Verilog HDL设计与实战

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出版者:
作者:刘福奇
出品人:
页数:533
译者:
出版时间:2012-9
价格:68.00元
装帧:
isbn号码:9787512409194
丛书系列:
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具体描述

《Verilog HDL设计与实战》分为四个部分:ModelSim仿真工具与QuartusⅡ开发工具的基本操作、VerilogHDL的语法介绍、FPGA实例设计和基于Qsys的NiosⅡ实例设计。首先介绍QuartusII的基本操作,包括工程的新建、代码的编辑、原理图的设计、VerilogHDL的代码设计、基于QuartusⅡ和ModelSim的波形仿真及FPGA配置文件的下载等与FPGA设计有关的基本操作。之后配合VerilogHDL程序实例以VerilogHDL知识点的方式逐个介绍它的基本语法。然后,以实例为切入点,从简单到复杂,介绍组合电路的建模、时序电路的建模和综合实例的设计。最后,在NiosII的讲解中,介绍基于Qsys的最小NiosII系统的搭建,基于Qsys的NiosⅡ自带的IP模块的使用,包括PIO模块、UART模块、定时器模块和SPI模块的应用,以及基于Qsys的自定义外设与自定义指令的应用实例。

好的,这是一本关于嵌入式系统开发的图书简介,内容专注于现代处理器架构、实时操作系统以及系统级验证方法,完全不涉及Verilog HDL的具体设计或实现细节。 --- 现代嵌入式系统架构与高级驱动开发:基于RISC-V与RTOS的深度实践 图书概述 本书旨在为具备一定C语言基础和数字逻辑概念的读者提供一个全面、深入的现代嵌入式系统设计视角。它聚焦于当前工业界主流的软硬件协同设计方法,特别强调了基于开源指令集架构(如RISC-V)的应用层开发、系统级性能优化以及复杂嵌入式软件的可靠性验证。全书内容围绕如何高效地利用现代多核异构处理器、集成实时操作系统(RTOS)以及实现系统级的调试和性能分析展开,旨在培养读者构建高性能、高可靠性嵌入式产品的能力。 第一部分:新一代嵌入式处理器架构剖析 本部分深入探讨了当前嵌入式领域的核心——处理器架构的演进与选择。我们不讨论具体硬件描述语言的编写,而是专注于体系结构本身对软件性能的影响。 第一章:RISC-V架构:从规范到实现 本章详细解读RISC-V指令集架构(ISA)的核心概念,包括特权级(User, Supervisor, Machine Mode)的划分与作用、标准扩展(M、A、F、D、C等)的选择对应用开发的影响。重点分析RV32/RV64的差异化应用场景,并介绍如何利用ISA的模块化特性来裁剪和优化目标系统。讨论分支预测机制、流水线深度对软件优化策略的指导意义,以及向量(Vector)扩展在高性能计算中的潜力。 第二章:内存系统与缓存一致性 深入剖析现代SoC中的内存层次结构。内容涵盖L1/L2/L3缓存的工作原理,包括写分配、写回策略、缓存行的粒度与替换算法。核心在于解释内存访问模式(如连续访问、随机访问)如何影响实际性能,并介绍如何在驱动层和应用层设计数据结构以最大化缓存命中率。对于多核系统,详细讲解缓存一致性协议(如MESI/MOESI)的软件可见性与软件如何通过屏障(Memory Barriers)来确保并发操作的正确性。 第三章:中断与异常处理的高效实现 本章将焦点放在处理器与外部世界的交互机制上。系统地讲解通用中断控制器(PLIC/CLINT)的工作流程、中断向量表的建立与切换机制。详细论述中断延迟的来源分析(上下文切换、中断禁止时间),并提供一套量化评估中断响应时间的方法论。异常处理部分将涉及页表遍历、TLB管理和地址转换过程对系统性能的影响,这是操作系统内核设计的基础。 第二部分:实时操作系统与并发管理 本部分是嵌入式软件开发的核心,聚焦于在资源受限环境中实现精确时间控制与任务调度的艺术。 第四章:RTOS内核机制深度解析 全面解析主流RTOS(如FreeRTOS、Zephyr、µC/OS等)的内核结构。内容包括任务控制块(TCB)的结构、上下文切换的完整流程(硬件寄存器保存与恢复)。