The Designer's Guide to VHDL, Third Edition pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Morgan Kaufmann

作者:Peter J. Ashenden

出品人:

页数:936

译者:

出版时间:2008-5-29

价格:USD 72.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780120887859

丛书系列:

图书标签:

• 数电
• VHDL
• 数字电路设计
• 硬件描述语言
• FPGA
• Verilog
• 电子工程
• EDA
• 设计指南
• 第三版
• 综合数字系统设计

数字逻辑设计与硬件描述语言：深入解析与实践指南 本书旨在为读者提供一个全面、深入且具有高度实践指导意义的数字逻辑设计与硬件描述语言（HDL）教程。本书超越了基础概念的介绍，重点聚焦于现代电子系统设计中的核心技术、高级建模方法以及高效的验证策略。 --- 第一部分：数字系统基础与逻辑优化（Foundations of Digital Systems and Logic Optimization） 本部分将系统回顾和深化读者对数字电子学原理的理解，并引入现代EDA（电子设计自动化）流程的基础知识。 第1章：现代数字设计范式回顾 本章首先梳理了从晶体管级别到系统级数字设计的演变历程。我们将深入探讨CMOS逻辑的基本工作原理，包括静态和动态功耗的权衡，以及亚阈值设计对未来低功耗系统的影响。重点解析了标准单元库（Standard Cell Library）的结构和设计哲学，阐明了如何根据目标工艺节点（如28nm、14nm等）选择合适的逻辑单元。 第2章：组合逻辑的深入分析与优化 本章侧重于复杂的组合逻辑电路。内容涵盖了经典布尔代数简化方法的局限性，并详细介绍了使用多值逻辑（Multi-valued Logic）和形式验证（Formal Verification）技术来处理大规模组合函数的方法。我们将探讨如何使用最小化图解法（如Quine-McCluskey的扩展形式）和二元决策图（BDD, Binary Decision Diagrams）进行高效的状态和功能抽象。重点内容包括：如何识别和消除组合回路中的竞态条件（Hazards），以及如何应用先进的逻辑综合（Logic Synthesis）工具背后的算法，例如基于查找表的（LUT-based）映射和门级网络优化。 第3章：时序电路的设计与时序分析的精要 时序逻辑是构建所有复杂数字系统的基石。本章深入讲解了触发器（Flip-Flops）和锁存器（Latches）的内部结构及其对系统性能的影响。时钟域（Clock Domain）的设计是本章的核心：我们不仅讨论了理想时钟的特性，更深入分析了时钟树综合（CTS, Clock Tree Synthesis）的技术，包括时钟偏移（Skew）和抖动（Jitter）的量化模型。 关键内容包括： 建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的精确计算，引入路径分析（Path Analysis）方法，并介绍如何处理跨时钟域（CDC, Clock Domain Crossing）的信号同步问题，特别是异步FIFO的设计与同步器的设计细节。 第二部分：硬件描述语言与高级建模（HDL Mastery and Advanced Modeling） 本部分将介绍现代硬件描述语言的核心语法和高级建模技术，侧重于如何用代码精确地描述硬件行为和结构。 第4章：结构化建模与层次化设计 本章侧重于结构化建模（Structural Modeling），即如何将系统分解为模块、实例化并使用实例路径（Path Name）进行连接。我们将详细介绍端口映射（Port Mapping）的不同方式（按顺序和按名称），并探讨设计层次结构如何影响综合和验证的效率。