XILINX FPGA數位電路設計入門 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:東華

作者:鄭群星

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:20021001

价格:NT$ 350

装帧:

isbn号码:9789574831692

丛书系列:

图书标签:

• FPGA
• Xilinx
• 數位電路
• 電路設計
• VHDL
• Verilog
• 入门
• 开发板
• 数字逻辑
• 可编程逻辑

好的，这是一份关于一本名为《XILINX FPGA 數位電路設計入門》的图书的详细内容简介，该简介旨在全面介绍该书的涵盖范围和核心价值，而不涉及任何特定的AI创作痕迹。 --- 图书简介：《XILINX FPGA 數位電路設計入門》 深入淺出，引領數位邏輯設計與實務應用跨越鴻溝 在當今快速演進的電子工程領域中，現場可編程邏輯閘陣列（FPGA）已成為實現高速運算、客製化硬體加速與複雜系統整合的關鍵技術。本書《XILINX FPGA 數位電路設計入門》專為初學者、在校學生以及尋求系統性知識重構的工程師所設計，旨在提供一個紮實、實用且極具操作性的學習路徑，從數位電路基礎概念，逐步邁向使用業界主流 Xilinx 器件進行高效能設計的實戰能力。 本書的編排邏輯遵循「理論奠基、工具掌握、實例演練」的三段式結構，確保讀者不僅理解設計的「為什麼」，更能精確掌握「如何做」。 第一部分：數位邏輯與電路基礎重溫 (The Foundations) 在正式進入 FPGA 設計流程前，確保讀者具備穩固的數位邏輯基礎至關重要。本部分將以實務應用為導向，快速回顧並深化對核心概念的理解： 1. 數位系統概論與半導體元件基礎： 簡要介紹數位信號的特性，CMOS 技術的基礎工作原理，以及邏輯閘（Gate）的電氣特性分析。 2. 組合邏輯電路設計與分析： 深入探討布林代數化簡、卡諾圖（Karnaugh Map）的應用、多路器（MUX）、解碼器（Decoder）、編碼器（Encoder）及比較器（Comparator）的標準化設計方法。重點闡述如何將複雜邏輯需求有效地轉換為最小化的邏輯實體。 3. 時序邏輯電路核心概念： 詳盡解析觸發器（Flip-Flop，包含 D, JK, T 型）的工作機制、建立時間（Setup Time）與保持時間（Hold Time）的約束條件。這對於理解同步電路的穩定性至關重要。 4. 狀態機設計（Sequential Logic Design）： 完整介紹有限狀態機（FSM）的設計方法學，包括米里（Mealy）與摩爾（Moore）兩種架構的比較與選擇標準。透過實例解析如何設計複雜的控制器，如序列偵測器或簡單的交通號誌控制器。 第二部分：Xilinx 開發環境與硬體描述語言 (The Toolkit Mastery) 現代 FPGA 設計完全依賴硬體描述語言（HDL）與專業的整合開發環境（IDE）。本書的精華部分聚焦於 Xilinx Vivado Design Suite 的操作與 VHDL/Verilog 的高效應用。 