FPGA现代数字系统设计：基于Xilinx可编程逻辑器件与Vivado平台

第1章现代数字系统设计概论 

1.1概述 

1.2数字系统的层次化结构 

1.2.1开关电路级的基础——CMOS反相器 

1.2.2逻辑级的门电路 

1.2.3寄存器传输级的有限状态机 

1.2.4数字系统的系统级构成 

1.2.5复杂系统的算法级设计 

1.3数字系统设计的描述方法 

1.3.1原理图设计 

1.3.2程序设计法 

1.3.3IP模块的使用 

1.3.4基于模型的设计技术 

1.3.5高层次综合——HLS设计 

1.3.6脚本设计技术 

1.4IP技术 

1.4.1IP知识产权模块 

1.4.2IP模块的种类与应用 

1.4.3片上系统和IP核复用 

1.5全可编程FPGA/SoC实现智能化系统 

1.5.1软件智能化和硬件最佳化 

1.5.2在线可重构技术 

1.5.3可重配置加速堆栈 

本章小结 

习题 

第2章可编程逻辑器件 

2.1概述 

2.1.1可编程逻辑器件概述 

2.1.2可编程逻辑器件分类 

2.2CPLD的结构和工作原理 

2.2.1简单可编程逻辑器件原理 

2.2.2CPLD的结构和工作原理 

2.3FPGA的结构和工作原理 

2.3.1SRAM查找表类型 

2.3.2反熔丝多路开关类型 

2.4逻辑级FPGA的结构和工作原理 

2.4.1可编程逻辑 

2.4.2可编程互连线 

2.4.3可编程I/O 

2.5系统级FPGA的结构和工作原理 

2.5.1片上存储器及接口 

2.5.2数字时钟管理 

2.5.3时钟资源 

2.5.4系统级I/O 

2.6平台级FPGA的结构和工作原理 

2.6.1DSP模块 

2.6.2高速串行接口 

2.7全可编程FPGA的特性和结构 

2.7.1采用统一的7系列架构 

2.7.2高性能和低功耗结合的工艺 

2.8ASIC架构的UltraScale系列 

2.8.1UltraScale架构 

2.8.2SSI互连技术 

2.9FPGA的配置 

2.9.1编程原理简介 

2.9.2编程模式 

2.9.3典型的配置电路 

2.9.4编程流程 

2.9.5部分重配置 

本章小结 

习题 

第3章Verilog硬件描述语言 

3.1硬件描述语言概述 

3.1.1硬件描述语言特点 

3.1.2层次化设计 

3.2Verilog HDL程序的基本结构 

3.2.1模块结构分析 

3.2.2模块的实例化 

3.3Verilog HDL词法、数据类型和运算符 

3.3.1词法约定 

3.3.2数据类型 

3.3.3运算符 

3.4Verilog HDL行为语句 

3.4.1赋值语句 

3.4.2顺序块和并行块语句 

3.4.3结构说明语句 

3.4.4条件语句 

3.4.5循环语句 

3.4.6系统任务和系统函数 

3.4.7编译预处理命令 

3.4.8Verilog HDL可综合设计 

3.5Verilog HDL设计举例 

3.5.1组合电路设计 

3.5.2时序电路设计 

3.5.3数字系统设计 

3.5.4数码管扫描显示电路 

3.5.5LED通用异步收发电路设计 

3.6Testbench文件与设计 

本章小结 

习题 

第4章Vivado设计工具 

4.1Vivado工具概述 

4.1.1单一的、共享的、可扩展的数据模型 

4.1.2标准化XDC约束文件——SDC 

4.1.3多维度分析布局器 

4.1.4IP封装器、集成器和目录 

4.1.5Vivado HLS 

4.1.6其他特性 

4.1.7TCL特性 

4.1.8Vivado按键流程执行设计项目 

4.2Vivado设计流程 

4.2.1创建工程 

4.2.2功能仿真 

4.2.3RTL级分析 

4.2.4综合设计 

4.2.5分配引脚和时序 

4.2.6设计实现 

4.2.7生成bit文件 

4.2.8下载 

4.3产生IP集成器子系统设计 

4.3.1产生IP集成器模块设计 

4.3.2定制IP 

4.3.3完成子系统设计 

4.3.4产生IP输出产品 

4.3.5例示IP到设计中 