本章特别强调了设计约束（Design Constraints）在结构化描述中的重要性，以及如何使用`generate`结构来创建可重用、参数化的硬件模块。 第5章：行为级建模与并发性描述 行为级建模是实现设计意图的关键。本章深入讲解了行为级描述的特性，包括如何使用`always`/`always_ff`/`always_comb`（或VHDL中的`process`）来区分组合逻辑和时序逻辑的描述。内容将聚焦于并发性（Concurrency）的实现：如何理解HDL语句的并行执行模型，以及如何正确地使用信号（Signals）和变量（Variables）来模拟物理上的数据流和寄存器更新。我们将通过实例展示如何避免常见的行为级建模陷阱，例如锁存器的意外产生。 第6章：高抽象级别建模与数据类型扩展 为了应对SoC和ASIC设计的复杂性，本章引入了更高级的抽象层次。我们将探讨接口描述语言（Interface Description Languages）的概念，以及如何使用自定义数据类型（User-Defined Types）、记录（Records）和数组（Arrays）来管理复杂的数据结构。重点介绍如何使用运算符重载（Operator Overloading）和类型转换（Type Casting）来创建高度可读且灵活的硬件模型，这对于开发高级IP核至关重要。 第三部分：系统级设计与验证方法学（System-Level Design and Verification Methodologies） 本部分将视角从单个模块提升到整个系统，关注现代设计流程中的验证、综合和实现环节。 第7章：综合流程与设计约束的艺术 本章详细剖析了从HDL代码到门级网表（Netlist）的综合过程。内容包括：目标技术映射（Target Technology Mapping）、时序驱动综合（Timing-Driven Synthesis）的优化目标函数，以及面积、功耗和性能（Area, Power, Performance - APP）的权衡。 重点讲解SDC（Synopsys Design Constraints）或等效XDC的编写规范。读者将学会如何准确定义输入/输出延迟、伪路径（False Path）和多周期路径（Multi-Cycle Path），确保综合工具能够生成满足系统时序要求的逻辑。 第8章：功能验证的回归与覆盖率 功能验证是数字设计中最耗时的部分。本章专注于构建健壮的验证平台。我们将深入探讨UVM（Universal Verification Methodology）的基本结构，即使在非UVM专著中，也必须理解其核心思想——隔离设计（DUT）与激励生成（Testbench）。 核心内容包括： 激励器的设计、监视器（Monitors）的职责、记分板（Scoreboards）的比较机制。本章将详述功能覆盖率（Functional Coverage）的定义和收集过程，展示如何通过迭代覆盖率报告来指导测试用例的完善，确保所有设计规格都得到充分验证。 第9章：低功耗设计技术与功耗感知验证 随着移动和物联网设备的普及，低功耗设计已成为主流。本章介绍功耗优化的多种硬件实现策略： 1. 时钟门控（Clock Gating）：自动与手动门控的差异与实现。 2. 电源门控（Power Gating）：使用开关单元隔离不活动模块。 3. 多电压域（Multi-Voltage Domain）：跨压域的电平转换器（Level Shifters）的设计和验证。 本章还将介绍如何将功耗模型（Power Models）集成到仿真流程中，使用仿真活动（Toggle Rates）来估算静态和动态功耗，实现功耗感知验证（Power-Aware Verification）。 --- 本书的最终目标是培养读者具备“硬件思维”——即不仅仅是编写代码，而是能够预测代码在物理硬件上的实际行为、性能影响和功耗特征，从而设计出可靠、高效和可制造的数字集成电路。

