基于NiosII内核的FPGA电路系统设计 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:电子工业

作者:赫建国//倪德克//郑燕

出品人:

页数:273

译者:

出版时间:2010-4

价格:38.00元

装帧:

isbn号码:9787121106477

丛书系列:

图书标签:

FPGA
NiosII
嵌入式系统
硬件设计
Verilog
系统设计
数字电路
可编程逻辑器件
Altera
FPGA开发

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具体描述

《基于NiosII内核的FPGA电路系统设计》介绍了一种能够在FPGA芯片中同时获得数据传送速度快和数据处理能力强两个优点的设计方案——在片可编程系统（System On Programmable Chip，SOPC）解决方案。该方案通过在FPGA芯片中置人一个软核处理器系统（NiosⅡ软核处理器系统）来增强对信号的处理能力。

《基于NiosII内核的FPGA电路系统设计》系统地描述了Nios lI软核处理器系统的开发知识。内容包括Altera公司FPGA芯片的介绍、可编程逻辑器件开发软件Quartus II的使用、硬件描述语言VHDL的简介、Nios II软核处理器系统创建工具SOPCBuilder和NiosII集成开发环境（NiosIIIDE）的使用。书中这包括了大量的基础实验和应用系统的设计实例，能够帮助读者更快、更容易地掌握及应用这门技术。

