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第1章 数字信息技术平台 1

1.1数字信息时代的发展需求 1

1.1.1信息时代的来临及其特征 1

1.1.2信息的度量与变换处理 9

1.1.3半导体技术和数字集成电路的发展 12

1.1.4集成电路的现场可编程性需求 18

1.2存储器和现场可编程性 22

1.3基于通用微处理器的信息处理技术 27

1.4 DSP技术及其应用 31

1.5专用数字集成电路设计 33

1.6系统级FPGA计算平台的特点 35

1.7本书结构 37

习题 38

参考文献 38

第2章 系统级FPGA硬件结构 40

2.1 PLD和FPGA的整体结构 40

2.1.1传统PLD器件的单元结构 42

2.1.2数据通路与FPGA 47

2.2常用的硬件可编程技术 50

2.2.1配置数据和用户数据的区别 50

2.2.2基于存储的配置技术 53

2.3经典FPGA的硬件结构 55

2.3.1可编程逻辑单元 55

2.3.2可编程互连结构 60

2.3.3可编程I（）单元 67

2.4系统级FPGA结构特点 69

2.4.1嵌入式存储器 70

2.4.2嵌入式微处理器软硬核比较 71

2.4.3嵌入式DSP模块 72

2.5可编程逻辑单元结构比较 73

习题 77

参考文献 78

第3章 基于FPGA的数字电路设计 80

3.1高级描述语言编译和芯片版图生成流程 80

3.1.1基于通用处理器的软件编译流程 80

3.1.2基于EDA工具的数字电路设计流程 83

3.2基于FPGA的数字电路设计流程 90

3.3基于LUT的FPGA工艺映射 92

3.3.1枚举算法 93

3.3.2逻辑单元块打包 95

3.3.3逻辑再综合 97

3.4时序驱动的布局布线和物理综合时序优化技术 98

3.4.1时序驱动布局与布线 98

3.4.2物理综合技术 102

3.5时序分析 105

3.5.1动态时序仿真和静态时序分析 105

3.5.2时序图 106

3.5.3延时计算 107

3.5.4关键路径 109

3.5.5建立时间和保持时间检查与分析 110

3.6基于JTAG的在线分析技术 112

3.6.1 JTAG基本结构和原理 113

3.6.2基于JTAG软扫描链的在线分析方法 116

3.7 ASIC和FPGA设计规范比较 119

习题 123

参考文献 124

第4章 基于FPGA的嵌入式系统硬件设计 125

4.1嵌入式系统及其FPGA实现 125

4.1.1 FPGA在嵌入式系统中的应用 125

4.1.2 FPGA在可编程片上系统设计中的应用 126

4.2嵌入式微处理器 127

4.2.1 ARM 127

4.2.2 PowerPC 128

4.2.3 Nios Ⅱ 128

4.2.4 MicroBlaze和PicoBlaze 129

4.3片上总线 129

4.3.1 Avalon总线 130

4.3.2 AMBA总线 132

4.3.3 CoreConnect总线 133

4.3.4 Wishbone总线 133

4.3.5四种片上总线的比较 134

4.4自定义外设电路的设计 135

4.4.1自定义外设的结构 135

4.4.2基于Xilinx FPGA的外设接口设计实例 136

4.4.3基于Altera FPGA的外设接口设计实例 140

4.5基于Altera FPGA的嵌入式系统硬件设计 142

4.5.1 SO PC Builder简介 142

4.5.2 SOPC Builder设计流程 144

4.6基于Xilinx FPGA的嵌入式系统硬件设计 145

4.6.1 Platform Studio简介 145

4.6.2 Platform Studio设计流程 146

习题 148

参考文献 148

第5章 基于FPGA的嵌入式系统软件开发 149

5.1嵌入式系统软件开发概述 149

5.2嵌入式系统软件结构 150

5.3嵌入式系统软件开发工具 151

5.4自定义外设驱动设计 153

5.4.1设备驱动程序的层次结构 154

5.4.2基于Altera FPGA的外设驱动设计实例 154

5.4.3基于Xilinx FPGA的外设驱动设计实例 156

5.5 Altera与Xilinx的软件设计工具 158

5.5.1 Altera Nios Ⅱ IDE 158

5.5.2 Xilinx Platform Studio和SDK 160

习题 163

参考文献 163

第6章 基于FPGA的可重构系统 164

6.1可重构计算概述 164

6.2可重构系统及其分类 166

6.2.1系统耦合方式 166

6.2.2可重构单元粒度 168

6.2.3系统重构方式 168

6.3模块化的部分可重构系统设计方法 171

6.3.1设计方法 171

6.3.2设计流程 171

6.4可重构系统设计实例 172

6.5本章小结 176

习题 177

参考文献 177

第7章 系统级FPGA综合设计实例 179

7.1 DE2开发板简介 179

7.2应用实例硬件设计 180

7.2.1系统架构设计 180

7.2.2顶层模块实现 182

7.3自定义外设及其驱动程序设计 183

7.3.1 SRAM接口组件 184

7.3.2七段数码显示组件 184

7.3.3 12 C接口组件 186

7.3.4音频输入/输出接口组件 188

7.4软件设计 191

参考文献 193

附录A七段数码管显示设计实验 194

附录B七段数码管计数实验 198

附录C字符串滚动显示实验 201

附录D英文缩写对照表 205