Xilinx FPGA 開發實用教程, 2/e

本書系統地論述了Xilinx FPGA開發方法、開發工具、實際案例及開發技巧，內容涵蓋Xilinx器件概述、Verilog HDL開發基礎與進階、Xilinx FPGA電路原理與系統設計、基於ISE Foundation的邏輯設計、時序分析、邏輯開發專題、基於EDK的嵌入式系統設計、基於System Generator的DSP系統設計、數字信號處理專題以及SERDES技術專題共10章。各章均以實戰開發為目的，結合最新版本的軟硬件特徵，覆蓋了FPGA的各主要應用領域。配套光盤中包含了書中所有的實例代碼，便於讀者快速動手實踐。書中融匯了作者多年的工程開發經驗，希望能夠極力幫助讀者提高工程開發能力。 本書適合作為電子信息工程、通信工程、自動化、電腦科學與技術等相關專業的高年級本科生及研究生的教學用書，也可以作為從事FPGA設計工作的工程師的參考圖書。

第1章Xilinx器件概述

 

1.1可編程邏輯器件基礎

 

1.1.1可編程邏輯器件的基本情況

 

1.1.2可編程邏輯器件的發展歷史

 

1.1.3PLD開發工具

 

1.1.4典型FPGA開發流程

 

1.2Xilinx FPGA芯片

 

1.2.1FPGA的工作原理

 

1.2.2Xilinx FPGA芯片結構

 

1.2.3軟核、硬核及固核

 

1.2.4Xilinx主流FPGA

 

1.3Xilinx軟件工具

 

1.3.1ISE Foundation軟件

 

1.3.2EDK開發工具

 

1.3.3System Generator DSP工具

 

1.3.4ChipScope Pro

 

1.3.5PlanAhead

 

1.4本書案例驗證平臺——S6 CARD開發板

 

1.4.1S6 CARD開發板的組成與功能

 

1.4.2S6 CARD板卡引腳約束說明

 

本章小結

 

 

第2章Verilog HDL開發基礎與進階

 

2.1Verilog HDL語言

 

2.1.1Verilog HDL語言的歷史

 

2.1.2Verilog HDL的主要功能

 

2.1.3Verilog HDL和VHDL的區別

 

2.1.4Verilog HDL設計方法

 

2.2Verilog HDL基本程序結構

 

2.3Verilog HDL語言的數據類型和運算符

 

2.3.1標志符

 

2.3.2數據類型

 

2.3.3模塊埠

 

2.3.4常量集合

 

2.3.5運算符和表達式

 

2.4Verilog HDL語言的描述語句

 

2.4.1結構描述形式

 

2.4.2數據流描述形式

 

2.4.3行為描述形式

 

2.4.4混合設計模式

 

2.5Verilog HDL建模與調試技巧

 

2.5.1雙向埠的使用和模擬

 

2.5.2阻塞賦值與非阻塞賦值

 

2.5.3輸入值不確定的組合邏輯電路

 

2.5.4數學運算中的擴位與截位操作

 

2.5.5利用塊RAM來實現數據延遲

 

2.5.6測試向量的生成

 

2.6Verilog HDL常用程序示例

 

2.6.1數字電路中基本單元的FPGA實現

 

2.6.2基本時序處理模塊

 

2.7Xilinx器件原語的使用

 

本章小結

 

 

第3章Xilinx FPGA電路原理與系統設計

 

3.1FPGA配置電路

 

3.1.1Xilinx FPGA配置電路

 

3.1.2Xilinx FPGA常用的配置引腳

 

3.1.3Xilinx FPGA配置電路分類

 

3.2JTAG電路的原理與設計

 

3.2.1JTAG電路的工作原理

 

3.2.2Xilinx JTAG下載線

 

3.3FPGA的常用配置電路

 

3.3.1主串模式——最常用的FPGA配置模式

 

3.3.2SPI串行Flash配置模式

 

3.3.3從串配置模式

 

3.3.4主字節寬度並行配置模式

 

3.3.5JTAG配置模式

 

3.3.6System ACE配置方案

 

3.4iMPACT軟件使用

 

3.4.1iMPACT軟件

 

3.4.2iMPACT中的JTAG配置操作

 

3.4.3iMPACT中的Xilinx PROM配置操作

 

3.4.4iMPACT中的SPI Flash配置操作

 

3.4.5FPGA配置失敗的常見問題

 

3.5從配置PROM中讀取用戶數據

 

3.5.1從PROM中引導數據

 

3.5.2硬件電路設計方法

 

3.5.3軟件操作流程

 

本章小結

 

 

第4章基於ISE Foundation的邏輯設計

 

4.1ISE套件

 

4.1.1ISE的特點

 

4.1.2ISE的功能

 

4.1.3ISE的安裝

 

4.1.4ISE的用戶界面

 

4.2基於ISE的設計輸入

 

4.2.1新建工程

 

4.2.2代碼輸入

 

4.2.3代碼模板的使用

 

4.2.4Xilinx IP Core的原理與應用

 

4.3ISE基本操作

 

4.3.1基於Xilinx XST的綜合

 

4.3.2基於ISim的模擬

 

4.3.3基於ISE的實現

 

4.3.4基於目標和策略的設計方法

 

4.3.5基於SmartGuide的設計方法

 

4.3.6比特文件的生成

 

4.3.7基於IMPACT的芯片配置

 

4.3.8功耗分析以及XPower的使用

 

4.4約束

 

4.4.1約束文件

 

4.4.2UCF文件的語法說明

 

4.4.3引腳和區域約束語法

 

4.4.4時序約束語法

 

4.5調試利器——ChipScope Pro

 

4.5.1ChipScope Pro工作原理

 

4.5.2ChipScope Pro操作流程

 

