Verilog HDL应用程序设计实例精讲

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页数:518
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出版时间:2009-10
价格:65.00元
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isbn号码:9787121095481
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具体描述

《Verilog HDL应用程序设计实例精讲》从实用的角度出发,通过大量的工程实例,详细、深入地介绍了Verilog HDL应用程序设计的方法与技巧。全书共分2篇12章,第一篇为Verilog HDL基础知识,概要介绍了Verilog HDL的特点、语言要素与表达式、行为级建模、结构级建模、语句的综合、设计与验证,以及代码优化技巧,引导读者技术入门;第二篇为Verilog HDL 应用编程实例,通过30多个实例,循序渐进地介绍了Verilog HDL在逻辑电路、存储器、数字通信、数字控制、信号测量领域的应用编程技术和技巧。

好的,这是一本关于高级嵌入式系统开发与优化实践的图书简介。 --- 书籍名称:《高级嵌入式系统:从微控制器到异构计算平台的优化实践》 内容概要:超越基础,直击前沿 本书旨在为具备一定嵌入式系统开发经验的工程师和高级学生提供一个深入、全面的进阶学习路径。我们不再停留在基础的硬件抽象层(HAL)或简单的设备驱动编写,而是将焦点完全放在现代嵌入式系统设计中最具挑战性、也最具价值的领域:性能优化、实时性保障、异构计算资源的管理以及面向功耗的系统架构设计。 全书结构严谨,从底层硬件架构的深入剖析开始,逐步过渡到复杂的软件调度机制、内存管理策略,最终涵盖当前热门的边缘人工智能加速与安全固件设计。我们着重于“如何做”和“为什么这样做”,通过大量的实际案例和性能分析工具的应用,指导读者掌握将理论转化为高效代码的关键技能。 第一部分:深度硬件理解与高效底层编程 第一章:现代微处理器架构的深入剖析 本章将超越简单的冯·诺依曼或哈佛结构介绍,深入探讨高性能Cortex-M/R/A系列处理器的流水线、分支预测、缓存一致性协议(如MESI的实际影响)以及内存保护单元(MPU/MMU)的配置与作用。重点讲解如何利用这些底层特性来编写无缓存失效率的代码,并详细分析在不同缓存策略下(直写、回写)进行数据同步的复杂性与优化点。 第二章:实时操作系统的内核级调优 探讨FreeRTOS、Zephyr等主流RTOS在系统级延迟上的瓶颈。本章将详细讲解上下文切换的开销分析,中断服务程序(ISR)的最小化设计,以及如何通过配置内核的Tickless模式、调整调度算法(如抢占式与协作式的权衡),实现微秒级甚至亚微秒级的响应时间。此外,还将覆盖信号量、互斥锁、消息队列在多核环境下的死锁预防与性能瓶颈排查。 第三章:高级总线结构与DMA深度应用 现代SoC的性能瓶颈往往出现在数据搬运上。本章聚焦于AXI/AHB/APB总线的仲裁机制、突发传输的效率分析。我们将详细讲解如何精确配置DMA控制器,实现高效的内存到内存、内存到外设的数据传输,避免CPU参与的数据搬运,并演示如何使用硬件触发器(如定时器事件)精确启动DMA传输,以保证数据的同步性与完整性。 第二部分:系统性能工程与资源优化 第四章:内存管理与数据布局优化 内存的访问速度是嵌入式系统性能的决定性因素之一。本章深入探讨栈、堆、数据段的分配策略。重点讲解如何使用`__attribute__`或特定编译器指令,控制变量在SRAM或FLASH中的具体位置。我们将展示如何通过结构体成员的重新排序(数据对齐与填充的消除),最大化缓存行的利用率,并介绍静态内存池分配的最佳实践。 第五章:编译器优化级别与链接脚本的定制 本章指导读者精细控制编译器(GCC/Clang)的优化选项。从`-O0`到`-Os`,每种优化级别的内在逻辑是什么?如何禁用编译器对特定关键函数的内联,或强制特定的循环展开?在此基础上,我们将详细解析链接脚本(Linker Script)的编写,精确划分代码和数据在不同内存区域(如高速SRAM、低速DDR)的映射,实现对启动代码和关键任务的极致控制。 第六章:功耗敏感型系统的设计与调试 在物联网和电池供电设备中,功耗管理是核心要求。本章聚焦于动态电压与频率调节(DVFS)的软件实现,以及如何高效利用各种睡眠模式(休眠、深度休眠)。我们将介绍如何使用专用的功耗分析工具(如示波器上的电流探针、SoC自带的功耗监测模块)来定位“耗电大户”,并设计事件驱动的唤醒机制,确保系统在满足性能需求的同时,将平均电流消耗降至最低。 第三部分:异构计算与现代嵌入式前沿 第七章:多核协同与任务划分策略 针对搭载了Cortex-A和Cortex-M的异构平台(如TrustZone架构),本章重点讲解如何在不同核心间安全、高效地分配任务。探讨异构任务卸载的最佳实践,包括如何设计高效的跨核通信机制(如共享内存缓冲池、定制化的RPC)。重点分析在SMP(对称多处理)环境中,缓存一致性对性能的影响以及同步机制的选择。 第八章:边缘计算加速:GPU/NPU的集成与编程模型 随着AI在边缘端的普及,如何有效地利用片上加速器至关重要。本章将讲解如何使用特定的SDK(如OpenCL或厂商私有的API)来配置和调用片上GPU或NPU进行并行计算。我们将通过一个图像处理或传感器数据融合的实例,对比纯CPU实现与加速器实现的性能差异,并指导读者如何将C/C++代码中的关键计算部分移植到加速器内核中。 第九章:嵌入式系统安全固件设计 安全已不再是可选项。本章从固件的角度审视安全。内容包括:安全启动(Secure Boot)流程的原理与实现、固件更新(OTA)的原子性保障与加密验证机制。我们将详细探讨TrustZone的基本概念,以及如何隔离关键代码和敏感数据,确保即使操作系统层被攻破,核心业务逻辑依然安全运行。 --- 适用读者对象 具备两年以上嵌入式C/C++开发经验,希望向系统级架构师或性能优化专家转型的工程师。 从事实时控制系统、高带宽数据采集、边缘AI部署的研发人员。 希望深入理解操作系统内核与硬件交互机制的研究生及博士生。 本书不侧重于基础的寄存器操作或某个特定芯片型号的初级配置,而是提供一套通用的、基于原理的系统优化方法论和前沿技术实践指导。

