證
5.2 功率分析
5.2.1 excel-based功率計算器
5.2.2 simulation-based功率估算
5.3 rtl閱讀器
5.3.1 rtl閱讀器簡介
5.3.2 rtl閱讀器用戶界麵
5.3.3 原理圖的分頁和模塊層次的切換
5.3.4 過濾原理圖
5.3.5 將原理圖中的節點定位到源設計文件
5.3.6 在原理圖中查找節點或網綫
5.3.7 使用rtl閱讀器分析設計中的問題
5.4 signalprobe及signaltap ii邏輯分析器
5.4.1 signalprobe
5.4.2 signaltap ii邏輯分析器
5.5 時序收斂平麵布局規劃器(timing closure floorplan)
5.5.1 使用timing closure floorplan分析設計
5.5.2 使用timing closure floorplan優化設計
5.6 chip editor底層編輯器
5.6.1 chip editor功能簡介
5.6.2 使用chip editor的設計流程
5.6.3 chip editor視圖
5.6.4 資源特性編輯器
5.6.5 chip editor的一般應用
5.7 工程更改管理(eco)
5.7.1 eco簡介
5.7.2 eco的應用範圍
5.7.3 eco的操作流程
5.7.4 使用change manager查看和管理更改
5.7.5 eco驗證
5.8 小結
5.9 問題與思考
第6章 編程與配置
6.1 配置altera fpga
6.1.1 配置方式
6.1.2 主動串行(as)
6.1.3 被動串行(ps)
6.1.4 快速被動並行(fpp)
6.1.5 被動並行異步(ppa)
6.1.6 jtag配置方式
6.1.7 byteblaster ii下載電纜
6.1.8 配置芯片
6.2 配置文件和軟件支持
6.2.1 軟件支持
6.2.2 配置文件
6.3 單闆設計及調試注意事項
6.3.1 配置的可靠性
6.3.2 單闆設計要點
6.3.3 調試建議
6.4 小結
6.5 問題與思考
第7章 第三方eda工具
7.1 第三方eda工具綜述
7.1.1 nativelink與wysiwyg
7.1.2 3種eda工具的使用流程
7.1.3 quartus ii支持的第三方工具
7.2 仿真的概念與modelsim仿真工具
7.2.1 仿真簡介
7.2.2 仿真的切入點
7.2.3 modelsim仿真工具的不同版本
7.2.4 modelsim的圖形用戶界麵
7.2.5 modelsim的基本仿真步驟
7.2.6 使用modelsim進行功能仿真
7.2.7 使用modelsim進行時序仿真
7.2.8 modelsim仿真工具高級應用
7.3 綜閤的概念與synplify/synplify pro綜閤工具
7.3.1 synplify/synplify pro的功能與特點
7.3.2 synplify pro的用戶界麵
7.3.3 synplify pro綜閤流程
7.3.4 synplify pro的其他綜閤技巧
7.4 小結
7.5 問題與思考
前言/序言
Altera FPGA/CPLD 設計(基礎篇)(第 2 版) 深入探索數字邏輯設計的強大平颱 本書旨在為讀者提供一套全麵而深入的 Altera FPGA (Field-Programmable Gate Array) 和 CPLD (Complex Programmable Logic Device) 設計入門知識。通過理論講解與實踐操作相結閤的方式,本書將帶領您一步步掌握使用 Altera 器件進行數字邏輯設計的核心技術和方法,為日後進行更復雜的項目設計奠定堅實的基礎。 為什麼選擇 Altera FPGA/CPLD? FPGA 和 CPLD 是現代數字電路設計中不可或缺的重要組成部分。它們提供瞭高度的靈活性和可編程性,使得工程師能夠以極高的效率實現復雜的數字功能。與傳統的 ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) 設計相比,FPGA/CPLD 的優勢在於其快速的原型開發能力、較低的研發成本以及易於修改和更新的特性。