VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:西安电子科技大学出版社

作者:侯伯亨等编

出品人:

页数:319

译者:

出版时间:1997-9

价格:20.8

装帧:平装

isbn号码:9787560605340

丛书系列:

图书标签:

• VHDL
• 电子
• 数字电路
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• FPGA
• Verilog
• 数字系统设计
• 可编程逻辑器件
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《现代嵌入式系统软件开发实战指南》 图书简介 在当前技术飞速发展的时代，嵌入式系统已渗透到我们日常生活的方方面面，从智能手机、可穿戴设备到工业自动化和汽车电子，其重要性日益凸显。然而，要成功地设计和实现高性能、低功耗的嵌入式系统，需要扎实的理论基础和丰富的实践经验。本书旨在为读者提供一个全面、深入且高度实战化的嵌入式系统软件开发指南，重点聚焦于现代处理器架构下的实时操作系统（RTOS）应用、驱动程序开发以及系统级性能优化。 本书结构清晰，内容涵盖了嵌入式系统开发的多个核心层面，确保读者不仅理解“如何做”，更能掌握“为何要这样做”。 第一部分：嵌入式系统基础与开发环境构建 本部分首先为读者奠定坚实的理论基础，详细介绍了现代嵌入式处理器的基本架构，包括ARM Cortex-M系列和Cortex-A系列的核心设计原理、流水线操作、内存管理单元（MMU/MPU）的功能与配置。我们将深入探讨嵌入式系统的启动流程，从固件加载到操作系统内核初始化，解析每一个关键步骤背后的设计考量。 随后，本书将重点讲解如何搭建高效的交叉编译环境。我们将详细介绍构建工具链（如GCC for ARM）的配置，理解编译、汇编、链接过程的差异，以及如何利用CMake或Makefile进行复杂的项目管理。对于初学者而言，我们将提供逐步指导，确保他们能顺利建立一个可用于实际开发的工具链。此外，调试工具的使用是嵌入式开发不可或缺的一环，本书将详述GDB配合JTAG/SWD调试器（如OpenOCD配合ST-Link/J-Link）的高级调试技巧，包括设置硬件断点、查看寄存器状态、内存映射分析和实时代码跟踪。 第二部分：实时操作系统（RTOS）核心机制与应用 实时操作系统是现代嵌入式系统的“大脑”。本部分将深入剖析主流RTOS（如FreeRTOS、Zephyr或RT-Thread）的核心机制。我们将从任务管理开始，详细解释任务的创建、切换、优先级继承与抢占的实现细节。重点讨论上下文切换的开销分析及其优化策略。 内核对象是实现并发和同步的关键。本书将系统地讲解信号量（二值信号量、计数信号量）、互斥锁（Mutex）的正确使用场景，特别强调“优先级反转”问题及其解决方案，例如Prioity Inheritance Protocol（PIP）和Priority Ceiling Protocol（PCP）。消息队列和事件组的异步通信机制也将被详尽阐述，提供大量代码示例以展示如何在多任务环境中安全高效地传递数据。 除了基础对象外，我们还将探讨高级RTOS特性，如软件定时器管理、中断服务例程（ISR）与任务的交互模式（如使用Deferred Interrupt Processing），以及如何利用RTOS提供的内存池机制进行动态内存分配的高效管理，规避内存碎片化问题。 第三部分：设备驱动程序开发与硬件交互 驱动程序是连接上层应用与底层硬件的桥梁。本部分将完全侧重于裸机编程与驱动开发的实践。我们将以常见的SoC外设为例，如通用异步收发器（UART）、通用定时器、中断控制器（NVIC）和模数转换器（ADC），讲解如何直接操作寄存器（Register-level programming）实现对这些硬件的精确控制。 本书将强调中断驱动编程的精髓。我们将指导读者如何正确地配置和管理中断向量表，理解中断延迟的来源，并掌握编写高效、可重入ISR的最佳实践。对于需要高速数据吞吐的外设，如SPI或I2C控制器，本书将详细解析如何利用DMA（直接内存访问）机制，实现数据传输与CPU处理的解耦，从而大幅提升系统性能并减轻CPU负载。 在讲解驱动开发时，我们不仅关注单个外设，更着重于如何构建模块化、可移植的驱动框架。读者将学习如何抽象硬件平台差异，编写适应不同SoC系列的通用驱动接口。 第四部分：系统性能、功耗管理与系统级调试 高性能和低功耗是嵌入式系统设计的两大核心约束。本部分将指导读者进行深入的系统级优化。我们将介绍性能分析工具的使用，包括周期计数器（Cycle Counter）和逻辑分析仪，用于精确测量代码的执行时间、中断延迟和任务切换开销。 功耗优化是物联网（IoT）和电池供电系统的生命线。本书将系统讲解不同处理器工作模式（如睡眠模式、深度休眠模式）的进入与唤醒机制。重点分析如何通过动态调整时钟频率、关闭不使用的外设模块、优化存储访问模式来实现电源管理。 最后，我们将讨论系统稳定性与可靠性。这包括看门狗（Watchdog Timer）的合理配置，异常处理机制的建立（如总线错误、非法指令捕获），以及故障注入测试方法，确保系统在复杂和恶劣环境下仍能稳定运行。 本书面向有一定C语言基础，希望深入掌握现代嵌入式系统软件设计与实现技术的工程师、技术爱好者和高校学生。通过阅读本书，读者将能够独立完成复杂嵌入式产品的软件架构设计、核心驱动开发以及系统级的性能调优工作。

