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第1章 VHDL语言概述及基本结构1

1.1 VHDL语言概述1

1.1.1 VHDL语言的产生历史1

1.1.2 用VHDL语言进行硬件设计的主要优势2

1.1.3 用VHDL语言设计的基本流程3

1.1.4 VHDL语言与Verilog HDL语言的比较4

1.2 VHDL语言程序的基本模型结构5

1.2.1 VHDL语言程序的基本结构单元5

1.2.2 VHDL语言结构体的3种描述方法9

1.2.3 VHDL语言结构体的子结构描述13

第2章 VHDL的语法要素21

2.1 VHDL语言的数据操作要素21

2.1.1 VHDL语言的数据对象21

2.1.2 VHDL语言的数据类型23

2.2 VHDL语言的运算操作符28

2.2.1 逻辑运算符28

2.2.2 算术运算符29

2.2.3 关系运算符30

2.2.4 并置运算符31

2.2.5 运算符的优先级31

2.3 VHDL语言的词法规定32

2.3.1 字符32

2.3.2 分界符33

2.3.3 标识符33

2.3.4 注释34

2.4 VHDL语言中的库35

2.4.1 库的概念35

2.4.2 常见的库36

2.5 VHDL语言中的程序包37

2.5.1 程序包的基本概念37

2.5.2 常见的程序包38

第3章 VHDL语言的描述语句40

3.1 顺序描述语句40

3.1.1 WAIT语句40

3.1.2 顺序赋值语句42

3.1.3 IF语句44

3.1.4 CASE语句47

3.1.5 LOOP语句49

3.1.6 NEXT语句与EXIT语句50

3.1.7 ASSERT语句52

3.1.8 RETURN语句53

3.2 并行描述语句53

3.2.1 并行信号赋值语句53

3.2.2 并行子结构语句56

3.2.3 参数传递与元件语句56

3.2.4 生成语句59

3.3 VHDL语言中的属性描述语句63

3.3.1 数值属性63

3.3.2 函数属性64

3.3.3 信号类属性66

第4章 基于VHDL的基础逻辑电路的设计67

4.1 基础组合逻辑电路的VHDL程序设计67

4.1.1 组合逻辑电路的分析方法67

4.1.2 基本门电路68

4.1.3 基本编码译码器电路71

4.1.4 基本选择器电路74

4.1.5 基本比较器电路75

4.2 基础时序逻辑电路的VHDL程序设计76

4.2.1 时序逻辑电路的分析方法76

4.2.2 基本触发器电路77

4.2.3 基本寄存器电路81

4.2.4 基本计数器电路84

第5章 基于VHDL的小型数字电路的设计86

5.1 7段数码显示器36

5.1.1 7段数码显示器的原理86

5.1.2 7段数码显示器的VHDL设计87

5.2 分频器89

5.2.1 4分频电路90

5.2.2 任意偶数分频电路92

5.2.3 3分频电路93

5.3 键盘扫描电路96

5.3.1 键盘扫描电路原理96

5.3.2 键盘扫描电路的VHDL设计97

5.4 状态机102

5.4.1 状态机的原理和分类102

5.4.2 状态机的VHDL设计103

第6章 FPGA原理及当前发展现状108

6.1 可编程逻辑器件FPGA/CPLD的概念与区别108

6.1.1 CPLD和FPGA的概念和产生历史108

6.1.2 CPLD和FPGA的区别109

6.2 FPGA的原理及内部结构110

6.2.1 查找表的原理110

6.2.2 基于查找表的FPGA结构111

6.3 FPGA主要厂商及其主要产品介绍114

6.3.1 Xilinx公司FPGA产品介绍114

6.3.2 Altera公司FPGA产品介绍117

6.3.3 Lattice公司FPGA产品介绍118

第7章 用ISE9.1i开发FPGA121

7.1 设计开始121

7.1.1 ISE9.1i及Modelsim6.OSE的安装121

7.1.2 ISE9.1i的运行及Modelsim6.OSE的配置121

7.2 工程及源文件创建122

7.3 设计仿真127

7.3.1 创建Testbench波形源文件127

7.3.2 调用Modelsim6.0进行行为仿真129

7.3.3 调用Modelsim6.0进行转换后仿真130

7.3.4 调用Modelsim6.0进行映射后仿真132

7.3.5 调用Modelsim6.0进行布线后仿真133

7.4 时序约束134

7.5 管脚分配136

7.6 程序下载138

第8章 FPGA常用设计思想与技巧142

8.1 FPGA设计中的几个基本概念142

8.1.1 建立时间和保持时间142

8.1.2 FPGA中的竞争和冒险现象143

8.1.3 正确处理清零和置位信号145

8.1.4 正确认识和使用触发器和锁存器146

8.2 FPGA设计的原则与常用思想147

8.2.1 面积和速度的平衡互换原则147

8.2.2 基于硬件的原则148

8.2.3 基于系统的原则149

8.2.4 同步设计的原则149

8.2.5 基于乒乓操作的设计思想150

8.2.6 串并转换的设计方法151

8.2.7 流水线操作的设计思想152

8.2.8 数据接口同步的方法152

8.3 FPGA各种设计技巧详解154

8.3.1 利用IF语句和CASE语句的特点实现速度与面积的平衡154

8.3.2 灵活利用IF语句对设计进行局部调整156

8.3.3 利用资源共享提高资源利用率157

8.3.4 正确选择和使用加法电路160

8.3.5 在状态机设计中实现组合逻辑和时序逻辑的分离161

8.3.6 减少关键路径的逻辑级数164

8.3.7 合理采用流水线操作165

8.3.8 复制电路减少扇出提高设计速度166

8.3.9 利用电路的等价性巧妙地分配延时167

8.3.10 高效利用IOB资源167

8.3.11 合理使用RAM资源169

8.4 有关FPGA可靠性设计的一些注意事项总结170

8.5 有关FPGA管脚分配技巧的说明172

第9章 基于FPGA的大中型实例设计175

9.1 通用串行异步收发接口的FPGA设计175

9.1.1 UART简介175

9.1.2 UART的设计与实现176

9.2 I2C总线接口的FPGA实现188

9.2.1 I2C总线的特点及原理188

9.2.2 用FPGA设计12C总线的思路分析189

9.2.3 I2C总线的FPGA实现190

9.3 PS/2接口的FPGA设计205

9.3.1 PS/2接口的基础知识介绍205

9.3.2 PS/2接口的FPGA设计207

9.4 FIFO的FPGA设计222

9.4.1 FIFO的基本知识介绍222

9.4.2 同步FIFO的FPGA设计222

9.4.3 异步FIFO的FPGA设计228

9.5 话音通信实例238

9.5.1 CMX649芯片功能简介238

9.5.2 CMX649寄存器配置时序要求239

9.5.3 S通信协议简介240

9.5.4 话音通信的FPGA实现240

9.6 HDLC协议的FPGA设计262

9.6.1 HDLC协议的基础内容262

9.6.2 HDLC协议的顶层模块设计263

9.6.3 HDLC存储器的设计270

9.6.4 HDLC数据发送模块设计278

9.6.5 HDLC协议接收模块的设计288

参考文献300