The Student's Guide to VHDL, Second Edition pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Ashenden, Peter J.

出品人:

页数:528

译者:

出版时间:2008-6

价格:$ 41.95

装帧:

isbn号码:9781558608658

丛书系列:

图书标签:

VHDL
数字电路设计
硬件描述语言
FPGA
Verilog
电子工程
EDA
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学生指南

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具体描述

The Student's Guide to VHDL is a condensed edition of The Designer's Guide to VHDL, the most widely used textbook on VHDL for digital system modeling. The Student's Guide is targeted as a supplemental reference book for computer organization and digital design courses.

Since publication of the first edition of The Student's Guide, the IEEE VHDL and related standards have been revised. The Designer's Guide has been revised to reflect the changes, so it is appropriate that The Student's Guide also be revised.

In The Student's Guide to VHDL, 2nd Edition, we have included a design case study illustrating an FPGA-based design flow. The aim is to show how VHDL modeling fits into a design flow, starting from high-level design and proceeding through detailed design and verification, synthesis, FPGA place and route, and final timing verification. Inclusion of the case study helps to better serve the educational market. Currently, most college courses do not formally address the details of design flow. Students may be given informal guidance on how to proceed with lab projects. In many cases, it is left to students to work it out for themselves. The case study in The Student's Guide provides a reference design flow that can be adapted to a variety of lab projects.

深入探索现代电子设计与硬件描述语言的基石图书名称：尖端数字系统设计：从概念到实现的高级实践目标读者：电子工程、计算机工程、微电子学的高年级本科生、研究生，以及希望深入理解现代数字电路设计流程和底层硬件实现机制的专业工程师。内容概述：本书旨在提供一个全面、深入且注重实践的视角，引导读者超越基础的硬件描述语言（HDL）语法层面，直接进入到现代数字系统架构、高级综合技术以及性能优化策略的核心领域。不同于侧重单一语言特性的教材，本书将数字系统设计视为一个多学科交叉的综合过程，强调设计意图、资源约束、时序分析与最终物理实现的紧密联系。第一部分：数字系统设计的理论基石与抽象层次第一章：从概念到体系结构：系统级建模的艺术本章首先回顾了数字系统设计生命周期中的关键环节，并着重探讨了在系统级（System Level）进行有效建模的重要性。我们将深入分析如何使用高级抽象工具（如C/C++或SystemC的初步应用）来描述算法行为，并在不依赖具体硬件实现细节的情况下验证设计的功能正确性。讨论内容包括：状态机模型（FSM）的复杂性管理、数据流分析与并行化潜力评估，以及如何为后续的硬件描述语言（HDL）阶段定义清晰的接口和通信协议。第二章：时序逻辑的深层机制与挑战虽然时序逻辑是数字电路的基础，但本章将聚焦于其在高速设计中的高级挑战。我们将详细剖析亚稳态（Metastability）的物理成因、量化分析以及在异步信号跨越边界时如何通过同步器（Synchronizers）有效缓解。此外，同步设计中的时钟域交叉（CDC）问题将作为核心议题展开，涵盖单比特和多比特信号的握手协议（Handshaking Schemes）设计，包括异步FIFO的深入解析及其关键的读写时序约束。第三章：组合逻辑的优化与约束驱动设计本章转向组合逻辑的优化。我们将探讨如何从布尔代数层面转化为高效的逻辑门网络。重点内容包括：逻辑综合（Logic Synthesis）的基础原理，如最小化技术（Quine-McCluskey的现代应用）、卡诺图在多变量场景下的局限性，以及如何利用查找表（LUT）的特性来指导设计。我们将分析扇出（Fanout）限制、逻辑级别（Logic Depth）对延迟的影响，并介绍如何利用特定映射技术（Target Mapping）来适配目标工艺库。第二部分：现代数字设计实践与验证方法第四章：高级并发建模与结构化设计方法本部分将深入探讨如何构建可扩展和可维护的大型数字系统。我们将超越基础的`always`块结构，介绍如何采用面向对象或结构化的设计范式来组织复杂的模块。讨论内容将包括：层次化设计（Hierarchy Design）的优势与陷阱、模块化接口（Interface Modeling）的重要性，以及如何使用参数化（Parametrization）技术创建灵活、可重用的IP核。同时，我们将解析如何利用高级并发结构（如管道化、循环展开）来显式控制硬件的并行执行能力。第五章：静态时序分析（STA）的精深解读静态时序分析是确保数字电路在目标频率下正确运行的黄金标准。本章将全面解析STA的理论基础和实际应用。内容涵盖：建立时间（Setup Time）、保持时间（Hold Time）的精确计算，时钟到时序（Clock-to-Q）延迟的建模，以及对工艺角的敏感性分析。我们将深入讲解如何正确设置和解释约束文件（SDC/XDC），包括输入/输出延迟的定义、例外时钟（Excepitional Clocks）的处理，以及如何利用时序报告来定位并修复关键路径（Critical Path）违例。第六章：综合与布局布线过程的反馈循环现代设计流程是一个迭代的过程。本章关注从行为描述到物理实现（Place and Route）之间的转换。我们将详细介绍综合工具如何将HDL代码映射到目标FPGA/ASIC库元件的过程，并探讨设计者如何通过代码结构来“引导”综合器。随后，我们将分析布局布线阶段对时序和面积的影响，讲解时序收敛（Timing Closure）的策略，包括预布局约束、时钟树综合（CTS）的基本原理，以及如何通过迭代反馈机制优化初始设计结构。第三部分：特定领域的应用与前沿技术第七章：高性能数据通路设计与流水线技术本章聚焦于需要高吞吐量的数据密集型应用，例如数字信号处理（DSP）和高性能计算单元。我们将详细讲解流水线（Pipelining）技术的实现细节，包括如何确定最佳的级数、如何处理流水线冒险（Pipeline Hazards，特别是数据依赖性），以及如何量化吞吐量提升。此外，我们将介绍乘法器、加法器等关键算术单元的优化结构（如Wallace Tree、Carry Lookahead Adder）及其在资源受限环境下的权衡取舍。第八章：面向特定加速器的设计考量（ASIC/SoC视角）对于追求极致性能和功耗比的设计者，本章提供了面向专用集成电路（ASIC）和片上系统（SoC）的设计视角。我们将讨论功耗敏感的设计技术，例如时钟门控（Clock Gating）和电源门控（Power Gating）的实现机制。内容还将涉及接口协议的优化，例如AXI或AHB总线的配置，以及如何利用专用的物理实现流程来处理定制单元和高级封装技术带来的挑战。第九章：可测试性设计（DFT）与设计验证的深化一个可靠的数字系统必须是可测试的。本章探讨了设计可测试性（Design for Testability, DFT）的关键技术。我们将详细介绍扫描链（Scan Chain）的插入与测试向量的生成原理，以及内建自测试（BJT/MBIST）在存储器和复杂逻辑模块中的应用。在验证方面，本章将侧重于基于覆盖率（Coverage-driven Verification）的方法论，探讨如何设计高效的随机激励和检查器，以确保设计在投入物理实现前达到高标准的验证完备性。本书的每一个章节都力求提供扎实的理论基础和可立即应用的工程实践技巧，帮助读者从一个“代码编写者”蜕变为一名能够掌控整个数字系统实现流程的“系统架构师”。通过对这些高级主题的深入学习，读者将为应对未来更复杂、更高性能的集成电路设计挑战做好充分准备。