《基于NiosII内核的FPGA电路系统设计》适合从事Altera公司FPGA芯片开发设计的研究生和本科高年级学生使用，也适合从事该方面工作的工程师使用。

《嵌入式系统开发实战：基于ARM Cortex-M系列微控制器的高级应用设计》书籍简介本书旨在为电子工程、计算机科学及相关专业的学生、初级工程师以及希望深入学习现代嵌入式系统开发的实践者提供一套全面而深入的技术指南。本书聚焦于当前工业界和学术界应用最为广泛的 ARM Cortex-M系列微控制器（如STM32、NXP LPC等主流平台），侧重于 “系统级”的开发思维与高级应用实践。全书内容涵盖了从硬件基础到复杂软件架构设计的多个层次，力求将理论知识与贴近实际工程问题的解决方案紧密结合。第一部分：嵌入式系统基石与Cortex-M架构精讲本部分首先奠定了坚实的理论基础。我们不满足于对寄存器列表的简单罗列，而是深入剖析 Cortex-M内核的内部工作机制。 1.1 微控制器体系结构深度解析：详细介绍冯·诺依曼与哈佛结构在现代MCU中的体现，重点分析Cortex-M3/M4/M7内核的管线（Pipeline）机制、指令集架构（Thumb-2），以及它们如何影响代码的执行效率和功耗特性。 1.2 内存系统与总线架构：深入探讨 AHB（Advanced High-performance Bus）和APB（Advanced Peripheral Bus）的连接方式，讲解如何利用 MPU（Memory Protection Unit）或MMU（Memory Management Unit，针对Cortex-M7/M33等高级内核）来实现内存保护、任务隔离与地址映射优化。理解总线矩阵的仲裁机制，对于编写高性能、无死锁的驱动至关重要。 1.3 中断系统与实时性保障：彻底解析 NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller）的所有特性，包括优先级分组（Preemption/Sub-priority）、中断延迟的计算模型、以及如何安全地进行上下文切换。本章将通过具体的代码案例演示如何设计高效、低抖动的实时中断服务程序（ISR）。第二部分：驱动程序设计与底层外设交互本部分是实践的核心，引导读者掌握如何从零开始构建健壮的设备驱动，而非仅仅依赖标准库的封装。 2.1 寄存器级编程与抽象层设计：详细讲解如何直接操作关键外设的寄存器集，包括时钟树配置（RCC）、通用定时器（TIM）、以及模数转换器（ADC）的采样时序控制。在此基础上，引入 HAL（Hardware Abstraction Layer）与 LL（Low-Layer）驱动的对比分析，论述在不同应用场景下选择何种抽象层级的策略。 2.2 通信协议的工程实现：不仅限于SPI、I2C、UART的基本收发，本书将重点放在高级通信机制的实现。例如，DMA（Direct Memory Access）在高速数据传输中的高效配置（循环模式、单次传输、中断通知），以及如何使用DMA+外设来构建无CPU干预的高速数据采集链路。此外，还会涉及CAN/CAN-FD总线的错误处理机制与报文过滤器的配置。 2.3 存储器接口与闪存管理：讲解如何配置外部存储器接口（如FSMC/FMC）以连接SDRAM或NOR Flash，并重点介绍片上闪存（Flash Memory）的读写与擦除操作，包括如何实现安全的 Bootloader 机制，以及如何管理应用代码的固件升级（OTA/FOTA）过程中的数据一致性。第三部分：嵌入式操作系统与任务调度现代复杂嵌入式系统的核心在于并发处理和资源管理。本部分将深入讲解实时操作系统（RTOS）的原理与应用。 3.1 RTOS核心概念与选择：详细对比分析 FreeRTOS、Zephyr 等主流RTOS的内核特性。重点剖析任务控制块（TCB）、任务状态转换、上下文切换的底层汇编实现细节。 3.2 进程间通信（IPC）与同步机制：全面讲解信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）、消息队列（Queue）的正确使用范式。本书将重点分析优先级反转问题，并提供使用优先级继承（Priority Inheritance）或优先级天花板协议（Priority Ceiling Protocol）来解决该问题的实践方案。 3.3 事件驱动设计与低功耗管理：探讨如何设计基于事件驱动的架构，减少任务的阻塞时间。针对电池供电系统，深入讲解 Tickless Idle 模式的配置与实现，以及如何根据任务的截止时间（Deadline）动态调整MCU的工作频率以达到最佳的能效比。第四部分：高级应用与系统集成本部分将理论知识提升到系统工程层面，探讨如何构建可靠、可维护的大型嵌入式软件。 4.1 嵌入式软件架构模式：介绍状态机（State Machine）在复杂协议栈和设备控制中的应用，以及有限状态机（FSM）在固件升级流程中的结构化应用。探讨如何采用分层设计原则来解耦硬件驱动层、业务逻辑层和应用接口层。 4.2 调试、测试与可靠性工程：系统介绍 JTAG/SWD 调试接口的高级用法，包括断点设置、观察点（Watchpoint）的使用、以及非侵入式跟踪（如ETM/ITM）的应用。重点讲解单元测试在嵌入式环境中的策略，以及如何利用看门狗（Watchdog Timer）实现软件的自动复位恢复机制。 4.3 嵌入式网络协议栈（选讲）：针对需要联网的应用，本书将简要介绍 LWIP 协议栈的初始化流程、TCP/UDP套接字编程，以及如何高效地管理网络缓冲区，确保数据流的实时性和可靠性。适用读者群体：熟悉C语言和基础数字电路的大学高年级学生。希望从单片机基础开发迈向高性能嵌入式系统开发的工程师。致力于开发工业控制、物联网（IoT）边缘设备或需要实时处理能力的专业人员。本书的特色在于其 “动手优先” 的教学理念，所有关键概念均配有基于主流开发环境的实际代码示例和详细的配置步骤，旨在帮助读者快速构建出满足工业级要求的嵌入式系统解决方案。