深入对比固定优先级抢占式调度、轮转调度以及混合调度算法的优劣。重点讲解信号量、互斥锁(Mutex)、事件标志(Event Flags)和消息队列在并发控制中的正确使用模式与潜在的死锁风险分析。 第五章:时间确定性与调度策略优化 本章致力于提高系统的实时性。讲解周期性任务的“截止时间”(Deadline)管理,以及如何应用速率单调(Rate Monotonic, RM)和最早截止时间优先(Earliest Deadline First, EDF)算法进行静态或动态优先级分配。深入探讨如何通过内核配置(如禁用动态内存分配、减少中断嵌套)来最小化最大任务响应时间(Worst-Case Response Time, WCRT)。 第六章:低功耗与电源管理策略 探讨在嵌入式设备中实现延长电池寿命的关键技术。内容涵盖处理器的频率/电压调节(DVFS)策略,包括基于负载预测的动态调节方法。详细分析睡眠模式(Sleep Modes)的进入与唤醒延迟,以及如何通过智能外设时钟门控(Clock Gating)来降低静态功耗。介绍操作系统如何与硬件电源管理单元(PMU)协同工作,以实现最佳能效比。 第三部分:系统级软件栈与驱动架构 本部分关注如何构建稳定、可维护的中间件和底层驱动程序,以支持复杂的应用功能。 第七章:现代驱动模型与设备树(Device Tree) 介绍现代操作系统驱动程序的设计范式,特别是与平台无关的抽象层构建。核心内容是设备树(Device Tree, DT)在异构处理器系统中的作用,如何通过DT描述硬件资源(内存映射、中断、时钟配置),以及驱动如何动态地解析DT信息来初始化硬件。讲解I/O资源的访问控制与错误恢复机制。 第八章:固件更新与安全启动链 本章关注系统的长期可靠性与安全性。详细阐述安全启动(Secure Boot)的基本流程,包括Bootloader如何验证主应用镜像的数字签名。深入探讨“A/B”双分区方案的固件空中升级(OTA)机制,包括系统分区切换、回滚保护以及如何处理升级过程中的意外断电问题,确保系统在失败情况下仍能恢复运行。 第九章:系统级性能分析与调试方法 介绍嵌入式系统性能瓶颈定位的高级工具和技术。内容包括利用硬件性能计数器(HPC)来分析缓存未命中率和指令周期消耗。讲解系统级示波器(Logic Analyzer)与软件跟踪工具(如JTAG/SWD探针)的结合使用,用于捕获复杂的多任务交互。重点指导如何解读内核级的跟踪日志,识别调度器抖动(Jitter)和资源争用问题。 总结 本书致力于弥合理论知识与工业实践之间的鸿沟。通过对现代处理器架构的深入理解、对实时操作系统的精湛掌握,以及对系统级验证方法的掌握,读者将能独立设计、实现和调试下一代对性能、功耗和可靠性要求极高的嵌入式系统。

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读后感

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用户评价

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《Verilog HDL设计与实战》这本书给我的感觉是,它不仅仅是在教你如何使用Verilog HDL这个工具,更是在传授一种“工程思维”。书中对于“模块化设计”的强调,让我深刻理解了分而治之的思想在硬件设计中的重要性。作者鼓励我们将复杂的设计分解成一个个独立、可复用的模块,并通过清晰的接口进行连接。这不仅提高了代码的可读性和可维护性,也极大地降低了设计的复杂度。我记得书中在讲解如何实现一个简单的RAM控制器时,就清晰地展示了如何将地址译码、数据读写、写使能等功能划分成独立的子模块,并通过顶层模块进行整合。这种设计方法,让我在面对更复杂的系统时,能够有条不紊地进行设计。此外,书中对于“参数化设计”的讲解也让我印象深刻。它让我们学会如何通过定义参数来提高模块的灵活性和可重用性,从而在不同的设计中,只需修改参数即可实现功能上的差异,而无需修改大量的代码。这对于加速产品迭代和降低开发成本具有非常重要的意义。这本书让我从一个“代码编写者”变成了一个“系统设计者”,这种转变是极其宝贵的。