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这本书的外观设计就给我一种专业、严谨的感觉，这让我对内容充满了期待。我一直认为，优秀的工程实践离不开对底层原理的深刻理解，而VHDL正好提供了这样一个学习和实践的平台。我的工作性质涉及到一些嵌入式系统的开发，对于FPGA的应用场景非常熟悉，也深知VHDL在其中扮演的关键角色。我尤其希望在这本书中能找到关于如何优化设计性能的实用技巧。例如，如何通过合理的模块划分和接口设计来提高代码的可重用性？如何在设计中有效利用并行性，来加速运算？对于一些高级的VHDL特性，比如属性（attributes）、生成语句（generate statements）或者用户自定义类型，如果能有清晰的解释和应用场景示范，那将极大地扩展我的设计视野。我对书中能否包含一些实际项目的设计案例非常感兴趣，例如一个简单的CPU控制器、一个通信接口控制器，或者一个图像处理模块。通过这些案例，我希望能将所学的VHDL知识融会贯通，并能举一反三，应用到自己的实际项目中。

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打开这本书，一股浓厚的工程氛围扑面而来，这与我之前接触过的纯理论书籍截然不同。我在数字信号处理领域工作，虽然不直接编写VHDL，但理解VHDL的逻辑和设计思路，对于理解和优化算法在硬件上的实现至关重要。我特别关注那些能够帮助我建立宏观设计框架的书籍。例如，在描述一个复杂系统时，如何进行自顶向下的分解？如何有效地设计各个模块之间的接口？如何进行仿真验证以确保设计的正确性？对于VHDL中的数据类型和操作符，我希望能够有更深入的理解，知道在什么情况下应该使用哪种类型，以及各种操作符的性能影响。我希望这本书能够提供一些关于如何编写易于理解和维护的VHDL代码的指导，这对于团队协作和长期项目来说至关重要。例如，如何使用有意义的信号和变量命名，如何添加清晰的注释，以及如何组织代码结构。我对这本书能帮助我建立一种“硬件思维”充满期待，能够从系统的整体角度去思考设计问题。

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这本书，我之前就听说过，一直想找机会好好钻研一下。VHDL 作为硬件描述语言的基石，重要性不言而喻，尤其是在FPGA和ASIC设计领域。我个人在数字逻辑设计方面有一些基础，但对于如何将这些概念转化为高效、可综合的VHDL代码，总感觉缺乏系统性的指导。市面上关于VHDL的书籍不少，但很多要么过于理论化，要么过于晦涩难懂，让人望而却步。我特别看重的是实践性，希望这本书能够提供清晰的代码示例，并且能够引导读者理解代码背后的设计思想。例如，在状态机设计、流水线结构、时序约束等方面，我希望能够看到一些经典的、经过验证的设计模式，以及如何根据具体需求进行调整和优化。同时，对于一些容易混淆的概念，比如并发与顺序执行、敏感信号列表的设置、以及不同综合工具的行为差异，如果能有深入的剖析和对比，那将非常有价值。我对这本书的期待，不仅仅是学习VHDL的语法，更希望它能帮助我建立起一套扎实的VHDL设计思维，让我能够独立解决实际设计中遇到的问题，写出更具可读性、可维护性和高性能的代码。

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这本书的排版设计很简洁大气，给我的第一印象就很好。我是一名电子工程专业的学生，目前正在学习数字集成电路设计。VHDL是课程的重点，但课堂上的讲解往往比较零散，我急需一本能够系统梳理知识点，并且能够提供大量实践练习的书籍。我尤其看重的是书中讲解的清晰度和易懂性。例如，在讲解进程（process）的概念时，我希望作者能够用浅显易懂的语言解释其工作原理，并且通过实例展示不同的敏感信号列表会如何影响进程的执行。对于状态机的设计，我希望能够看到多种不同的实现方式，并对它们的优缺点进行比较。此外，我非常希望这本书能够包含一些关于仿真和时序分析的详细介绍。例如，如何编写有效的测试平台（testbench）？如何使用仿真工具来调试代码？如何理解时序报告，并根据报告优化设计？我希望通过阅读这本书，能够建立起完整的VHDL学习路径，从基础语法到高级应用，都能得到充分的指导，为我未来的学习和职业生涯打下坚实的基础。

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拿到这本书，一股熟悉的学术气息扑面而来，这种感觉很奇妙。我之前接触过一些计算机体系结构和数字系统设计的书籍，它们往往在理论层面做得非常扎实，但对于具体实现工具的掌握，则显得有些力不从心。VHDL正是连接理论与实践的桥梁，而我的理解，它的精髓在于如何用一种结构化的方式来描述硬件的逻辑功能，并且能够被综合工具有效地转化为物理电路。我尤其关注那些能够帮助我理解“为什么”的书籍，而不是仅仅停留在“怎么做”。比如，在讲到时序逻辑设计时，我希望作者能够深入讲解触发器的工作原理、时钟域交叉的处理方法，以及如何通过VHDL来精确地控制时序。对于那些初学者容易犯错的地方，比如竞争冒险（race condition）的产生和避免，或者是不正确的时钟使能信号使用，如果能够有详尽的分析和修正建议，那将是莫大的帮助。我希望这本书能够教会我如何写出“干净”的代码，既符合VHDL的标准，又能被各种EDA工具友好地支持，从而减少调试时间和提高设计效率。

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