深入理解FPGA电子系统设计|文末赠书

现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)的出现是超大规模集成电路(VLSI)技术和计算机辅助设计(CAD)技术发展的结果，基于FPGA的设计方法是电子设计领域的一大变革。不同于传统的电子设计方法，基于FPGA的现代电子系统设计采用自顶向下的设计方法，使设计师可以把更多的精力和时间放在电路方案的设计上，很大程度上缩短了电子产品的上市时间；FPGA的可编程性，使得在不改变硬件电路设计的前提下，产品性能的提升成为可能；硬件软件化，以及不断增长的可编程门阵列的规模，使得产品在小型化的同时，可靠性也得到提升。IP核的广泛使用，特别是嵌入式处理器IP核的使用，使FPGA的市场占有量大大增加。因此对于广大的电子系统设计人员，以及电子工程专业的学生来说，掌握基于FPGA的开发技术是非常必要的。

01作者简介

李莉 北京电子科技学院副教授，长期从事EDA有可编程逻辑器件的研究与教学工作，“EDA技术”北京市精品课程主讲教师，主编教材获北京市优质教材课件奖。

02内容简介

本书分基础与应用两部分，系统介绍了Altera FPGA的开发应用知识。基础部分包括FPGA开发流程、硬件描述语言VHDL、Quartus Prime设计开发环境、基本电路的VHDL设计、基于IP的设计等内容；应用部分包括人机交互接口设计、数字信号处理电路设计、密码算法设计、基于Nios Ⅱ的SOPC系统开发等内容，并在最后一章给出了24个常用设计实例。全书语言简明易懂，逻辑清晰，向读者提供了不同领域的FPGA应用实例以及完整的设计源程序。

03图书目录

第1章FPGA开发简介

1.1可编程逻辑器件概述

1.2FPGA芯片

1.2.1FPGA框架结构

1.2.2Intel公司的FPGA

1.3FPGA开发工具

1.4基于FPGA的开发流程

1.4.1FPGA设计方法概论

1.4.2典型FPGA开发流程

1.4.3FPGA的配置

1.4.4基于FPGA的SoC设计方法

第2章VHDL硬件描述语言

2.1程序基本结构

2.2VHDL程序语法规则

2.3并行语句

2.4顺序语句

2.5子程序及子程序调用语句

第3章Quartus Prime设计开发环境

3.1Quartus Prime概述

3.2Quartus Prime设计流程

3.2.1设计输入

3.2.2设计处理

3.2.3波形仿真

3.2.4器件编程

3.3嵌入式逻辑分析仪使用

第4章基本电路的VHDL设计

4.1优先编码器

4.2数据选择器

4.3组合逻辑电路与并行语句、进程语句的关系

4.4运算电路

4.5时钟信号

4.6锁存器和触发器

4.7同步、异步信号描述

4.8同步电路设计原则

4.9计数器

4.10分频电路

4.11寄存器

4.12状态机

4.13动态扫描电路

第5章基于IP的设计

5.1IP核

5.2触发器IP核的VHDL设计应用

5.3存储器IP核的VHDL设计应用

5.4锁相环IP核的VHDL设计应用

5.5运算电路IP核的VHDL设计应用

第6章人机交互接口设计

6.1键盘扫描电路的VHDL设计

6.1.1设计原理

6.1.2设计实现

6.1.3仿真验证

6.2液晶驱动电路的VHDL设计

6.2.1设计原理

6.2.2设计实现

6.2.3仿真验证

第7章数字信号处理

7.1差错控制电路的VHDL设计(CRC校验电路)

7.1.1设计原理

7.1.2校验电路的VHDL实现

7.1.3仿真验证

7.2滤波电路的VHDL设计

7.2.1设计原理

7.2.2FIR滤波电路的设计实现

7.2.3仿真验证

7.3HDB3基带信号编译码电路的VHDL设计

7.3.1设计原理

7.3.2设计实现

7.3.3仿真验证

第8章密码算法设计

8.1分组密码算法的VHDL设计(SM4)

8.1.1SM4算法原理

8.1.2设计实现

8.1.3仿真验证

8.2流密码算法的VHDL设计(ZUC)

