基于Verilog HDL的数字系统应用设计

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出版者:国防工业
作者:本社
出品人:
页数:295
译者:
出版时间:2007-8
价格:37.00元
装帧:
isbn号码:9787118052770
丛书系列:
图书标签:
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具体描述

基于Uerilog HDL的数字系统应用设计(第2版),ISBN:9787118052770,作者:王钿,卓兴旺 编著

《Verilog HDL高级应用与嵌入式系统设计》 本书旨在深入探讨Verilog Hardware Description Language(HDL)在现代数字系统设计中的高级应用,并重点介绍其在嵌入式系统开发中的实战技巧。本书内容详实,理论与实践并重,适合具有Verilog HDL基础知识,希望提升设计能力,并将其应用于实际嵌入式系统开发的工程师、研究人员和高年级本科生、研究生。 核心内容概览: Verilog HDL精进: 高级建模技术: 深入剖析行为级、数据流级和结构级建模的精髓,重点讲解如何利用参数化、生成语句、任务(task)和函数(function)等高级特性,编写出高效、可重用且易于维护的代码。我们将超越基本的逻辑门和寄存器描述,聚焦于复杂状态机、流水线结构、接口协议等的抽象建模。 时序控制与约束: 详细阐述时序逻辑设计中的关键概念,包括时钟域交叉(CDC)处理、时序约束的编写与验证、亚稳态(metastability)的成因与规避策略。本书将提供多种实用的CDC同步电路设计模式,并指导读者如何使用静态时序分析(STA)工具来确保设计的时序收敛。 接口设计与IP集成: 教授如何使用Verilog HDL设计和验证各类标准接口,如AXI、AHB、SPI、I2C、UART等,这些是连接片上不同功能模块和外部设备的核心。此外,还将探讨如何高效地集成第三方IP核,进行适配与验证,以加速产品开发周期。 异步逻辑设计: 探讨异步系统设计的基本原理和挑战,介绍互斥信号(handshake signals)的设计方法,以及如何利用Verilog HDL实现可靠的异步数据传输和控制。 嵌入式系统设计实战: 处理器核与嵌入式系统架构: 介绍RISC-V、ARM Cortex-M等主流嵌入式处理器核的基本架构和工作原理。本书将指导读者如何使用Verilog HDL构建简单的自定义处理器核,或更常见地,如何将现有的处理器核IP集成到FPGA平台,构建完整的嵌入式系统。 外设驱动与总线接口: 详细讲解如何使用Verilog HDL设计和实现嵌入式系统中常见的I/O外设,如GPIO、定时器、PWM控制器、ADC/DAC接口等。重点关注如何设计与处理器总线(如AXI-Lite)相匹配的片上外设(On-Chip Peripherals, OCP),实现数据的高效读写和控制。 内存控制器与数据管理: 阐述SDRAM、DDR3/4等外部存储器的接口原理,并提供使用Verilog HDL实现高性能内存控制器的设计方法。还将探讨数据缓冲、DMA(Direct Memory Access)控制器等,以优化数据传输效率。 片上总线与互联: 深入分析片上总线(On-Chip Bus)的作用和分类,如点对点总线、共享总线、交叉开关(Crossbar Switch)等。通过实际设计案例,展示如何利用Verilog HDL构建高效的片上互联结构,实现系统内各功能模块之间的高速通信。 设计流程与验证方法: 综合与实现: 介绍FPGA/ASIC设计流程中的综合(Synthesis)、布局(Place)和布线(Route)等关键环节,并讲解如何通过Verilog HDL代码的优化来提高综合结果的性能和面积效率。 高级验证技术: 强调验证在数字系统设计中的重要性。本书将介绍采用SystemVerilog语言进行更高级的验证,包括面向对象验证(OVM/UVM)、约束随机激励生成、检查器(Checker)设计、事务级模型(TLM)等。同时,也会回顾和讲解如何使用Verilog HDL编写高效的测试平台(Testbench)。 功耗与性能优化: 探讨在Verilog HDL层面进行代码优化,以降低数字电路的功耗和提升时序性能。将介绍时钟门控(Clock Gating)、数据通路优化、状态机编码策略等技巧。 本书特色: 深度与广度兼备: 不仅涵盖Verilog HDL的语言特性,更深入到数字系统设计和嵌入式系统开发的核心技术。 实践导向: 提供大量经过验证的Verilog HDL代码示例和设计模式,方便读者直接应用于实际项目。 前沿技术: 关注当前数字设计领域的热点和发展趋势,如RISC-V架构的应用,以及高级验证方法。 系统性强: 从基础概念到高级应用,层层递进,构建完整的知识体系。 通过学习本书,读者将能够熟练运用Verilog HDL进行复杂数字系统的设计,特别是能独立完成基于FPGA的嵌入式系统开发项目,从而在硬件加速、SoC设计、物联网设备开发等领域取得显著进步。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的内容安排逻辑性非常强,作者在介绍完Verilog HDL的基本语法后,迅速过渡到实际的数字系统设计应用,这一点我非常赞赏。书中选取了许多典型的数字系统设计案例,例如简单的计数器、移位寄存器、乘法器、除法器,到更复杂的ADC/DAC接口、SDRAM控制器、甚至是一些简单的微处理器核,这些案例的覆盖面非常广,能够满足不同层次读者的需求。让我印象深刻的是,作者在讲解这些案例时,不仅仅给出了Verilog代码,还详细阐述了设计思路、时序分析、以及如何进行仿真和综合。特别是关于时序约束和时序优化的部分,作者通过实例讲解了如何识别和解决时序违例问题,这对于确保设计在实际硬件上稳定运行至关重要。我还特别关注了书中关于可综合性Verilog代码编写的原则和技巧,作者强调了避免使用不可综合语句,以及如何编写易于综合和优化的代码,这对于我将来从事实际的FPGA/ASIC开发工作非常有帮助。书中也提及了IP核的复用和参数化设计,这在现代数字系统设计中是必不可少的技能,作者的讲解让我对其有了初步的认识。另外,书中对测试平台的搭建和仿真验证方法也有详细的介绍,包括激励信号的设计、波形观察、以及覆盖率分析等,这些都是保证设计质量的关键环节。读完这本书,感觉自己对数字系统设计的整个流程都有了更清晰的认识,从概念到实现,都能够驾驭。