1. Xilinx 器件架構概覽： 介紹現代 Xilinx FPGA 的核心結構，包括配置邏輯區塊（CLB）、查找表（LUT）、觸發器、分散式 RAM（Distributed RAM）、鎖相環（PLL/MMCM）以及 DSP Slice 的功能與定位。讓讀者瞭解程式碼最終是如何映射到實際硬體資源的。 2. Vivado 設計流程的全面導覽： 詳細拆解從程式碼編寫、功能模擬、綜合（Synthesis）、佈局與繞線（Implementation/Place & Route），到最終生成位元流（Bitstream）的完整流程。強調在不同階段應關注的設計規範與常見錯誤的排除方法。 3. 硬體描述語言實戰（以 VHDL/Verilog 為主）： 結構化與行為化描述的轉換： 強調如何使用 HDL 語言準確描述硬體結構（如使用結構化建模）和系統行為（如使用行為建模），並探討其對最終實現資源的影響。 模組化設計與層次結構： 教導讀者如何使用實體（Entity）與架構（Architecture）或模組（Module）來構建可重複使用的 IP 核與分層設計。 時序約束的設定（XDC 基礎）： 介紹如何使用 Xilinx Design Constraints (XDC) 文件，設定時脈輸入、I/O 延遲，這是確保設計在目標頻率下穩定運行的關鍵步驟。 第三部分：進階設計主題與實務專題 (Practical Applications) 理論與工具掌握後，本書將讀者帶入更貼近實際工程應用的場景，重點強化對高效能設計的理解： 1. 資源最佳化與設計優化： 探討如何識別設計中的效能瓶頸（如熱點區域、長線路延遲）。學習使用 Vivado 的時序報告（Timing Report）進行分析，並掌握優化 LUT 使用率、減少線程延遲的程式編寫技巧。 2. 匯流排協議與介面設計基礎： 介紹常見的片上匯流排概念，包括 AXI-Lite 和 AXI Stream 的基本架構。透過簡單的實例，展示如何設計一個可與處理器（如 MicroBlaze）通訊的簡單週邊單元。 3. 高速時脈管理與同步設計： 深入講解鎖相環（PLL）和混合模式時脈管理單元（MMCM）的配置，以及如何處理不同時脈域之間的同步問題（如使用 FIFO 或 CDC 專用單元）。 4. 專案實戰演練： 書中包含數個完整的、可從頭實作的專案，涵蓋： 高速數據處理器設計： 設計一個包含濾波器的實時數據處理模塊。 人機介面（HMI）基礎： 實作 VGA 顯示或簡單的按鍵矩陣掃描電路。 基礎記憶體控制器模擬： 模擬對外部 SDRAM 或內部 Block RAM 的讀寫操作。 本書特色與目標讀者效益 《XILINX FPGA 數位電路設計入門》的目標是消除抽象理論與硬體實現之間的隔閡。本書的特點在於其高度的實用性： 完全基於 Xilinx 平台： 所有範例和操作均針對主流的 Vivado 環境進行編寫，確保學習成果能直接轉化為工作能力。 逐步引導的教學法： 內容設計符合認知曲線，避免初學者在面對複雜設計時感到不知所措。 強調設計規範： 不僅傳授「如何設計」，更強調「如何設計出正確、高效且可綜合的硬體描述碼」。 無論您是電子工程、通訊工程、電腦科學的學生，或是希望將數位設計技能升級至 FPGA 平台的資深工程師，本書都將成為您掌握 Xilinx FPGA 晶片設計的可靠起點與實戰指南。透過系統的學習，您將能自信地將複雜的演算法與功能，高效地部署到尖端的現場可編程晶片上。