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说实话,在阅读《Verilog HDL设计与实践》之前,我对于Verilog HDL的理解还停留在“语法层面”,总觉得它只是一个用来描述硬件的工具,却难以深入理解它背后更深层次的设计哲学。这本书彻底改变了我的看法。它不仅仅是教你如何写Verilog代码,更是引导你去思考“为什么”要这样做,以及“这样做”的潜在影响。我特别欣赏作者在讲解组合逻辑和时序逻辑之间的区别与联系时所用的类比,以及在分析时序问题时,如何通过时钟域交叉、流水线等技术来优化性能和规避风险。书中对于时序约束的讲解尤为细致,从基本的setup time、hold time到更复杂的时钟抖动、时钟倾斜,都给出了详细的分析和相应的Verilog实现方法。这对于我理解FPGA设计的实际限制和优化策略至关重要。我曾经花费大量时间在调试一个时序违例的问题上,最终发现是由于对时钟域交叉处理不当导致的。这本书中关于这一部分的详尽阐述,让我恍然大悟,并学会了如何通过异步FIFO等模块来安全地进行跨时钟域的数据传输。此外,书中还探讨了可综合性Verilog和仿真Verilog的区别,这一点非常重要,因为它直接关系到设计的可实现性和最终的硬件性能。它让我认识到,编写可综合的代码需要遵循一定的规则和最佳实践,而不是简单地将电路的逻辑翻译成Verilog。这本书的实战性体现在每一个案例中,让我能够亲手去验证那些复杂的理论概念,并从中获得成就感。

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这本书《Verilog HDL设计与实战》在逻辑结构的安排上,非常注重循序渐进,使得我这样的初学者能够轻松上手。一开始,它就从Verilog HDL的基础语法和数据类型入手,确保我能够理解最基本的构建单元。接着,它逐渐引入了模块化的概念,让我明白如何将一个大的设计分解成小的、可管理的单元。我最欣赏的是书中关于“异步信号处理”的章节。在数字电路设计中,异步信号的处理往往是导致bug的重灾区,而这本书对此进行了非常深入的分析。它不仅讲解了信号毛刺的产生原因,还提供了多种行之有效的解决方案,例如双触发器同步、握手信号等。它让我明白了在处理来自不同时钟域的信号时,必须格外谨慎,并采取适当的同步措施。此外,书中还对“可综合性Verilog”和“仿真Verilog”进行了区分,这对我理解如何编写能够被FPGA或ASIC工具正确综合的代码至关重要。它让我认识到,在编写代码时,需要时刻考虑代码的可综合性,避免使用那些在硬件上无法实现的结构。这本书的实战性体现在其大量的代码示例,这些示例都经过精心设计,能够清晰地展示各种设计理念和技巧,让我能够直接上手实践,并从中获得宝贵的经验。

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这本书《Verilog HDL设计与实战》简直是我学习Verilog HDL过程中的“救命稻草”。我之前尝试过阅读一些其他的Verilog书籍,但总觉得它们要么过于理论化,要么例子不够贴近实际。这本书则完全不同,它以一种极其务实和贴近工程实际的方式,将Verilog HDL的设计理念和方法展现在我们面前。我特别喜欢书中在讲解任何一个设计概念时,都会紧接着给出相应的Verilog代码实现,并且这些代码都是经过精心设计和验证的。我记得有一个章节专门讲授了如何实现一个简单的AXI总线接口。这个章节的内容非常详细,从AXI协议的各个信号线的作用,到如何用Verilog编写Master和Slave端的设计,再到如何进行仿真验证,几乎涵盖了所有关键点。这让我得以窥见大型复杂SoC设计中的一个重要组成部分,并理解了标准总线协议在实际工程中的重要性。这本书还强调了代码的可读性和可维护性,例如,它鼓励使用有意义的信号名,并推荐使用参数化设计来提高代码的灵活性。这些看似微小的细节,对于实际的工程项目来说,却是至关重要的。它让我明白,写出能够工作的代码只是第一步,写出能够被别人理解和维护的代码,才是真正考验工程师功力的所在。

