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內(nèi)容簡介

　　《Xilinx FPGA工程師成長手記》以Xilinx公司的FPGA為開發(fā)平臺，以Verilog HDL、System Verilog、VHDL和Vivado為開發(fā)工具，詳細(xì)介紹FPGA常用接口的實現(xiàn)方法，并通過大量實例，分析FPGA實現(xiàn)過程中的具體技術(shù)細(xì)節(jié)?！禭ilinx FPGA工程師成長手記》提供相關(guān)實例的源碼文件和配套教學(xué)PPT，以方便讀者學(xué)習(xí)和相關(guān)高校教學(xué)?！禭ilinx FPGA工程師成長手記》共10章，分為2篇。第1篇Xilinx FPGA基礎(chǔ)知識，包括FPGA概述、FPGA的基本理論、FPGA的硬件描述語言和FPGA功能驗證；第2篇Xilinx FPGA邏輯設(shè)計，包括FPGA的知識產(chǎn)權(quán)、FPGA代碼封裝、FPGA低速接口設(shè)計、FPGA高速接口設(shè)計、FPGA硬件調(diào)試和FPGA開發(fā)技巧?！禭ilinx FPGA工程師成長手記》內(nèi)容充實，實例豐富，非常適合FPGA開發(fā)和接口設(shè)計領(lǐng)域的入門讀者閱讀，也適合硬件設(shè)計領(lǐng)域的工程師和科研人員閱讀，還適合作為相關(guān)院校電子信息等專業(yè)本科生和研究生的教材。

作者簡介

　　寇強，大學(xué)畢業(yè)后一直從事基于FPGA邏輯設(shè)計的產(chǎn)品和項目開發(fā)，積累了大量的經(jīng)驗。核心能力表現(xiàn)為FPGA接口開發(fā)、FPGA跨時鐘域問題解決，以及時序違規(guī)處理和邏輯系統(tǒng)核心Bug排除等。熟悉Intel FPGA和Xilinx FPGA芯片開發(fā)技術(shù)，尤其擅長Xilinx FPGA邏輯設(shè)計。從事過視頻LZW無損壓縮算法開發(fā)和列車實時以太網(wǎng)交換機時間同步機制開發(fā)，開發(fā)的產(chǎn)品應(yīng)用于無人機、電梯和邊緣計算等多個領(lǐng)域。申請了多個基于FPGA實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)的發(fā)明專利。平時樂于分享技術(shù)經(jīng)驗。