4.5.3ChipScope Pro開發實例

 

4.6ISE與第三方EDA軟件

 

4.6.1ModelSim軟件的使用

 

4.6.2ModelSim和ISE的聯合開發流程

 

4.6.3MATLAB軟件的使用

 

4.6.4ISE與MATLAB的聯合使用

 

4.6.5MATLAB、ModelSim和ISE聯合開發實例

 

本章小結

 

 

第5章時序分析

 

5.1時序分析的作用和原理

 

5.1.1時序分析的作用

 

5.1.2靜態時序分析原理

 

5.1.3時序分析的基礎知識

 

5.2Xilinx FPGA中的時鐘資源

 

5.2.1全局時鐘資源

 

5.2.2第二全局時鐘資源

 

5.3ISE時序分析器

 

5.3.1時序分析器的特點

 

5.3.2時序分析器的文件類型

 

5.3.3時序分析器的調用與用戶界面

 

5.3.4提高時序性能的手段

 

本章小結

 

 

第6章邏輯開發專題

 

6.1Verilog HDL設計進階

 

6.1.1面向硬件的程序設計思維

 

6.1.2“面積”和“速度”的轉換原則

 

6.1.3同步電路的設計原則

 

6.2Xilinx FPGA芯片底層單元的使用

 

6.2.1Xilinx全局時鐘網絡的使用

 

6.2.2CMT時鐘管理模塊的使用

 

6.2.3Xilinx內嵌塊存儲器的使用

 

6.2.4硬核乘加器的使用

 

6.3代碼風格

 

6.3.1代碼風格的含義

 

6.3.2代碼書寫風格

 

6.3.3通用設計代碼風格

 

6.3.4Xilinx專用設計代碼風格

 

6.4UART接口開發實例

 

6.4.1串口接口與RS232協議

 

6.4.2串口通信控制器的Verilog HDL實現

 

6.4.3RS232設計板級調試

 

本章小結

 

 

第7章基於EDK的嵌入式系統設計

 

7.1可配置嵌入式系統（EDK）

 

7.1.1基於FPGA的可編程嵌入式開發系統

 

7.1.2Xilinx公司的解決方案

 

7.2Xilinx嵌入式開發系統組成

 

7.2.1片內微處理器軟核MicroBlaze

 

7.2.2PLB總線系統結構

 

7.2.3IP核以及設備驅動

 

7.3EDK軟件

 

7.3.1EDK設計的實現流程

 

7.3.2EDK的文件管理架構

 

7.4XPS軟件典型操作

 

7.4.1XPS的啟動

 

7.4.2利用BSB創建新工程

 

7.4.3XPS的用戶界面

 

7.4.4XPS的目錄結構與硬件平臺

 

7.4.5在XPS加入IP Core

 

7.4.6XPS工程的綜合與實現

 

7.5SDK軟件典型操作

 

7.5.1SDK的用戶界面

 

7.5.2SDK的典型操作

 

7.5.3IP外設的API函數查閱和使用方法

 

7.5.4GPIO外設開發實例

 

7.5.5其他外設開發實例

 

本章小結

 

 

第8章基於System Generator的DSP系統設計

 

8.1System Generator的特點與安裝

 

8.1.1System Generator的主要特點

 

8.1.2System Generator的安裝和配置

 

8.2System Generator的使用基礎

 

8.2.1System Generator開發流程

 

8.2.2Simulink的應用

 

8.3基於System Generator的DSP系統設計

 

8.3.1System Generator的應用

 

8.3.2System Generator中的信號類型

 

8.3.3自動代碼生成

 

8.3.4編譯MATLAB設計生成FPGA代碼

 

8.3.5子系統的建立與ISE調用

 

8.4基於System Generator的硬件協模擬

 

8.4.1硬件協模擬平臺的特點與平臺安裝

 

8.4.2硬件協模擬的基本操作

 

8.4.3共享存儲器的操作

 

8.5System Generator的高級應用

 

8.5.1導入外部的HDL程序模塊

 

8.5.2設計在線調試

 

8.5.3系統中的多時鐘設計

 

8.5.4FPGA設計的高級技巧

 

本章小結

 

 

第9章數字信號處理專題

 

9.1數字信號

 

9.1.1數字信號的產生

 

9.1.2採樣定理

 

9.1.3數字系統的主要性能指標

 

9.1.4A/D轉換的字長效應

 

9.2常用DSP IP Core及其應用

 

9.2.1DDS模塊IP Core的應用

 

9.2.2FFT算法IP Core的應用

 

9.2.3Cordic算法IP Core的應用

 

9.2.4FIR濾波器IP Core的應用

 

9.3多速率濾波器的FPGA實現

 

9.3.1多速率信號處理的意義

 

9.3.2多速率信號濾波器的基本操作

 

9.3.3CIC濾波器的FPGA實現

 

9.3.4HB濾波器的FPGA實現

 

本章小結

 

 

第10章SERDES技術專題

 

10.1高速數據連接功能

 

10.1.1高速數據傳輸

 

10.1.2Xilinx公司高速連接功能的解決方案

 

10.2實現吉比特高速串行I/O的相關技術

 

10.2.1吉比特高速串行I/O的特點和應用

 

10.2.2吉比特串行I/O系統的組成

 

10.2.3吉比特串行I/O的設計要點

 

10.3Rocket I/O收發器原理與開發

 

10.3.1Rocket I/O硬核組成與工作原理

 

10.3.2GTP硬核組成與工作原理

 

10.3.3GTP Wizard開發實例

 

10.4PCIExpress G1端點接口設計

 

10.4.1PCI Express G1技術

 

10.4.2Xilinx PCI Express G1端點模塊

 

10.4.3PCI Express G1端點接口實例解讀

 

本章小結

 

 

參考文獻