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我必须承认,在我开始阅读《Verilog HDL设计与实战》之前,我对Verilog HDL的理解仅仅停留在“知道有这么回事”的层面,对于实际的数字逻辑设计知之甚少。这本书就像一位循循善诱的老师,它没有上来就灌输枯燥的理论,而是从最基本、最直观的概念入手,一步步引导我进入Verilog的世界。书中的每一个例子都非常有针对性,它们往往能抓住初学者最容易迷惑的地方,并给出清晰的解释。我印象最深刻的是书中关于“阻塞赋值”和“非阻塞赋值”的讲解。初学者常常会混淆这两者的区别,导致出现意想不到的时序问题。这本书用非常形象的比喻和清晰的代码示例,让我彻底理解了它们的本质区别以及在不同场景下的正确用法。通过这些讲解,我学会了如何编写可综合的、符合预期行为的Verilog代码,避免了许多常见的陷阱。此外,书中对于模块复用和层次化设计的强调,也让我受益匪浅。它让我明白,良好的模块划分和清晰的接口设计,能够极大地提高代码的可读性、可维护性和可重用性,这对于大型复杂的设计项目来说尤为重要。书中的案例也涵盖了各种实际应用场景,比如数据通路设计、控制逻辑设计、接口模块设计等,这些都为我未来的学习和工作提供了宝贵的参考。

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《Verilog HDL设计与实战》这本书的结构设计得相当合理,它非常适合从入门到进阶的学习者。我记得当我第一次拿到这本书时,就被其清晰的章节划分和由浅入深的讲解风格所吸引。开篇部分对Verilog HDL的基本语法、数据类型、运算符以及行为级建模进行了系统性的介绍,这为我打下了坚实的基础。随后,书中逐步深入到模块例化、参数化设计、端口连接等更复杂的概念,并配以大量的实例来帮助理解。我尤其赞赏它在介绍状态机设计时,不仅提供了不同的状态机编码风格(如one-hot编码、binary编码等),还详细分析了它们的优缺点以及在实际应用中的选择考量。书中对于有限状态机(FSM)的详细讲解,包括状态转换图、状态转移表以及相应的Verilog实现,让我对如何精确地控制和管理复杂系统的行为有了深刻的理解。我曾经遇到过一个项目,需要设计一个复杂的协议解析器,其中包含了大量的状态转换。通过学习这本书关于状态机设计的章节,我能够清晰地规划出状态,并用Verilog高效地实现,大大缩短了开发周期。这本书的另一个亮点在于它对测试平台(Testbench)的讲解。它不仅教我如何编写基本的测试向量,更重要的是,它强调了如何构建一个健壮、可扩展的测试平台,包括激励生成、响应检查、覆盖率收集等关键要素。这一点对于保证设计的正确性和可靠性至关重要。

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《Verilog HDL设计与实战》这本书绝对是那些希望在数字逻辑设计领域深入发展的朋友们的宝藏。它不仅仅是一本Verilog编程指南,更是一本关于如何进行系统级设计的启蒙书。我之所以这么说,是因为它不仅仅停留在代码层面,而是深入探讨了设计中的各种权衡和取舍。例如,在介绍流水线设计时,书中详细分析了它如何通过增加延迟来提高吞吐量,以及如何处理流水线中的气泡问题。这让我对如何优化电路性能有了更深刻的理解。此外,书中还讨论了面积、功耗和时序之间的关系,以及如何在实际设计中进行权衡,以满足不同的设计目标。我曾经在一个项目中,为了追求极高的时钟频率,牺牲了相当大的面积。阅读了这本书后,我才意识到,在很多情况下,通过合理的流水线设计和数据通路优化,可以在不大幅增加面积的情况下,显著提高性能。书中对于异步复位和同步复位的详细比较,也让我对如何设计健壮的时序电路有了更清晰的认识。它让我理解了在不同的应用场景下,应该如何选择最合适的复位策略。总而言之,这本书让我从一个简单的Verilog代码编写者,蜕变成一个能够进行系统性设计的思考者。