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从对设计流程的宏观视角来看，这本书的结构组织非常巧妙，它没有一开始就深陷于VHDL的语法细节中，而是先用大量的篇幅建立起数字系统设计的完整认知框架。它首先描绘了从需求分析到 RTL（寄存器传输级）编码，再到仿真验证、逻辑综合，最终到布局布线的整个链条。这种自顶向下（Top-Down）的讲解思路，帮助读者在学习具体的语法结构之前，就明确了自己所写代码在整个芯片制造产业链中的位置和作用。这一点对于工程实践至关重要，它确保了学习者在编写每一行代码时，都能考虑到其对后端流程的影响。这种系统性的思维训练，远比单纯掌握一门语言的语法更加宝贵，它培养的是一种结构化的、面向结果的工程思维。

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这本书的排版和印刷质量确实让人眼前一亮，尤其是那些复杂的电路图和时序图，线条清晰、图例标注得当，对于我们这些初学者来说，简直就是福音。我记得我之前买过几本类似的教材，很多时候图都是糊的，看得人一头雾水，但这本书在这方面做得非常出色。作者在讲解基本逻辑门、组合逻辑和时序逻辑时，不仅仅是给出了公式和真值表，还配有大量的实际案例，这些案例从简单的加法器到稍微复杂的状态机，都循序渐进地引导读者去理解底层的工作原理。特别值得称赞的是，书中对不同设计风格的权衡分析非常到位，比如在资源消耗和速度优化之间的取舍，这些都是在实际项目中最容易被忽视但又至关重要的细节。通过阅读，我感觉自己对硬件设计的整体架构有了更宏观的认识，不再是零散的知识点堆砌，而是形成了一个有机的知识体系。

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这本书的理论深度和广度令人印象深刻，它绝非一本泛泛而谈的入门读物，而是真正深入到了FPGA和ASIC设计流程的核心。作者对于高级同步电路的设计、亚稳态的处理以及时钟域交叉（CDC）的机制讲解得极其透彻，这部分内容通常是其他教材避而不谈或者只是浅尝辄止的难点。书中详细剖析了不同综合工具（比如Synopsys或Cadence的一些概念）背后的设计哲学，这对于希望未来进入专业领域的读者是极大的加分项。我特别喜欢它对并发性描述的讨论，如何用顺序结构模拟并行硬件的运行，这种思维的转换是学习硬件描述语言的关键。读完相关章节，我立刻尝试在自己的开发板上实现了一个更复杂的流水线结构，代码的效率和可读性都有了质的飞跃。这本书的价值在于，它不仅教你“如何写代码”，更重要的是教你“为什么要那样写”。

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我对这本书的实用性给予高度评价，它在理论与实践的结合上找到了一个近乎完美的平衡点。书中穿插了大量的代码示例，这些代码不仅语法正确，而且充分体现了最佳实践（Best Practices）。例如，在讲解如何实例化模块时，作者对比了位置描述法和命名描述法在可维护性上的差异，并给出了为什么推荐使用命名描述法的工程化理由。另外，书中对测试平台的构建也投入了相当的篇幅，如何有效地利用$display, $monitor, $strobe等系统任务进行仿真验证，并如何编写自检代码（Self-checking testbenches），这都是工程师日常工作中必须掌握的技能。它就像一位经验丰富的前辈在手把手教你如何搭建一个健壮且易于维护的硬件项目，而不是干巴巴地罗列语言特性。每次遇到设计瓶颈时翻开这本书，总能找到恰到好处的指导。

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这本书的叙事风格非常具有个人魅力，它不像很多技术书籍那样板着脸孔，而是带着一种深入浅出的亲和力。作者似乎总能预见到读者在学习过程中会产生的疑惑，并在关键节点设置了“设计者笔记”或者“陷阱警示”这样的栏目，用一种幽默而精确的语言点出误区。比如在讲解信号敏感性列表（Sensitivity List）时，作者用了一个生动的比喻来解释为什么忘记添加时钟和复位信号会导致不可预期的行为，这个比喻我至今记忆犹新。这种教学方式极大地降低了学习的心理门槛，使得原本枯燥的硬件描述过程变得引人入胜。它让读者感到自己不是在阅读一本冷冰冰的技术手册，而是在与一位知识渊博的朋友进行高效的知识交流。这种人文关怀在硬核的技术书籍中是极其难得的。

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贡献者：张宇奇

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VHDL进阶书籍

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电子版部分章节翻阅。

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