VHDL Modeling for Digital Design Synthesis pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer

作者:Yu-Chin Hsu

出品人:

页数:375

译者:

出版时间:1995-07-31

价格:USD 249.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780792395973

丛书系列:

图书标签:

VHDL
数字设计
FPGA
综合
硬件描述语言
Verilog
电子工程
EDA
设计与验证
数字电路

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具体描述

VHDL is a hardware description language that allows the specification of a digital system over different levels of abstraction. It supports behavior specification during the early stages of a design process and structural specification during the later implementation stages. Originally introduced as a hardware description language that permitted the simulation of digital designs, VHDL is now increasingly used for design specifications that are given as the input to synthesis tools which translate the specifications into netlists from which the physical systems can be built. One problem with this is that not all of its constructs are useful in synthesis. VHDL has data structures, such as files and pointers, which are useful for simulation but not for actual synthesis. As a result, synthesis tools accept only subsets of VHDL. VHDL Modeling for Digital Design Synthesis covers the synthesis aspects of VHDL, keeping the simulation specifics to a minimum. Audience: Working professionals as well as graduate or undergraduate students who can use the book to get acquainted with VHDL and to learn how it can be used in modeling or digital design.

《数字系统设计与逻辑综合实用指南》本书旨在为数字系统设计的初学者及实践者提供一个全面而深入的指导，聚焦于现代电子工程领域至关重要的两大核心：数字系统设计的理念与方法，以及逻辑综合的关键技术与应用。我们将从最基础的数字逻辑概念出发，循序渐进地引导读者理解复杂的数字电路是如何构建的，并最终掌握如何将这些设计转化为高效、可制造的硬件。第一部分：数字系统设计基础本部分将奠定坚实的数字系统设计理论基础。我们将首先回顾并深化对二进制数系统、逻辑门、布尔代数等基本概念的理解。在此基础上，我们将深入探讨组合逻辑电路的设计，包括如何分析和设计诸如加法器、减法器、编码器、译码器、多路选择器等基本功能模块。读者将学习到如何使用卡诺图、布尔代数化简等方法来优化组合逻辑。随后，我们将转向时序逻辑电路的设计。我们将详细讲解触发器（Flip-flops）的不同类型，如SR、D、JK、T触发器，以及它们在存储数据和构建状态机中的作用。在此基础上，我们将深入分析寄存器（Registers）、移位寄存器（Shift Registers）和计数器（Counters）的设计原理和应用。学习如何设计同步和异步时序系统，理解时钟信号的作用以及时序约束的重要性。为了系统化地描述复杂的数字系统，我们将引入有限状态机（Finite State Machines, FSM）的设计方法。读者将学习如何根据系统行为需求，绘制状态转换图，编写状态转移表，并最终将其转化为实际的逻辑电路。我们将区分摩尔（Mealy）型和穆尔（Moore）型状态机，并分析它们各自的优缺点及适用场景。在设计过程中，硬件描述语言（HDL）是不可或缺的工具。虽然本书的重点不在于某种特定HDL的语法细节，但我们会在设计理念的阐述中，结合逻辑框图、状态图等图形化描述，展现如何将抽象的设计概念转化为可实现的硬件结构。这部分内容将帮助读者建立起从高层设计概念到具体硬件实现的清晰认知。第二部分：逻辑综合原理与实践本部分将聚焦于“逻辑综合”（Logic Synthesis）这一将行为级或寄存器传输级（RTL）描述转化为门级网表（Gate-level Netlist）的关键过程。我们将深入剖析逻辑综合的核心目标：面积（Area）、速度（Speed）和功耗（Power）的权衡与优化。我们将详细阐述逻辑综合的基本流程： 1. 综合（Synthesis）/翻译（Translation）：将HDL代码转化为更低级别的逻辑结构，如逻辑门、触发器等。 2. 优化（Optimization）：通过各种算法对逻辑结构进行化简、重组，以满足面积、速度、功耗等设计约束。我们将讨论布尔代数优化、状态编码优化、时序优化等关键技术。 3. 映射（Mapping）：将优化后的逻辑结构映射到目标工艺库（Target Technology Library）提供的标准单元（Standard Cells）上。我们将探讨几种常见的综合技术，包括：真值表（Truth Table）：用于小型组合逻辑的实现。二叉决策图（Binary Decision Diagrams, BDDs）：一种高效的逻辑函数表示方法，广泛应用于逻辑优化。查找表（Look-up Tables, LUTs）：在FPGA等可编程逻辑器件中的基本构建块。读者将理解综合工具是如何工作的，以及如何通过设计约束（Constraints）来指导综合过程。我们将详细讲解如何设置时序约束（如时钟周期、输入输出延迟）和面积/功耗约束，以及这些约束对综合结果的影响。特别地，我们将深入分析时序收敛（Timing Closure）在逻辑综合中的重要性。理解关键路径（Critical Path）的概念，以及如何通过代码结构调整、综合选项设置、时钟分配优化等手段来改善时序性能，确保设计在目标时钟频率下稳定运行。此外，我们还将讨论逻辑综合中的常见问题，例如：亚稳态（Metastability）：及其在异步信号交叉处理中的预防方法。组合逻辑环（Combinational Loops）：及其对综合和仿真结果的影响。可综合性（Synthesizability）：哪些HDL结构是可综合的，哪些是不可综合的，以及如何避免非可综合结构。最后，本书将通过一系列案例分析，展示如何在实际数字设计项目中使用逻辑综合技术。这些案例将覆盖不同的应用场景，例如简单的控制器设计、数据通路实现等，帮助读者将理论知识付诸实践，掌握优化设计以满足性能指标的关键技巧。通过学习本书，读者将能够：清晰地理解数字系统设计的基本原理和方法。掌握设计组合逻辑和时序逻辑的核心技巧。深入理解逻辑综合的原理、流程和关键技术。学会如何使用设计约束来指导逻辑综合，以达到最佳的面积、速度和功耗表现。识别并解决在数字设计和逻辑综合过程中可能遇到的常见问题。为后续更高级的ASIC或FPGA设计流程打下坚实的基础。本书内容严谨，逻辑清晰，力求为读者提供一个从理论到实践的完整学习路径，帮助您在数字设计领域迈出坚实的一步。