作者简介

目录信息

第1章引言 1.1 数字集成电路的分类 1.1.1 标准逻辑器件 1.1.2 微处理器 1.1.3 可编程逻辑器件 1.2 NiosⅡ软核处理器 1.2.1 NiosⅡ软核处理器系统简介 1.2.2 可配置软核处理器的优点第2章现场可编程门阵列器件 2.1 可编程逻辑器件概述 2.2 可编程逻辑器件的发展历程 2.2.1 简单PLD的基本结构 2.2.2 FPGA的基本结构 2.3 Altera公司CycloneⅡ器件的工作原理 2.4 CycloneⅡ系列器件的主要技术指标 2.5 小结第3章 QuartusⅡ开发软件的使用 3.1 简介 3.2 创建工程 3.3 设计输入 3.3.1 建立文本设计文件 3.3.2 建立图形设计文件 3.3.3 层次化设计 3.4 设计的编译 3.5 设计的仿真验证 3.5.1 创建仿真波形文件 3.5.2 设计仿真 3.6 引脚分配 3.7 器件配置 3.8 小结第4章 VHDL语言基础 4.1 VHDL的历史 4.2 VHDL的程序结构 4.2.1 VHDL程序的基本结构 4.2.2 实体 4.2.3 结构体 4.2.4 包集 4.2.5 库 4.3 VHDL的语言元素 4.3.1 标识符 4.3.2 对象类别与定义 4.3.3 数据类型 4.3.4 运算符 4.4 并行语句 4.4.1 并行信号赋值语句 4.4.2 进程语句 4.5 顺序语句 4.5.1 顺序信号赋值语句 4.5.2 条件(IF)语句 4.5.3 选择(CASE)语句 4.5.4 循环(LOOP)语句 4.5.5 空操作(NULL)语句 4.6 小结第5章 NiosⅡ软核处理器系统的开发过程 5.1 概述 5.2 配置NiosⅡ软核处理器系统 5.2.1 创建NiosⅡ软核处理器系统 5.2.2 配置NiosⅡ软核处理器系统 5.3 产生NiosⅡ软核处理器系统 5.3.1 产生NiosⅡ软核处理器系统模块 5.3.2 NiosⅡ软核处理器系统的产生 5.4 创建NiosⅡIDE环境下的应用工程 5.4.1 NiosⅡIDE工程创建 5.4.2 C语言源文件的编辑 5.4.3 C语言源文件的编译 5.5 C语言源程序的调试 5.5.1 在目标电路板上运行程序 5.5.2 在目标电路板上调试程序 5.5.3 配置目标FPGA器件 5.6 小结第6章 NiosⅡ软核处理器——程序运行时间的测量 6.1 NiosⅡ软核处理器的结构 6.2 NiosⅡ软核处理器 6.2.1 “Core NiosⅡ”选项卡 6.2.2 “Caches and Memory Interfaces”选项卡 6.2.3 “Advanced Features”选项卡 6.2.4 “JTAG Debug Module”选项卡 6.2.5 “Custom Instructions”选项卡 6.3 程序运行时间的测量 6.3.1 程序运行时间的测量方法 6.3.2 Nios Ⅱ软核处理器对程序运行时间的影响 6.4 浮点专用指令的使用 6.4.1 浮点专用指令的添加 6.4.2 浮点专用指令测试程序 6.4.3 浮点专用指令测试结果 6.5 小结第7章 8段数码管显示电路——并行输入/输出(PIO)内核的使用 7.1 8段数码管 7.2 并行输入/输出(PIO)内核 7.2.1 并行输入/输出(PIO)内核的寄存器 7.2.2 并行输入/输出(PIO)内核的配置 7.2.3 C语言编程 7.3 1位数码管的显示实验 7.3.1 产生数码管的显示控制电路 7.3.2 数码管显示控制程序 7.3.3 目标芯片的配置 7.4 多位数码管显示实验 7.4.1 多位数码管显示控制电路 7.4.2 4位数码管显示驱动函数 7.4.3 4位数据的分离 7.5 小结第8章按键电路——中断的应用 8.1 按键电路 8.2 并行输入/输出(PIO)内核的中断 8.2.1 并行输入/输出(PIO)内核涉及中断的相关寄存器 8.2.2 并行输入/输出(PIO)内核中断的配置 