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这本书的深度和广度都令人印象深刻。作者在讲解Verilog HDL语言的方方面面时,都能够结合实际的数字系统设计需求,让我深刻理解了这门语言的强大之处。我特别欣赏书中关于如何设计可重用IP核的章节,作者详细介绍了模块化设计、参数化设计、以及如何编写清晰的文档注释,这些都是在实际工程开发中提高效率和降低维护成本的关键。书中还对一些低功耗设计技术,如时钟门控(Clock Gating)和电源门控(Power Gating)进行了深入的介绍,并提供了相应的Verilog实现示例,这对于在功耗敏感的应用场景中进行设计非常有价值。我还对书中关于如何进行行为级建模(Behavioral Modeling)和寄存器传输级(RTL)建模的讲解进行了重点学习,这让我能够根据不同的设计阶段选择合适的建模方式。此外,书中对如何进行仿真验证和时序分析也都有详细的阐述,这让我能够全面地掌握一个数字系统的设计流程。这本书不仅仅是Verilog HDL的教学,更是数字系统设计思想的启蒙。

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我发现这本书在讲解Verilog HDL语言的同时,非常巧妙地融入了许多数字逻辑设计的基础概念,使得读者在学习语言的同时,也能巩固和加深对数字电路原理的理解。例如,在讲解组合逻辑时,作者会回溯到基本的逻辑门(AND, OR, NOT)以及卡诺图化简等方法,然后引出如何用Verilog描述这些逻辑。同样,在讲解时序逻辑时,会回顾触发器(Flip-Flop)和时钟(Clock)的概念,再展示如何用Verilog实现寄存器和时序电路。这种“理论与实践相结合”的教学方式,对于我这样既要学习编程语言又要理解底层原理的学习者来说,非常有效。书中关于时钟域(Clock Domain)的讲解也让我印象深刻,作者详细介绍了多时钟域系统可能遇到的同步问题,并提供了多种解决方案,例如异步FIFO、格雷码同步器等,这对于设计复杂的跨时钟域系统非常关键。此外,书中对优先级编码器、数据选择器、译码器等基本数字模块的设计和Verilog实现也进行了详尽的介绍,这些都是构建更复杂数字系统的重要基础。我还特别关注了书中关于可重用IP核的设计原则,作者强调了模块化、参数化和良好的文档注释的重要性,这对于提高设计效率和降低开发成本非常有价值。