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目录信息

读后感

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用户评价

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这本书在我看来,是Verilog HDL学习者绕不开的一座里程碑。它以实战为导向,将Verilog HDL语言的强大功能通过一系列精心设计的应用程序实例淋漓尽致地展现出来。作者在讲解过程中,始终紧扣“应用程序设计”这一核心,而不是停留在对语言特性的罗列。例如,在讲解异步FIFO的设计时,作者不仅仅给出了实现代码,还深入分析了指针的读写同步问题、格雷码的使用、以及如何防止写溢出和读空。这些细节的处理,直接关系到FPGA设计的稳定性和可靠性。书中还引入了一些关于功耗优化和面积优化的讨论,这对于在资源受限的FPGA器件上进行设计尤为重要。作者通过具体的例子,展示了如何通过代码结构调整、并行度控制等方式,来达到降低功耗和减小芯片面积的目的。

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初次翻阅《Verilog HDL应用程序设计实例精讲》便被其深厚的理论功底与精妙的实践结合所深深吸引。作者在开篇便用清晰易懂的语言阐述了Verilog HDL语言的基础概念,包括其数据类型、运算符、行为建模、结构建模等,为初学者构建了一个扎实的地基。更难能可贵的是,作者并未止步于理论的陈述,而是紧接着通过一系列精心设计的实例,将这些抽象的概念具象化。例如,在讲解组合逻辑电路时,作者不仅仅列举了加法器、多路选择器等经典案例,还深入剖析了代码的结构、信号的流向以及仿真验证的技巧,让我能直观地感受到Verilog HDL的强大表现力。对于我这样一名刚接触FPGA设计的学生而言,这些实例无疑是及时雨,它们像一个个具体的“操作手册”,让我能够边学边练,快速掌握HDL语言的设计思路和编码规范。书中的代码风格严谨,注释详尽,让我即使在遇到复杂的设计时,也能凭借清晰的逻辑和细致的说明,迅速找到问题所在并进行调试。此外,作者对时序逻辑电路的讲解也同样令人印象深刻,通过D触发器、寄存器、计数器等实例,我不仅理解了时钟信号在FPGA设计中的核心作用,还学会了如何避免潜在的时序冲突和亚稳态问题,这对于设计出稳定可靠的硬件系统至关重要。