Altera (現為 Intel FPGA) 作為業界領先的半導體公司,其 FPGA 和 CPLD 器件憑藉卓越的性能、豐富的功能和成熟的開發工具,贏得瞭全球眾多工程師的青睞。 本書內容概覽: 本書共分為 XX 章,內容涵蓋瞭從基礎概念到實際設計的各個環節,力求讓讀者全麵理解 Altera FPGA/CPLD 的設計流程和技術要點。 第一部分:FPGA/CPLD 基礎理論與 Altera 器件概覽 第一章:數字邏輯設計基礎迴顧 我們首先將簡要迴顧數字邏輯設計的核心概念,包括二進製、邏輯門、布爾代數、卡諾圖化簡等,幫助讀者鞏固基礎知識。 深入講解組閤邏輯和時序邏輯電路的設計原理,包括觸發器(D 觸發器、JK 觸發器等)、寄存器、計數器等基本時序電路的構成和工作方式。 介紹有限狀態機 (FSM) 的概念,包括 Moore 型和 Mealy 型 FSM 的區彆,以及如何設計和實現 FSM,這對於控製復雜係統至關重要。 重點: 強調不同邏輯電路之間的關係,以及如何從功能需求映射到具體的邏輯門電路。 第二章:FPGA 與 CPLD 技術解析 詳細闡述 FPGA 和 CPLD 的內部結構和工作原理。我們將分析它們與傳統 PLD (Programmable Logic Device) 的區彆,以及各自的優勢和適用場景。 深入剖析 FPGA 的核心組成部分,如查找錶 (LUT)、觸發器、可編程互連矩陣 (PIC) 等,理解它們如何實現邏輯功能的配置。 講解 CPLD 的內部結構,例如宏單元 (Macrocell)、乘積項陣列 (Product Term Array) 等,理解其與 FPGA 在架構上的差異。 重點: 幫助讀者區分 FPGA 和 CPLD 的技術特性,並瞭解何時選擇哪種類型的器件。 第三章:Altera FPGA/CPLD 器件傢族介紹 本書將重點介紹 Altera (Intel FPGA) 的主流 FPGA 和 CPLD 器件係列,例如 MAX 係列 CPLD、Cyclone 係列 FPGA、Arria 係列 FPGA 以及 Stratix 係列 FPGA。 分析不同器件係列在性能、功耗、集成度、成本等方麵的特點,以及它們各自的目標應用領域。 介紹 Altera 器件的關鍵技術特性,如嵌入式處理器 (NIOS II)、DSP 模塊、高性能收發器 (SerDes) 等。 重點: 為讀者提供選擇閤適 Altera 器件的指導,使其能夠根據項目需求進行器件選型。 第二部分:Altera FPGA/CPLD 設計流程與開發工具 第四章:Altera Quartus Prime 開發套件詳解 Quartus Prime 是 Altera (Intel FPGA) 提供的官方集成開發環境 (IDE),本書將對其進行詳細介紹。 學習 Quartus Prime 的安裝、基本界麵布局、工程創建與管理。 掌握 Quartus Prime 中各個關鍵模塊的功能,包括邏輯編輯器、代碼編輯器、仿真工具、綜閤工具、布局布綫工具、時序分析工具等。 重點: 熟悉 Quartus Prime 的操作流程,為後續的設計實踐打下基礎。 第五章:HDL (硬件描述語言) 設計基礎 硬件描述語言 (HDL) 是使用 FPGA/CPLD 實現數字邏輯設計的標準方法。本書將重點講解 Verilog HDL。 Verilog HDL 的基本語法、數據類型、運算符、語句結構(如 `assign`, `always`, `if-else`, `case` 等)。 學習如何使用 Verilog HDL 描述組閤邏輯電路和時序邏輯電路。 介紹模塊的實例化、端口連接等概念。 重點: 通過大量實例,幫助讀者掌握使用 Verilog HDL 進行有效的設計。 第六章:使用 Altera Quartus Prime 進行項目設計 本章將結閤實際案例,帶領讀者一步步完成一個完整的 Altera FPGA/CPLD 設計流程。 從需求分析到 HDL 編碼: 如何將設計需求轉化為 HDL 代碼。 綜閤 (Synthesis): 理解綜閤的過程,將 HDL 代碼映射到 FPGA/CPLD 的邏輯單元。 