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这本书给我最大的感受是,它不仅仅是一本关于Verilog HDL的教程,更是一本关于数字系统设计方法论的入门指南。作者在讲解Verilog语法的同时,非常注重培养读者的工程思维和设计流程。例如,书中详细介绍了从需求分析、规格定义、架构设计、模块划分、代码编写、仿真验证到综合布局布线等整个数字系统设计的生命周期。我尤其喜欢书中关于状态机(State Machine)的设计部分,作者不仅提供了不同类型状态机的Verilog实现,还详细讲解了状态机的状态迁移图、状态编码、以及如何进行时序约束,这对于设计可靠的时序逻辑至关重要。书中还对并行处理(Parallel Processing)和流水线(Pipelining)等提高系统吞吐量和性能的常用技术进行了深入的介绍,并提供了相应的Verilog实现示例。此外,书中关于如何进行IP核的复用和参数化设计也让我受益匪浅,这让我在今后的设计中能够提高效率,避免重复造轮子。我还在书中找到了关于如何使用EDA工具进行仿真和综合的初步指导,虽然工具本身在书中没有详细介绍,但对工具的使用流程和关键概念的解释,为我后续深入学习打下了基础。

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这本书在提供Verilog HDL语法和应用知识的同时,也非常注重培养读者的工程思维和解决问题的能力。作者在讲解每个设计案例时,都详细分析了设计目标、约束条件、以及可能遇到的挑战,并提供了多种解决方案供读者参考。这种“授人以渔”的教学方式,让我不仅仅学会了如何写出正确的Verilog代码,更学会了如何思考和分析问题,如何从不同的角度去优化设计。我特别欣赏书中关于功耗和面积优化的章节,作者介绍了一些常用的低功耗设计技术和面积优化技巧,例如流水线技术、共享资源技术、以及如何选择合适的逻辑门来实现特定功能,这些都是在功耗和面积受限的嵌入式系统中非常重要的考量因素。书中还提及了时序分析工具的使用,并解释了如何解读时序报告,这对于确保设计的时序性能至关重要。我还对书中关于验证方法学的介绍留下了深刻的印象,作者强调了充分验证的重要性,并介绍了一些常用的验证技术,如随机激励生成、断言覆盖率等。这些内容让我认识到,一个高质量的数字系统设计,离不开严谨细致的验证工作。总而言之,这本书的内容非常充实,覆盖了数字系统设计中的多个重要方面,对于想要深入学习和实践数字设计的读者来说,绝对是一本不可多得的优秀教材。

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阅读这本书的过程,我仿佛经历了一场由浅入深的数字设计“探险”。作者在讲解Verilog HDL的每一项功能时,都紧密结合实际应用场景,让抽象的语言概念变得生动具体。例如,在介绍模块化设计时,作者不仅仅讲解了如何定义模块、端口和实例化,还深入探讨了如何构建层次化的设计结构,以及如何通过接口信号进行模块间的通信,这对于设计大型复杂的数字系统至关重要。书中对于参数化设计的阐述也十分到位,通过参数化,我们可以轻松地修改设计中的各种特性,如位宽、延迟等,极大地提高了设计的灵活性和复用性。我尤其喜欢书中对有限状态机(FSM)的深入剖析,作者从不同的状态编码方式(如二进制、独热码)到不同的FSM实现结构(如Moore、Mealy),都进行了详尽的比较和分析,并给出了相应的Verilog实现示例,这对于理解和设计高效可靠的状态机非常有指导意义。此外,书中对异步复位和同步复位的区别及应用场景的讲解也让我受益匪浅,让我能够更准确地根据实际需求选择合适的复位策略。我还对书中关于如何优化硬件资源占用、提高设计性能的技巧进行了重点学习,这些都是在实际项目中非常宝贵的经验。总的来说,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,引导我一步步掌握数字系统设计的精髓。