8.2.3 C语言编程 8.3 NiosⅡ处理器的中断 8.3.1 异常 8.3.2 C语言编程 8.4 1位按键电路的实验 8.4.1 产生按键的控制电路 8.4.2 1位按键控制程序 8.4.3 数据类型 8.4.4 alt_main()和main()的区别 8.5 4位按键电路的实验 8.5.1 4位按键控制电路 8.5.2 4位按键控制程序 8.6 小结第9章 Flash的编程——EPCS控制器、CFI 控制器的使用 9.1 EPCS控制器 9.1.1 EPCS控制器概述 9.1.2 EPCS控制器配置 9.2 CFI控制器 9.2.1 CFI控制器概述 9.2.2 CFI控制器配置选项 9.2.3 CFI控制器C语言编程 9.3 Flash的编程实例 9.3.1 硬件系统的SOPC设计——从EPCS引导程序方式 9.3.2 系统软件设计——从EPCS引导程序方式 9.3.3 从CFI_FLASH引导程序方式 9.4 小结第10章时钟信号的产生与测量——定时器(Interval Timer)内核的使用 10.1 定时器内核 10.1.1 定时器内核的组成 10.1.2 定时器内核的寄存器 10.1.3 定时器(Interval Timer)内核的配置 10.1.4 C语言编程 10.2 时钟信号产生实验 10.2.1 时钟信号产生电路 10.2.2 时钟信号产生电路控制程序 10.3 定时器(Interval Timer)内核的中断实验 10.4 信号的周期测量 10.4.1 信号周期测量电路 10.4.2 周期测量控制程序 10.5 “看门狗”电路实验 10.5.1 “看门狗”电路 10.5.2 “看门狗”电路控制程序 10.6 小结第11章 LCD12864液晶模块的驱动设计——SDRAM控制器内核的使用 11.1 LCD12864液晶模块简介 11.2 SDRAM控制器内核 11.2.1 概述 11.2.2 SDRAM控制器内核的配置选项 11.2.3 时钟、PLL和时序 11.2.4 SDRAM内核的C语言编程 11.3 LCD12864模块的驱动实例 11.3.1 LCD12864模块接口电路 11.3.2 硬件系统的SOPC设计 11.3.3 系统软件设计 11.4 小结第12章 JTAG UART通信——JTAG UART内核的使用 12.1 JTAG UART内核 12.1.1 JTAG UART内核概述 12.1.2 JTAG UART内核配置选项 12.1.3 JTAG UART内核的C语言编程 12.2 JTAG UART通信实例 12.2.1 硬件系统的SOPC设计 12.2.2 系统软件设计 12.3 小结第13章 SD卡读写控制设计——SPI内核的使用 13.1 SD卡简介 13.2 SPI内核 13.2.1 SPI内核综述 13.2.2 SPI内核配置选项 13.2.3 SPI的C语言编程 13.3 SD卡读写实例 13.3.1 SD卡与FPGA接口电路 13.3.2 硬件系统的SOPC设计 13.3.3 系统软件设计 13.4 小结第14章数字信号频率测量电路的设计 14.1 频率测量原理和电路设计要求 14.2 频率测量电路的系统设计 14.3 频率测量电路的单元电路设计 14.3.1 计数器电路 14.3.2 计数器控制电路 14.3.3 NiosⅡ软核处理器系统 14.4 频率测量电路的系统调试 14.4.1 系统集成 14.4.2 测试方案和使用仪器 14.4.3 测量数据及数据分析 14.5 设计总结第15章信号频谱分析电路的设计 15.1 频谱的概念 15.2 离散傅里叶变换 15.3 信号频谱分析电路的系统设计 15.4 信号频谱分析电路的单元电路设计 15.4.1 频谱分析模块 15.4.2 采样速率控制电路 15.5 信号频谱分析电路的系统调试 15.5.1 系统集成 15.5.2 信号频谱分析程序框图 15.5.3 系统测量和数据分析 15.6 设计总结参考文献
· · · · · · (收起)