圖書目錄

第1篇 Xilinx FPGA基礎(chǔ)知識
第1章 FPGA概述 2
1.1 什么是FPGA 2
1.2 FPGA芯片廠商 2
1.2.1 國外FPGA廠商簡介 2
1.2.2 國內(nèi)FPGA廠商簡介 3
1.3 FPGA的應(yīng)用領(lǐng)域 4
1.3.1 數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域 4
1.3.2 邏輯接口領(lǐng)域 5
1.3.3 數(shù)字信號處理領(lǐng)域 5
1.3.4 其他領(lǐng)域 5
1.4 FPGA的設(shè)計流程 5
1.4.1 需求分析 6
1.4.2 設(shè)計輸入 6
1.4.3 功能仿真 7
1.4.4 邏輯綜合 7
1.4.5 布局布線 7
1.4.6 芯片編程與調(diào)試 8
1.4.7 文檔和代碼管理 8
1.5 FPGA的人才需求 9
1.6 FPGA工程師的基本技能 10
1.7 本章習(xí)題 11
第2章 FPGA的基本理論 12
2.1 FPGA時鐘 12
2.1.1 時鐘模型 12
2.1.2 時鐘抖動 12
2.1.3 時鐘偏斜 13
2.1.4 時鐘設(shè)計 13
2.2 FPGA復(fù)位 14
2.2.1 復(fù)位的概念 14
2.2.2 復(fù)位方式 14
2.2.3 復(fù)位設(shè)計 15
2.3 FPGA時序 15
2.3.1 時序的概念 15
2.3.2 建立時間 16
2.3.3 保持時間 17
2.3.4 亞穩(wěn)態(tài) 17
2.4 FPGA異步時鐘域 17
2.4.1 異步時鐘域的概念 17
2.4.2 異步時鐘域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換策略 18
2.5 FPGA約束 23
2.6 FPGA的專業(yè)術(shù)語 24
2.7 本章習(xí)題 25
第3章 FPGA的硬件描述語言 26
3.1 硬件描述語言概述 26
3.1.1 硬件描述語言簡介 26
3.1.2 硬件描述語言的類型 27
3.2 VHDL語法基礎(chǔ) 27
3.2.1 VHDL模塊結(jié)構(gòu) 27
3.2.2 VHDL的基本語法 29
3.2.3 VHDL模塊調(diào)用 29
3.3 Verilog HDL語法基礎(chǔ) 30
3.3.1 Verilog HDL模塊結(jié)構(gòu) 30
3.3.2 Verilog HDL的基本語法 31
3.3.3 Verilog HDL模塊調(diào)用 36
3.4 System Verilog語法基礎(chǔ) 37
3.4.1 System Verilog模塊結(jié)構(gòu) 37
3.4.2 System Verilog的基本語法 38
3.4.3 System Verilog模塊調(diào)用 38
3.5 FPGA設(shè)計規(guī)范及編程技巧 39
3.5.1 FPGA設(shè)計規(guī)范 39
3.5.2 FPGA設(shè)計注釋 41
3.5.3 FPGA設(shè)計技巧 41
3.6 本章習(xí)題 42
第4章 FPGA功能驗證 43
4.1 驗證概述 43
4.1.1 驗證定義 43
4.1.2 驗證計劃 44
4.1.3 驗證方法 44
4.1.4 驗證的作用 44
4.2 編寫仿真激勵 45
4.2.1 編寫測試激勵的流程 45
4.2.2 編寫時鐘測試激勵 45
4.2.3 編寫復(fù)位測試激勵 47
4.3 系統(tǒng)函數(shù) 48
4.3.1 常用的系統(tǒng)函數(shù) 48
4.3.2 編寫測試激勵實例 49
4.4 驗證軟件 51
4.4.1 仿真軟件 51
4.4.2 仿真過程 51
4.4.3 仿真實例 52
4.5 驗證技巧 61
4.5.1 變量初始化 61
4.5.2 模塊封裝 62
4.5.3 回環(huán)測試 63
4.5.4 計數(shù)器 63
4.5.5 讀文件和寫文件 64
4.5.6 避免出現(xiàn)藍(lán)線 65
4.6 本章習(xí)題 66
第2篇 Xilinx FPGA邏輯設(shè)計
第5章 FPGA的知識產(chǎn)權(quán) 68
5.1 MMCM IP核設(shè)計 68
5.1.1 MMCM簡介 68
5.1.2 MMCM IP核定制 68
5.1.3 MMCM IP核仿真 73
5.2 FIFO IP核設(shè)計 75
5.2.1 FIFO簡介 75
5.2.2 FIFO IP核定制 75
5.2.3 FIFO IP核仿真 80
5.3 RAM IP核設(shè)計 83
5.3.1 RAM簡介 83
5.3.2 RAM IP核定制 83
5.3.3 RAM IP核仿真 88
5.4 Counter IP核設(shè)計 91