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《Verilog HDL设计与实战》这本书最让我感到惊喜的地方在于其对“时序分析”的深入讲解。在我看来,许多Verilog入门书籍往往只停留在逻辑描述层面,而对于数字电路设计中至关重要的时序问题,却一带而过。这本书则完全不同,它将时序分析置于一个非常重要的地位,并用大量的篇幅和生动的例子来阐述。从基础的时钟周期、建立时间和保持时间,到更复杂的时钟域交叉、时钟抖动、时钟倾斜等,书中都进行了非常详尽的分析。它不仅解释了这些时序参数的物理意义,更重要的是,它教我们如何用Verilog代码来避免时序违例,以及如何在代码中进行时序约束。我曾经因为对时钟域交叉问题的理解不足,导致了一个非常隐蔽的bug,耗费了大量时间和精力去排查。阅读了这本书中关于异步FIFO设计和跨时钟域信号同步的章节后,我才恍然大悟,并学会了如何通过正确的同步机制来解决这类问题。书中还介绍了静态时序分析(STA)的基本概念,虽然没有深入到工具的使用层面,但已经为我理解STA报告打下了坚实的基础,让我能够更好地与后端设计工程师沟通。

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这本《Verilog HDL设计与实战》真是让我大开眼界,从我刚接触Verilog的迷茫,到如今能够自信地进行一些基础的数字电路设计,这本书功不可没。它不像那些枯燥乏味的理论书籍,而是真正地将理论与实践紧密结合。书中的每一个章节都充满了生动的例子,这些例子不仅仅是简单的代码堆砌,而是深入剖析了设计思路和背后的原理。我尤其喜欢它在介绍复杂模块时,循序渐进的讲解方式。从最基础的逻辑门构建,到复杂的时序逻辑、状态机设计,每一个步骤都清晰可见,并且都附有实际可运行的代码。更让我惊喜的是,书中还涵盖了常用的IP核的使用和设计方法,这对于我们这些在实际工作中需要快速搭建复杂系统的工程师来说,简直是福音。我记得有一次,我需要设计一个控制单元,遇到了一个棘手的问题,当时翻阅了大量资料都不得要领。抱着试试看的心态,我翻开了这本书,竟然在关于状态机设计的部分找到了类似的案例,并且书中提供的解决方案和调试技巧,让我茅塞顿开,最终顺利解决了问题。这种“授人以鱼不如授人以渔”的教学方式,让我不仅学会了如何解决眼前的难题,更重要的是掌握了独立解决问题的能力。这本书不仅仅是一本技术手册,更像是一位经验丰富的导师,在我学习的道路上给予我无尽的启发和帮助。它让我深刻理解了HDL语言的强大之处,也让我对数字逻辑设计的魅力有了更深的认识。

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这本书《Verilog HDL设计与实战》在讲解Verilog HDL语言的各个特性时,都非常注重与实际的硬件设计相结合。它不仅仅是罗列语法,而是通过大量的实战案例,展示了如何将Verilog HDL应用于实际的数字电路设计中。我尤其赞赏书中对于“状态机”设计的详尽论述。它不仅介绍了有限状态机(FSM)的基本概念,还提供了多种实现方式,例如Moore型和Mealy型状态机,以及不同状态编码方式的优劣分析。书中还专门辟出了章节讲解如何设计一个通用的状态机控制器,并用一个实际的例子来演示其应用,例如一个简单的串口通信控制器。这让我对如何用Verilog来描述和控制复杂的时序逻辑有了更深刻的理解。它让我明白,状态机不仅仅是电路的“大脑”,更是实现复杂功能的关键。此外,书中对于“流水线设计”的讲解也让我受益匪浅。它解释了如何通过引入流水线来提高数据处理的吞吐量,并分析了流水线设计中的一些挑战,例如数据依赖和控制信号的传递。通过这些讲解,我学会了如何在设计中权衡性能、面积和功耗,做出更优化的设计决策。

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