4.4硬件诊断 

4.4.1设计诊断概述 

4.4.2Vivado逻辑诊断IP核 

4.4.3HDL例示法添加ILA核 

4.4.4系统内诊断uart_led设计 

4.4.5网表插入法添加诊断核 

4.4.6添加VIO诊断核 

本章小结 

习题 

第5章数字系统的高级设计与综合 

5.1Verilog编程风格 

5.1.1逻辑推理 

5.1.2陷阱 

5.1.3设计组织 

5.1.4针对Xilinx FPGA的HDL编码 

5.2综合优化 

5.2.1速度与面积 

5.2.2资源共享 

5.2.3流水线、重新定时和寄存器平衡 

5.2.4有限状态机编译 

5.3数字系统的同步设计 

5.3.1同步设计基本原理 

5.3.2建立和保持时间 

5.3.3时序例外约束 

5.3.4同步设计中的异步问题 

5.4数字系统的综合 

5.4.1数字系统综合概述 

5.4.2系统级综合 

5.4.3高级综合 

5.4.4寄存器传输级综合 

5.4.5逻辑级综合 

本章小结 

习题 

第6章FPGA DSP系统设计 

6.1DSP基础 

6.1.1DSP的基本概念 

6.1.2FPGA实现DSP的特点 

6.2DSP硬核的结构与使用 

6.2.1输入和输出端口 

6.2.2DSP48E1模块的操作 

6.2.3输入端口逻辑电路 

6.2.4输出端口逻辑 

6.3FPGA设计DSP技术 

6.3.1浮点数与定点数的表示与转换 

6.3.2采样周期的设置 

6.3.3System Generator模块 

6.3.4Black Box模块 

6.3.5ModelSim模块 

6.3.6Gateway In模块和Gateway Out模块 

6.3.7Concat模块、Convert模块、Reinterpret模块和Slice模块 

6.3.8模块通用属性 

6.4DSP48实现MAC 

6.4.1利用Xilinx Blockset设计12×8 MAC 

6.4.2利用Simulink仿真12×8 MAC 

6.4.3利用System Generator Block产生代码 

6.4.4实现12×8 MAC设计 

6.4.5硬件协同仿真校验设计 

6.5设计FIR滤波器 

6.5.1产生FIR滤波器的系数 

6.5.2输入FIR滤波器系数 

6.5.3在Simulink中仿真FIR滤波器 

6.5.4实现FIR滤波器 

6.5.5连接演示板，通过Simulink仿真设计 

6.6设计MAC FIR滤波器 

6.6.1分析系数 

6.6.2添加控制逻辑并参数化 

6.6.3添加双口RAM 

6.6.4在数据端口添加填充位和去填充位 

6.6.5完成MAC FIR设计 

6.6.6用各种信源测试设计 

6.6.7执行硬件在环路校验 

6.7Vivado HLS 

6.7.1高级综合的调度和装配 

6.7.2数据通道+控制器架构 

6.7.3理解Vivado HLS 

6.7.4高级综合的优化方法 

本章小结 

习题 

第7章嵌入式系统Zynq设计 

7.1Zynq概述 

7.2Zynq设计入门 

7.2.1Vivado工程创建 

7.2.2由Vivado创建Zynq嵌入式系统 

7.2.3SDK应用程序编写 

7.3Zynq嵌入式系统调试方法 

7.3.1Vivado硬件调试 

7.3.2使用SDK进行Zynq调试 

7.4调试Linux应用 

7.4.1产生SDK软件工作空间 

7.4.2启动超级终端 

7.4.3添加和诊断软件应用 

本章小结 

习题 

第8章综合设计实例 

8.1实例一： 基于VGA接口的设计实例 

8.1.1设计任务 

8.1.2原理分析与系统方案 

8.2实例二： PS/2键盘编解码演示系统 

8.2.1设计任务 

8.2.2原理分析与系统方案 

8.2.3设计实现 

8.3实例三： 实现SOPC系统 

8.3.1设计任务和方案 

8.3.2实验步骤 

8.3.3实验调试设备 

本章小结 

习题 

附录AEGO1用户手册 

附录BVerilog HDL(IEEE 13642001)关键词表及说明 

参考文献