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《Verilog HDL应用程序设计实例精讲》这本书最让我赞叹的地方在于其对实际应用程序设计的深入挖掘。作者并没有停留在对语言本身的介绍,而是将Verilog HDL置于更广阔的工程应用场景中,通过大量的实例,展现了如何利用HDL语言构建出高性能、高效率的数字系统。书中所选取的实例涵盖了从基础的微处理器指令集设计,到更复杂的通信协议接口实现,再到嵌入式系统中常见的I/O控制器设计等多个维度。每一个实例都不仅仅是简单地给出代码,而是伴随着详细的设计思路、模块划分、状态机设计、时序约束以及性能优化的讨论。我尤其对书中关于状态机设计的章节印象深刻,作者通过一个实际的交通灯控制器实例,循序渐进地讲解了状态机的三种常用编码方式(二进制、格雷码、独热码)的优劣,并提供了如何使用case语句和if-else语句来实现状态机的具体代码。这让我深刻理解了状态机的强大之处,以及在控制类应用中其不可替代的作用。更重要的是,书中还强调了可综合性代码的设计原则,以及如何避免使用不可综合的语句,这对于将HDL代码转化为实际硬件至关重要。

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阅读《Verilog HDL应用程序设计实例精讲》的过程,更像是一场与经验丰富的工程师进行一对一的深度交流。作者以一种循序渐进、由浅入深的方式,将Verilog HDL的精髓娓娓道来。对于我而言,最棘手的问题往往是如何将高层次的系统需求转化为低层次的硬件逻辑。而这本书在这方面提供了极大的帮助。它不仅仅教授语法,更重要的是传递设计思想。比如,在讲解如何设计一个简单的CPU时,作者详细阐述了指令译码、数据通路、寄存器文件、ALU等核心模块的设计思路,并提供了相应的Verilog代码实现。通过这个实例,我不仅学会了如何用Verilog描述微处理器的各个组件,还对CPU的工作原理有了更深刻的理解。书中还引入了许多高级设计技巧,例如层次化设计、流水线技术、并行处理等,这些都是提升设计性能的关键。作者在讲解这些技术时,并没有生硬地灌输理论,而是通过具体的例子,展示了这些技术的实际应用效果。此外,书中的仿真和验证部分也做得非常出色,作者详细介绍了如何编写Testbench,如何使用各种仿真命令,以及如何分析仿真波形,这让我能够有效地检测和调试我的设计,确保其正确性。

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这本书在讲解Verilog HDL语言方面,可以说是面面俱到,无所不包。它不仅涵盖了最基础的语法和结构,更深入到了许多实际应用中才会遇到的细节问题。我印象特别深刻的是关于接口设计的章节,作者通过实例讲解了UART、SPI、I2C等几种常见的通信协议的Verilog实现。这对于需要与外部设备进行数据交互的FPGA项目来说,是必不可少的技术。书中对每个协议的电气特性、时序要求都进行了详细的分析,然后给出了清晰的HDL代码。我通过学习这些例子,不仅学会了如何实现这些接口,还理解了不同接口的优缺点以及适用的场景。此外,作者在书中还涉及了内存控制器、DMA控制器等一些相对复杂的IP核设计。虽然这些实例的代码量较大,但作者将其分解成若干个模块,并且对每个模块的功能和设计思路都进行了详细的解释。这使得我能够理解整个复杂系统的构建过程,而不是仅仅停留在某个局部。

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《Verilog HDL应用程序设计实例精讲》为我打开了通往数字逻辑设计新世界的大门。在接触这本书之前,我对FPGA的认知仅仅停留在“硬件描述语言”这个模糊的概念上。然而,通过本书的学习,我逐渐清晰地认识到,Verilog HDL不仅仅是一种语言,更是一种思维方式,一种将抽象的计算逻辑映射到具体硬件电路的设计哲学。书中大量的实例,从最简单的门电路到复杂的数字信号处理器,都充分体现了这种哲学。作者善于将复杂的概念分解,用清晰的逻辑链条将它们串联起来。例如,在讲解流水线设计时,作者先从串行处理的弊端入手,然后逐步引入流水线概念,并用一个简单的算术运算流水线实例进行演示。这种循序渐进的讲解方式,让我能够轻松地理解并掌握流水线设计的核心思想,以及其在提升系统吞吐量方面的巨大作用。而且,书中对代码的优化和性能提升的讨论,也让我受益匪浅。

