现代数字系统设计

第1章 数字系统设计概述 1
1.1　数字系统发展概述 1
1.1.1　数字系统和集成电路技术发展简史 1
1.1.2　数字系统与SOC设计技术 4
1.1.3　数字系统设计和EDA 4
1.2　数字系统设计方法 5
1.2.1　数字系统设计描述 5
1.2.2　设计过程 9
1.2.3　设计方法 13
1.2.4　硬件描述语言的特点 15
第2章　数字系统的建模和结构 17
2.1　设计与模型 17
2.2 数字系统的模型 18
2.3　数字系统的结构 25
第3章　数字系统的算法描述 32
3.1　数字系统算法流程图描述 32
3.1.1 算法流程图的符号及其描述方法 32
3.1.2　算法流程图描述数字系统实例 34
3.2　状态机及算法状态机图描述 37
3.2.1　状态机分类及其特点 37
3.2.2　算法状态机流程图的符号及其描述方法 39
3.2.3　算法状态机图描述实例 40
3.2.4　算法流程图至状态图的变换方法 42
3.2.5　状态图至算法状态机图的变换方法 44
3.2.6　C语言流程图至算法状态机图的变换 46
第4章 数字系统的VHDL语言描述 53
4.1　VHDL语言描述数字系统的基本方法 53
4.1.1　VHDL语言描述电路的基本方法 53
4.1.2　常数. 变量. 信号所描述的对象 59
4.1.3　数据类型 61
4.1.4　运算操作符 69
4.1.5　属性（ATTRIBUTE）描述 73
4.2　VHDL语言的基本设计单元 74
4.2.1　VHDL语言的基本设计单元构成 75
4.2.2　构造体的子结构描述 77
4.2.3　库. 包集合及配置 86
4.3　VHDL语言构造体的描述方式 91
4.3.1　构造体的行为描述方式 91
4.3.2　构造体的寄存器传输（RTL）描述方式 98
4.3.3　构造体的结构描述方式 105
4.4　VHDL语言的主要描述语句 108
4.4.1　顺序描述语句 108
4.4.2　并发描述语句 125
4.5　基本逻辑电路设计实例 138
4.5.1　组合逻辑电路设计 138
4.5.2　时序电路设计 153
第5章 数字系统设计的基本步骤和有关技巧 168
5.1 数字系统设计的一般步骤 168
5.1.1　系统需求分析 168
5.1.2　算法设计 168
5.1.3　算法描述 169
5.1.4　系统结构选择 169
5.1.5　系统具体设计 169
5.1.6　系统仿真与验证 170
5.2 数字系统并发处理的设计 170
5.2.1　并发处理的基本概念 170
5.2.2　并发处理的基本方法 171
5.3 数字系统的算法描述 176
5.3.1　简化CPU的功能要求 176
5.3.2　CPU的行为描述 177
5.3.3　CPU的状态机描述 181
5.3.4　CPU的VHDL语言描述（RTL描述） 182
5.4 系统结构的选择和设计 192
5.4.1　数字系统的基本结构 193
5.4.2　数字系统模块划分的原则 194
5.4.3　系统模块之间的连接 195
5.4.4　系统模块之间的通信 198
5.4.5　数字系统结构的选择 201
5.5 数字系统优化的基本方法 201
5.5.1　相同电路的处理 202
5.5.2　改变运算顺序优化电路 203
5.5.3　尽量进行常数运算 204
5.5.4　使用相同的运算电路 204
5.5.5　优化的必要性及其工程实际意义 208
5.6 数字系统设计中的几个工程实际问题 208
5.6.1　提高系统工作速度的方法 208
5.6.2　缩小电路规模和降低功耗的方法 216
5.6.3　系统误操作成因及其消除方法 223
5.6.4　非同步信号的控制方法 232
5.6.5　典型状态机状态编码的选择 237
第6章 典型EDA开发工具介绍 243
6.1 简介 243
6.2　MAX＋PlusⅡ使用说明 244
6.2.1　MAX＋PlusⅡ概况 244
6.2.2　建立和编辑一个VHDL语言的工程文件 247
6.2.3　VHDL语言程序的编译 250
6.2.4　VHDL语言程序的仿真 253
6.3　Active-HDL使用说明 259
6.3.1　Active-HDL概况 259
6.3.2　建立一个新的设计项目 264
6.3.3　文件的编译及结构管理 269
6.3.4　设计文件波形仿真 271
6.3.5 生成测试平台并单步跟踪文件 276
第7章 仿真. 逻辑综合和下载 282
7.1　数字系统的仿真 282
7.1.1　仿真输入信息的产生 282
7.1.2　仿真模块的编写 284
7.1.3　仿真Δ 286
7.1.4　不同级别的仿真要求 287
7.2 数字系统的逻辑综合 288
7.2.1　RTL描述至未优化的布尔描述的转换 289
7.2.2　布尔优化描述 289
7.2.3　门级映射 290
7.3　数字系统的下载 290
7.3.1　下载前的准备 290
7.3.2　配置 291
第8章 数字系统检测与可检测性设计 293
8.1　组合逻辑检测 293
8.2　时序电路检测 295
8.3　扫描检测 296
8.4　边界扫描 298
8.5　内置自测试 300
第9章 SOC和硬件/软件协同设计技术 301
9.1　硬件/软件 HW/SW 协同设计概述 301
9.1.1 硬件/软件协同设计方法学 301
9.1.2 数字系统的设计流程 303
9.2　SOC的开发应用及IP技术 313
9.2.1　SOC的开发应用 313
9.2.2　IP核的开发应用 315
9.2.3　SOC的设计方法 317
9.3 可编程单片系统（SOPC）及其设计工具 319
9.3.1　SOPC概述 319
9.3.2　Altera 的SOPC解决方案 320
9.3.3　QuartusⅡ设计软件 322
9.3.4　Sopc Builder自动设计工具 323
第10章 数字系统设计实例 328
10.1 UART串行接口芯片设计实例 328
10.1.1　UART引脚及内部结构 328
10.1.2　串行数据传送格式及控制字和状态字 329
10.1.3　UART芯片功能算法流程图描述 331
10.1.4　UART芯片的算法状态机图描述 333
10.1.5　UART芯片的VHDL语言描述 335
10.1.6　UART芯片的仿真 346
10.2 洗衣机洗涤控制电路设计实例 349
10.2.1　洗衣机洗涤控制电路的性能要求 349
10.2.2　洗衣机洗涤控制电路的结构 350
10.2.3　洗衣机洗涤控制电路的算法状态机图描述 351
10.2.4 洗衣机洗涤控制电路的VHDL语言描述 356
习题与思考题 369
参考文献 376