仿真 (Simulation): 使用 Testbench 對設計的正確性進行驗證,這是不可或缺的步驟。 布局與布綫 (Place & Route): 將邏輯單元映射到 FPGA/CPLD 的物理資源,並進行連接。 時序分析 (Timing Analysis): 檢查設計的時序性能,確保其滿足係統要求。 下載與調試: 將設計文件下載到 Altera FPGA/CPLD 器件,並進行實際調試。 重點: 貫穿整個設計流程,讓讀者理解每個環節的作用和重要性。 第三部分:FPGA/CPLD 設計進階與實用技巧 第七章:時序約束與優化 深入講解時序約束的概念,包括時鍾定義、輸入輸齣延遲約束、多周期約束等。 學習如何使用 Quartus Prime 的時序分析工具來識彆和解決時序問題。 探討常用的時序優化技巧,例如流水綫技術、寄存器復製、邏輯門扇齣控製等。 重點: 確保設計能夠穩定可靠地在高頻下運行。 第八章:IP 核 (Intellectual Property Core) 的使用 IP 核是預先設計好的、可重用的功能模塊,可以極大地提高設計效率。 介紹 Altera (Intel FPGA) 提供的豐富 IP 核資源,例如處理器 IP (NIOS II)、存儲控製器 IP、通信接口 IP (Ethernet, PCIe) 等。 學習如何在 Quartus Prime 中調用和配置 IP 核,並將其集成到自己的設計中。 重點: 充分利用 IP 核,加速復雜係統的開發。 第九章:片上調試 (On-Chip Debugging) 對於復雜的設計,傳統的仿真可能不足以解決所有問題。本章將介紹 Altera 的片上調試技術。 學習使用 SignalTap II Logic Analyzer (或類似工具) 進行在綫邏輯分析。 掌握如何設置觸發條件,捕獲信號波形,以及分析運行時數據,從而快速定位和解決硬件問題。 重點: 提升調試效率,快速找到設計中的隱患。 第十章:FPGA/CPLD 的係統集成與應用案例 本章將通過幾個典型的應用案例,展示 Altera FPGA/CPLD 的實際應用。 案例一: 設計一個簡單的數字信號處理模塊,例如濾波器或 FFT。 案例二: 實現一個簡單的通信接口,例如 UART 或 SPI。 案例三: 集成 Altera 的嵌入式處理器NIOS II,構建一個簡單的 SoC (System-on-Chip) 係統。 重點: 將所學知識融會貫通,瞭解 FPGA/CPLD 在實際工程中的強大能力。 附錄: 附錄 A: Verilog HDL 語言參考 附錄 B: 常用 Altera FPGA/CPLD 器件參數錶 附錄 C: 推薦的參考資料與在綫資源 本書的特色: 循序漸進的教學方法: 從基礎概念齣發,逐步深入,確保讀者能夠逐步掌握復雜的知識。 豐富的實踐環節: 每一章都配有大量的代碼示例和設計練習,強調動手實踐。 貼近實際工程: 案例選擇緊密結閤當前主流的應用需求,幫助讀者快速將理論知識轉化為工程技能。 權威的開發工具: 重點講解 Altera (Intel FPGA) 官方的 Quartus Prime 開發套件,與業界接軌。 光盤資源支持: 隨書附贈的光盤包含瞭 Quartus Prime 開發軟件的試用版或教學版、演示工程、例程代碼等,極大地便利瞭讀者的學習和實踐。 目標讀者: 高等院校電子工程、計算機科學、自動化等專業學生。 初級和中級數字邏輯設計工程師。 希望學習 FPGA/CPLD 設計的硬件愛好者。 從事相關領域的科研人員。 學習本書,您將能夠: 深刻理解 FPGA/CPLD 的工作原理和設計理念。 熟練掌握 Altera Quartus Prime 開發套件的使用。 運用 Verilog HDL 進行高效的數字邏輯電路設計。 獨立完成 Altera FPGA/CPLD 的設計、仿真、實現和調試過程。 瞭解並掌握 FPGA/CPLD 設計中的關鍵優化和調試技巧。 為進一步學習更復雜的 FPGA/CPLD 項目設計打下堅實的基礎。 Altera FPGA/CPLD 設計(基礎篇)(第 2 版) 是您邁入數字邏輯設計殿堂的理想之選。立即開始您的 Altera FPGA/CPLD 設計之旅吧!