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《FPGA现代数字系统设计及应用》根据作者多年的教学经验与工程实践编写,内容涉及大规模复杂系统的设计、验证及FPGA实现的全部过程,详细演示了FPGA系统设计的各项技术,有利于读者快速动手实践,对电子信息类学生系统掌握现代数字系统设计有重要的参考价值。《FPGA现代数字系统设计及应用》配有教学课件(PPT)和源文件等教辅资源,下载地址为清华大学出版社网站本书页面。
内容简介
随着EDA技术和工具的发展,现代数字系统的设计思想、设计工具和实现方式均发生了深刻的变化,基本设计流程主要包括: 硬件描述语言(HDL)输入; 仿真验证设计功能; 将HDL综合为门级网表; 静态时序分析验证时序; 后端ASIC或者FPGA实现。验证方法学、低功耗设计也是热点问题。随着系统规模增大,将整个系统在单片系统上实现(即片上系统,SoC)已逐渐成为主流。本书根据工程实践与教学经验,采用全新参考流程,指导读者完成大规模复杂系统的设计、验证和FPGA实现。本书注重实践,配套教学PPT与全部实例代码,详细演示各项技术,指导读者动手操作,对电子信息类学生系统掌握现代数字系统设计有重要的参考价值。
作者简介
张德学,2006年获中国科学技术大学电路与系统专业博士学位,2011-2014年在复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室做博士后。2011年,主导设计的“32位嵌入式SoC安全家电网关芯片”流片测试成功。长期工作在教学与科研第一线,主讲“EDA技术与应用”、“SoC设计方法学”等课程。
内页插图
前言/序言
随着EDA技术和工具的发展,现代数字系统的设计思想、设计工具和实现方式均发生了深刻的变化,系统规模不断增大,片上系统(SoC)已逐渐成为设计主流。本书根据工程实践与教学经验,采用主流工具与参考流程,帮助读者完成大规模复杂系统的设计、验证和FPGA实现。
本书在章节安排上,尽量按照现代数字系统开发流程和由浅入深的学习顺序来安排,让读者先了解FPGA器件原理,再学习基本的Verilog语法,采用Modelsim工具仿真调试,然后用Quartus Ⅱ工具综合适配,生成FPGA配置信息流,并将其下载到FPGA开发板上验证。基本流程掌握后,可进一步学习Verdi工具,提高调试效率; 使用TimeQuest时序约束与分析工具,评估设计的性能。工具都熟悉后,可再学习有限状态机设计方法,自检测Testbench设计方法,测试覆盖率分析方法,理解多种良好的编码风格,了解功耗来源构成和低功耗设计方法等。随后可学习基于NiosⅡ的SOPC系统开发过程,以及自定制IP核的设计与集成。最后的综合设计中,详细介绍了基于OR1200的SoC系统设计过程,包括系统架构、硬件搭建、软件开发、软硬件联合仿真、FPGA实现、u�瞓oot移植、Linux移植等,从最小系统开始,逐步添加功能模块,成为较为实用的SoC系统,是较好的SoC系统开发示范。
全书章节安排如下:
第1章介绍了现代数字系统设计流程、FPGA/CPLD器件原理和商用FPGA/CPLD器件。
第2章介绍了Verilog标准与基本语法、Testbench设计方法、仿真器工作原理,并列举了一些设计实例,介绍了设计中的常见问题。
第3章介绍了Modelsim仿真工具,主要采用命令行和脚本方式,并介绍了VCD输出、测试覆盖率相关操作。
第4章介绍了Verdi工具,以及如何与Modelsim联合调试等问题。
第5章介绍了Quartus Ⅱ工具使用、FPGA开发流程,以及如何进行功能仿真与时序仿真。
第6章介绍了时序约束与时序分析概念,以及TimeQuest工具使用。
第7章介绍了Synplify Pro工具使用。
第8章介绍了部分Verilog高级设计,包括编码风格、自检测Testbench设计、FSM设计、多时钟域设计,以及PLI编程。
第9章介绍了功耗来源、功耗估算方法,以及常见的低功耗设计方法。
第10章介绍了基于NiosⅡ的SOPC系统设计,从系统搭建到μCLinux操作系统移植,并介绍了如何进行IP核开发与集成。
第11章介绍了基于OR1200的SoC系统设计过程,采用“OR1200 CPU + Wishbone总线+其他功能模块”结构,从构建基本平台开始,逐步添加外围模块,并移植了u�瞓oot和Linux系统,最终实现了功能较为完备的实用SoC系统。
本书配套教学PPT与全部实例代码,以便于教师教学及学生练习。
本书可用作EDA技术与应用、SOPC系统设计、SoC设计方法学等课程的参考教材。EDA技术与应用课程可重点讲解第1、2、3、5、6、8章,SOPC系统设计课程可重点讲解第3、4、6、8、9、10章,SoC设计方法学课程可重点讲解第3、4、6、8、9、11章。
本书注重实践,配套教学PPT与全部实例代码,详细演示各项技术,指导读者动手操作,对电子信息类学生系统地掌握现代数字系统设计有一定帮助。
全书行文力求简洁实用,阅读过程中,可能需要读者查阅相关标准、规范文档。
本书撰写中,直接或间接引用了不少专家、学者的文献,以及EDA厂商的培训教材等,它们精辟的分析、简明的风格,让作者受益匪浅,在此表示感谢!书中引用处已做了说明,疏漏之处敬请谅解。
全书由张德学博士、张小军博士、郭华博士编写,王维克、肖风玉检验了全书实例,提出了修改意见,并对文字描述、图片做了一些修正,陈新华教授审校了全书。全书由张德学负责统稿。
作者教学、实践经验尚浅,加之水平有限,谬误和疏漏之处在所难免,敬请读者指正。
张德学2015年1月
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