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这本书的价值在于它能够将Verilog HDL语言与实际的数字系统设计紧密结合起来,让我不再觉得Verilog只是枯燥的语法规则,而是理解了它作为一种硬件描述语言,在描述和实现数字硬件时的强大能力。作者通过大量的实际案例,展示了如何用Verilog来实现各种功能模块,例如各种类型的加法器(行波进位加法器、超前进位加法器)、比较器、移位寄存器、流水线结构等。这些案例的实用性非常强,让我能够直接将学到的知识应用到自己的设计项目中。让我印象深刻的是书中关于串行通信接口(如UART)的设计,作者不仅给出了完整的Verilog代码,还详细解释了协议的实现细节,以及如何在FPGA上实现这个接口。这让我对通信协议的底层实现有了更直观的认识。此外,书中关于如何优化时序(Timing Optimization)和面积(Area Optimization)的讲解也十分透彻,作者介绍了如何通过修改代码结构、使用不同的逻辑实现方式来达到这些优化目标。我还对书中关于如何进行行为级仿真(Behavioral Simulation)和门级仿真(Gate-Level Simulation)的介绍进行了重点学习,这让我理解了仿真在验证设计正确性和性能方面的重要性。

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这本书的封面设计就透着一股扎实的学术气息,厚重的纸张质感和精美的印刷,让人在翻阅之前就充满期待。我尤其喜欢作者在开篇部分对数字系统设计领域发展历程的梳理,从最初的逻辑门电路到复杂的FPGA和ASIC,每一个阶段的演进都清晰明了,这为我后续的学习打下了坚实的基础,也让我对这个学科有了更宏观的认识。书中对Verilog HDL语言特性的讲解也十分深入,不仅仅是语法层面的介绍,更侧重于其在数字系统设计中的实际应用,例如如何使用always块、assign语句、实例化等来描述组合逻辑和时序逻辑,以及如何进行行为级建模和寄存器传输级(RTL)建模。作者的讲解方式非常循序渐进,对于初学者来说,不会感到 overwhelming,能够一步步理解并掌握核心概念。我印象深刻的是关于状态机设计的部分,书中通过一个具体的例子,详细演示了如何从需求分析到状态图绘制,再到Verilog代码实现,整个过程严谨而系统,让我茅塞顿开,对于那些曾经让我头疼的状态机问题,现在终于有了清晰的思路。此外,书中对各种数据类型、运算符、并发语句和顺序语句的讲解也十分详尽,并且提供了大量的代码示例,这些示例都来自于实际的工程应用,具有很高的参考价值。我还会时不时地翻看前面的章节,巩固对基础知识的理解,这本教材就像一本宝库,每一次翻阅都能有所收获。

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这本书最让我称道的是其循序渐进的教学方式和丰富的实例。从Verilog HDL的基础语法,如数据类型、运算符、流程控制语句,到如何描述组合逻辑和时序逻辑,再到如何设计和验证复杂的数字系统,作者都处理得恰到好处。书中关于如何使用Verilog HDL实现常见的数字逻辑模块,如寄存器、计数器、加法器、乘法器等,提供了大量的代码示例,这些示例都清晰易懂,并且可以直接拿来参考和修改。我尤其喜欢书中关于如何进行时序分析和优化的部分,作者详细讲解了时序约束的设置、时序报告的解读,以及如何通过代码修改来解决时序违例问题。这对于确保设计在实际硬件上能够稳定可靠地运行至关重要。书中还对一些高级主题,如总线协议(如AXI、AHB)的实现、片上系统(SoC)的架构设计思路等,进行了初步的介绍,这让我对数字系统设计的广阔天地有了更深入的了解。此外,书中对验证策略和测试平台的搭建也有详细的阐述,这让我在学习代码实现的同时,也能注重验证的完备性。

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这本书的内容覆盖面非常广,从基本的Verilog HDL语法到复杂的数字系统设计案例,都讲解得非常到位。作者在讲解Verilog的各个特性时,都紧密结合实际应用,让我能够理解这些语言特性在实际硬件实现中的作用。我印象深刻的是书中关于模数转换(ADC)和数模转换(DAC)接口的设计,作者详细解释了这些接口的工作原理,并提供了相应的Verilog实现代码,这对于理解嵌入式系统中常见的模拟信号处理非常有帮助。书中还对低功耗设计技术进行了介绍,例如时钟门控(Clock Gating)、电源门控(Power Gating)等,这些技术在功耗受限的移动设备和嵌入式系统中至关重要。我还对书中关于如何进行代码评审(Code Review)和版本控制(Version Control)的介绍进行了重点学习,这些都是在团队协作开发中不可或缺的技能。总的来说,这本书不仅教授了Verilog HDL这门语言,更重要的是培养了读者的工程实践能力和解决问题的思维方式。它就像一位经验丰富的导师,引领我一步步走上数字系统设计的道路。

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