8.2.1ZUC算法原理

8.2.2设计实现

8.2.3仿真验证

8.3HASH算法的VHDL设计(SM3)

8.3.1SM3算法原理

8.3.2设计实现

8.3.3仿真验证

第9章基于Nios Ⅱ的SOPC系统开发

9.1简介

9.1.1SOPC技术

9.1.2Nios Ⅱ嵌入式处理器

9.1.3Qsys开发工具

9.2SOPC硬件开发

9.2.1启动Qsys

9.2.2添加Nios Ⅱ及外设IP模块

9.2.3集成Nios Ⅱ系统至Quartus Prime

9.3SOPC软件系统开发

9.3.1创建Nios Ⅱ工程

9.3.2设置工程的系统属性

9.3.3程序编写及编译

9.3.4代码调试及运行

第10章基于VHDL的FPGA设计实例

10.1多路选择器

10.2寄存器

10.3移位寄存器

10.4计数器

10.5分频器

10.6元件例化

10.7状态机1

10.8状态机2

10.9DES算法S盒

10.10DES算法初始置换IP

10.11十六进制数的共阴极7段数码显示译码器

10.12七人表决器的设计

10.13动态扫描显示电路

10.14四人抢答器的设计

10.15伪随机数产生器

10.16彩灯控制器1

10.17彩灯控制器2

10.18彩色LED点阵显示电路设计

10.19计算器设计

10.20序列检测器

10.21自动售货机

10.22直流电机转速控制电路

10.23篮球竞赛30秒计时器

10.24电梯控制器

附录1DES算法的S盒

附录2VHDL保留字

参考文献

04编辑推荐

本书系统论述基于Quartus Prime与Altera FPGA的现代电子系统设计，涵盖HDL、IP、SOPC及人机交互设计，北京市精品课程配套教材 。

本书可作为高等学校电子信息、计算机、自动化等专业的本科生教材，也可供从事电子系统设计的工程技术人员参考。

05教学资源

提供教学课件（PPT）与完整的程序代码，可到清华大学出版社网站本书页面下载。

06专家书评

《深入理解FPGA电子系统设计》教材融合了作者多年在FPGA开发方面的教学和科研经验，具有如下鲜明特色：知识内容恰当地反映了FPGA的发展与应用趋势，体系安排具有独创之处，加强了经典内容与现代技术的融合，加入了具有软硬结合的综合案例；结构编排符合认识规律，重点突出，难易适度，具有良好的可读性和工程实用性，有助于教师教学和学生自学。毫无疑问，本书是一本不可多得的EDA设计领域的好书！

——北京交通大学 侯建军

《深入理解FPGA电子系统设计》是一本内容丰富且极具实用性的著作，内容涵盖从基础到应用，循序渐进地介绍了语言、FPGA器件、开发工具、开发流程和综合实例，采用了最新的Quartus Prime开发环境，是一本进行FPGA设计的极好的参考教材。

——北京石油化工学院 李洋

《深入理解FPGA电子系统设计》兼顾基础性和实用性，内容涵盖了可编程逻辑器件FPGA开发过程的各个环节。书中实例丰富，分别就控制功能、信号处理功能、密码算法功能和嵌入式软核的设计与使用进行了详细论述，并提供了丰富的实例和图表，特别适合作为FPGA初学者的入门教程。

——北京服装学院 范秀娟

《深入理解FPGA电子系统设计》这本书的层次性和易读性更贴近我们实际的学习，使我们学习FPGA的开发技术更加容易。本书内容涵盖了FPGA的基本设计方法和设计流程、硬件描述语言、开发工具，以及FPGA设计实例与应用。本书通过实例化、模型化、系统化的讲解，使得本书非常容易读懂。此外，书中给出了大量的流程图及程序算法实例，将理论知识与实践应用相结合，非常有利于读者在动手实践中掌握FPGA开发技术。

 ——北京电子科技学院 倪杨

07京东阅读

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08图书赠送

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（2）填写申请表：打开「人工智能科学与技术」公众号菜单栏，点击 【图书】→【图书申请】进入申请表。

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