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《Verilog HDL应用程序设计实例精讲》最让我印象深刻的一点是,它不仅仅是一本技术手册,更像是一位经验丰富的导师在娓娓道来。书中蕴含的不仅仅是Verilog HDL的语法和特性,更是作者在多年工程实践中积累的宝贵经验和设计智慧。我记得在学习如何设计一个中断控制器时,作者详细地阐述了中断的优先级、响应机制、以及中断向量表的设计。他通过一个具体的实例,展示了如何用Verilog HDL来实现一个高效且灵活的中断处理系统。这对于理解嵌入式系统中多任务处理和实时响应机制至关重要。书中对于一些“软”技巧的讲解,例如如何提高代码的可读性、可维护性,如何进行代码复用,以及如何与综合工具进行有效的交互,都给我留下了深刻的印象。这些内容往往是在课堂上学不到的,但却是工程实践中不可或缺的。

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《Verilog HDL应用程序设计实例精讲》给我带来的最直接的益处,便是极大地提升了我进行FPGA项目开发的实践能力。在学习过程中,我尝试着跟随书中的例子,动手进行编码和仿真。从最初的简单组合逻辑,到后面复杂的接口协议实现,我都能够得心应手。书中提供的实例代码质量非常高,可读性强,并且经过了充分的验证,可以直接应用于实际项目中,或者作为二次开发的基础。我特别喜欢书中关于信号完整性和时钟域交叉处理的章节。这些往往是影响FPGA设计稳定性的关键因素,但很多入门书籍对此着墨不多。作者通过几个具体的实例,生动地展示了时钟域交叉可能带来的问题,并给出了行之有效的解决方案,例如使用握手信号、FIFO等。这让我对FPGA设计的鲁棒性有了更深的认识。此外,书中还对一些常见的FPGA开发工具的使用进行了简要介绍,虽然不是重点,但对于初学者来说,这无疑是一个非常有价值的补充。这本书让我不再仅仅停留在理论层面,而是真正地“动手”起来,解决了许多我在实际开发中遇到的困惑。

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《Verilog HDL应用程序设计实例精讲》这本书的出现,让我对Verilog HDL的学习过程从“枯燥乏味”转变为“充满乐趣”。它将晦涩的硬件描述语言变得生动形象,让我在动手实践的过程中,不断感受到成功的喜悦。书中大量的实例,覆盖了从简单的计数器到复杂的数字滤波器,再到高性能的网络通信接口。每一个实例都经过了精心设计,不仅能够帮助我掌握Verilog HDL的编程技巧,更重要的是,它能够让我理解这些设计背后的工程原理和实际应用价值。我特别喜欢书中关于验证的章节,作者详细介绍了如何编写一个完整的Testbench,包括激励生成、状态监测、错误判断等。这让我深刻认识到,验证是确保硬件设计的正确性的关键步骤。通过学习书中的验证方法,我能够更有效地发现和修复设计中的bug,大大缩短了开发周期。

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坦白说,在寻找一本能够真正指导我进行实际Verilog HDL应用程序设计的书籍时,我尝试了不少。但《Verilog HDL应用程序设计实例精讲》无疑是我最满意的一本。它并没有过多地纠缠于Verilog HDL语言本身的细节,而是将重点放在了如何“用”Verilog HDL来解决实际问题。书中选择的实例都非常有代表性,覆盖了数字电路设计的多个重要领域。我尤其欣赏作者在讲解设计流程时的严谨性。从需求分析,到顶层设计,再到模块划分、编码、仿真、综合,以及最终的硬件实现,每一步都进行了详细的说明和指导。这让我能够从一个宏观的角度去理解整个FPGA项目开发的全貌。书中对于错误排查和调试的讲解也十分到位,作者分享了许多自己总结的经验,帮助我避免了一些常见的陷阱。例如,在描述一个复杂的状态机时,作者会强调如何进行状态的归纳和整理,以减少错误的可能性,并提供了一些实用的调试技巧。

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