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拿到这本书的时候，我心中充满了期待，毕竟FPGA的学习曲线向来陡峭，能找到一本定位清晰、难度适中的入门教材实属不易。这本书的排版和图示处理得相当到位，即便是初次接触数字逻辑电路设计的读者，也能被引导着一步步理解复杂的概念。它没有急于抛出高深的理论，而是选择了一条更为扎实的路径，从最基础的晶体管开关原理开始讲起，逐步过渡到逻辑门、组合逻辑和时序逻辑的构建。特别是书中对VHDL和Verilog这两种硬件描述语言（HDL）的介绍，不是那种干巴巴的语法罗列，而是紧密结合实际电路设计的案例进行讲解，这让我的学习过程非常顺畅。我记得在学习有限状态机（FSM）的章节时，作者用了一个非常贴近日常生活的例子来解释状态转移的逻辑，一下子就让我茅塞顿开。这种教学方式极大地降低了初学者的心理门槛，让人感觉FPGA设计似乎也没那么遥不可及。它更像是一位经验丰富的工程师在手把手地教你如何搭好第一块“乐高积木”，注重实践和理解，而非纯粹的理论灌输。对于那些希望通过自学掌握FPGA基础技能的人来说，这本书提供的脚手架无疑是非常坚固的。

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与其他声称“快速入门”的教材相比，这本书在“入门”之后的设计扩展性上做得更为出色。它没有在基础知识点上浅尝辄止，而是巧妙地埋下了许多后续深入学习的“钩子”。比如，在介绍片上存储器（BRAM）的初始化和读写操作时，它不仅展示了同步和异步访问模式，还简要提及了如何利用内部资源构建更复杂的缓存结构。这种在基础框架内嵌入高级概念的技巧，使得读者在掌握基本技能的同时，也能对未来的学习方向有一个大致的蓝图。我特别欣赏它对于标准外设接口协议的初步介绍，比如UART和SPI的简单状态机实现，这些虽然是基础内容，但却是搭建系统级验证平台的基石。读完之后，我感觉自己已经有了一套完整的、可以信赖的工具箱，里面装的都是经过实践检验的、经过良好包装的基础模块。这本书的价值不在于教你设计出最先进的芯片，而在于为你打下坚实的基础，让你有信心去面对和解决更复杂的现实工程挑战。

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阅读这本书的过程，就像是在进行一次结构清晰的探险。它非常注重理论与实践的结合度，这一点从其配套的实验指导就能看出来。虽然我手头上没有完全相同的开发板，但书中提供的仿真流程和波形分析步骤，几乎可以平移到任何主流的开发环境中去验证。尤其是在处理并行总线接口的设计章节，作者没有采用过于简化的模型，而是引入了握手信号和仲裁机制的详细讲解，这对于后续进行更复杂的系统集成工作至关重要。我发现自己不仅仅是在学习如何编写HDL代码，更是在学习如何用硬件的思维去组织数据流和控制流。书中对时序约束（Timing Constraints）的讲解，虽然只是初级介绍，但其强调的“建立时间”和“保持时间”的重要性，让我对最终上板调试时可能遇到的问题有了一个清晰的预判。这种前瞻性的指导，无疑为我节省了大量的调试时间，避免了许多新手常犯的“代码能综合通过，但跑起来不对”的尴尬局面。它将那些原本感觉高深莫测的硬件时序概念，用清晰的图表和案例，转化成了可以被掌握的知识点。

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这本书在讲解数字信号处理（DSP）的基础模块时，展现出一种令人耳目一新的叙事风格。它没有直接跳入复杂的滤波器设计，而是花费了大量的篇幅来阐述“为什么”需要这些模块，以及它们在实际应用中扮演的角色。作者似乎深谙读者的困惑点，总能在关键时刻插入“设计者视角”的讨论，比如资源利用率的权衡、流水线设计如何提高吞吐量等实际工程问题。例如，在介绍乘法器优化时，它对比了串行和并行实现的优缺点，并配上了详尽的时序图示，使得抽象的硬件加速概念变得具体可感。对于我个人而言，最受启发的是关于时钟域交叉（CDC）的处理部分。那部分内容写得非常细致，从亚稳态的产生机制到主流的同步电路方案（如异步FIFO的设计），层层递进，逻辑严密，绝非市面上许多教程一笔带过的内容可比。这本书的价值在于它不仅告诉你“如何做”，更重要的是告诉你“为什么要这样做”，培养的是一种系统性的工程思维，而不是单纯的工具使用技巧。这种深度和广度的平衡，让这本书超越了一般的入门手册的范畴。

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这本书的语言风格显得非常沉稳和务实，几乎没有华丽的辞藻，每一个句子似乎都承载着明确的技术信息。它在介绍基础逻辑门电路的物理实现和逻辑功能对应关系时，显得尤为严谨。我注意到作者在阐述组合逻辑的竞争冒险（Hazard）问题时，采用了矩阵图和真值表的双重分析方法，这确保了读者能够从不同维度理解这一潜在的错误源头。这种对细节的极致关注，是区分一本优秀教材和普通参考书的关键所在。此外，书中关于设计流程的描述也极其规范化，从功能定义、RTL编码、功能仿真、综合、静态时序分析（STA）到最终的比特流生成，每一步骤都被赋予了清晰的操作目标和检查要点。这对于一个刚踏入这个领域的学习者来说，提供了一个清晰的、可重复遵循的标准操作流程。它不仅仅是教你画图和写代码，更是在塑造一种符合行业标准的、严谨的研发习惯，这对于未来职业发展是极其宝贵的财富。

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