5.4.1 Counter簡介 91
5.4.2 Counter IP核定制 91
5.4.3 Counter IP核仿真 94
5.5 本章習(xí)題 96
第6章 FPGA代碼封裝 97
6.1 IP核封裝 97
6.1.1 IP核簡介 97
6.1.2 自定義IP核封裝 98
6.1.3 自定義IP核驗證 107
6.2 網(wǎng)表封裝 108
6.2.1 網(wǎng)表簡介 108
6.2.2 自定義網(wǎng)表封裝 108
6.2.3 自定義網(wǎng)表驗證 116
6.3 本章習(xí)題 121
第7章 FPGA低速接口設(shè)計 122
7.1 SPI邏輯設(shè)計 122
7.1.1 SPI總線概述 122
7.1.2 SPI實例設(shè)計 123
7.1.3 SPI實例驗證 126
7.1.4 SPI硬件調(diào)試 127
7.2 UART邏輯設(shè)計 128
7.2.1 UART總線概述 128
7.2.2 UART實例設(shè)計 129
7.2.3 UART實例驗證 133
7.2.4 UART硬件調(diào)試 135
7.3 IIC邏輯設(shè)計 136
7.3.1 IIC總線概述 136
7.3.2 IIC實例設(shè)計 139
7.3.3 IIC仿真驗證 143
7.3.4 IIC硬件調(diào)試 144
7.4 CAN邏輯設(shè)計 145
7.4.1 CAN總線概述 145
7.4.2 CAN實例設(shè)計 147
7.4.3 CAN邏輯驗證 151
7.4.4 CAN硬件調(diào)試 153
7.5 本章習(xí)題 155
第8章 FPGA高速接口設(shè)計 156
8.1 DDR3接口設(shè)計 156
8.1.1 存儲器簡介 156
8.1.2 DDR3 IP核簡介 158
8.1.3 DDR3讀寫功能設(shè)計 160
8.1.4 DDR3讀寫功能邏輯仿真 172
8.1.5 DDR3讀寫功能硬件調(diào)試 174
8.2 PCIE接口設(shè)計 182
8.2.1 PCIE簡介 183
8.2.2 PCIE IP核簡介 184
8.2.3 PCIE通信功能設(shè)計 185
8.2.4 PCIE通信功能仿真 191
8.2.5 PCIE接口硬件調(diào)試 195
8.3 本章習(xí)題 201
第9章 FPGA硬件調(diào)試 202
9.1 FPGA硬件調(diào)試概述 202
9.1.1 FPGA硬件調(diào)試簡介 202
9.1.2 FPGA調(diào)試IP核 202
9.2 閃爍燈硬件調(diào)試 203
9.2.1 閃爍燈系統(tǒng)設(shè)計 203
9.2.2 閃爍燈程序設(shè)計 204
9.2.3 閃爍燈硬件調(diào)試 205
9.3 本章習(xí)題 219
第10章 FPGA開發(fā)技巧 220
10.1 FPGA時鐘管理 220
10.1.1 使用時鐘IP核設(shè)計時鐘 220
10.1.2 使用硬件描述語言設(shè)計時鐘 222
10.1.3 使用時鐘原語設(shè)計時鐘 223
10.2 FPGA復(fù)位設(shè)計 225
10.2.1 使用時鐘IP核鎖存信號進(jìn)行復(fù)位 226
10.2.2 使用硬件描述語言進(jìn)行復(fù)位 226
10.3 FPGA時鐘域處理 227
10.3.1 使用異步FIFO處理跨時鐘域數(shù)據(jù)實例 227
10.3.2 使用雙端口RAM處理跨時鐘域數(shù)據(jù)實例 228
10.3.3 使用延遲法處理跨時鐘域數(shù)據(jù)實例 230
10.3.4 使用應(yīng)答機制處理跨時鐘域數(shù)據(jù)實例 231
10.3.5 采用格雷碼轉(zhuǎn)換處理跨時鐘域數(shù)據(jù)實例 233
10.4 FPGA通用模塊設(shè)計 236
10.4.1 接口通用模塊設(shè)計 236
10.4.2 內(nèi)部邏輯通用模塊設(shè)計 237
10.4.3 仿真通用模塊設(shè)計 237
10.4.4 調(diào)試通用模塊設(shè)計 238
10.5 FPGA開發(fā)檢查表 238
10.5.1 FPGA需求分析 238
10.5.2 FPGA方案設(shè)計 240
10.5.3 FPGA設(shè)計輸入 240
10.5.4 FPGA功能仿真 243
10.5.5 FPGA硬件調(diào)試 244
10.6 本章習(xí)題 245
Xilinx FPGA工程師成長手記
　　
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·XII·
　　
　　
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