Xilinx FPGA开发实用教程

出版时间：2008-11  出版社：清华大学出版社  作者：田耘，徐文波 编著  页数：609  
Tag标签：无  

前言

2007年10月份，作者有幸聆听了Xilinx公司全球CTO Ivo Bolsens先生在清华大学题为“FPGA： The future platform for transforming, transporting and computing”的演讲，感触颇深。Ivo先生指出了FPGA的三大应用领域： 数字处理中的信号变换、高速交换中的数据收发以及求解中的复杂计算。作者本人虽然已有多年的FPGA开发经验，但还是第一次听到如此精辟的总结，随即想到深入了解并推广这种实用且精辟的FPGA开发理念。考察了许久，我们发现市场上没有此类相关书籍，且已有书籍比较偏重于单一软件的操作或HDL语言的讲解，因此就萌生了编写一本书，从系统开发的角度，以软、硬件结合的方式来阐述先进的FPGA开发理念。于是经过半年的思索、查阅资料、和相关专家大量讨论以及反复修改，便有了这本书的诞生，以期起到抛砖引玉的作用。Xilinx公司是最早也是最大的FPGA生产商，其芯片设计技术、开发软件和相关解决方案在业界属于顶级水平，拥有广泛的客户群。本书主要讲述了Xilinx FPGA的开发知识，包括FPGA开发简介、Verilog HDL语言基础、基于Xilinx芯片的HDL语言高级进阶、ISE开发环境使用指南、FPGA配置电路及软件操作、在线逻辑分析仪ChipScope的使用、基于FPGA的数字信号处理技术、基于System Generator的DSP系统开发技术、基于FPGA的可编程嵌入式开发技术、基于FPGA的高速数据连接技术和时序分析原理以及时序分析器的使用共11章内容，各章均以实例为基础，涵盖了FPGA开发的主要方面。由于篇幅所限，我们没有在本书中给出一个完整的工程实例。为了弥补这一缺陷，我们Xilinx FPGA开源社区Openhard网站中附带了本书所有的实例，期望本书能够帮助提高读者的工程开发能力。　　全书各章由田耘、徐文波完成，孙霏菲参与了第7章的编写工作。此外，在成文过程中，我们参考了较多的书籍、论文和网络文献，向其作者表示深深的谢意。Xilinx公司中国区大学计划经理谢凯年博士在百忙之中为本书作序，并提供了硬件实验环境； Xilinx公司亚太区公共关系经理张俊伟女士一直关心、鼓励作者，并最终促成本书成稿。与非网科技的贺潇荃先生、陶丹博士等在成书过程中给予了我们诸多良好的建议和帮助； 清华大学出版社的王一玲编辑为本书的修改付出了许多劳动，并给出许多中肯的修改意见，感谢他们为本书所做的贡献。　　本书适合从事Xilinx系列FPGA设计和开发的工程师，以及相关专业的研究生和高年级本科生使用。毫无疑问，市场上已经有很多关于FPGA设计的书籍，我们也不认为本书是其中最重要的一本，但我们意识到，FPGA开发一定要结合芯片特点以及提供商的诸多建议和协议，只有这样才能真正掌握其开发之道。   书中的全部内容都是实际项目硬件和Xilinx公司各类文档、书籍的结合体，全部信息几乎都可以从Xilinx网站以及Google上找到渊源，不过我们仍然向您推荐本书，因为网络的信息是分散的、杂乱的，且正确性不是100%的，本书各章内容的安排是从大量的实践中总结出来的，循序渐进，条理清楚，且都经过作者验证。我们的目的就是从Ivo Bolsens先生的观点出发，结合项目开发，将网络上尽可能多的相关信息以相对较高的质量组合起来。

内容概要

本书系统讲述了Xilinx FPGA的开发知识,包括FPGA开发简介、Verilog HDL语言基础、基于Xilinx芯片的HDL语言高级进阶、ISE开发环境使用指南、FPGA配置电路及软件操作、在线逻辑分析仪ChipScope的使用、基于FPGA的数字信号处理技术、基于System Generator的DSP系统开发技术、基于FPGA的可编程嵌入式开发技术、基于FPGA的高速数据连接技术和时序分析原理以及时序分析器的使用11章内容，各章均以实例为基础，涵盖了FPGA开发的主要方面。    本书适合从事Xilinx系列FPGA设计与开发的工程师，以及相关专业的研究生和高年级本科生使用。

书籍目录

第1章 FPGA开发简介　1.1 可编程逻辑器件基础　　1.1.1 可编程逻辑器件概述　　1.1.2 可编程逻辑器件的发展历史　　1.1.3 PLD开发工具　1.2 FPGA芯片结构　　1.2.1 FPGA工作原理与简介　　1.2.2 FPGA芯片结构　　1.2.3 软核、硬核以及固核的概念　1.3 基于FPGA的开发流程　　1.3.1 FPGA设计方法概论　　1.3.2 典型FPGA开发流程　　1.3.3 基于FPGA的SOC设计方法　1.4 Xilinx公司主流可编程逻辑器件简介　　1.4.1 Xilinx FPGA芯片介绍　　1.4.2 Xilinx PROM芯片介绍　1.5 本章小结第2章 Verilog HDL语言基础　2.1 Verilog HDL语言简介　　2.1.1 Verilog HDL语言的历史　　2.1.2 Verilog HDL的主要能力　　2.1.3 Verilog HDL和VHDL的区别　　2.1.4 Verilog HDL设计方法　2.2 Verilog HDL基本程序结构　2.3 Verilog HDL语言的数据类型和运算符　　2.3.1 标志符　　2.3.2 数据类型　　2.3.3 模块端口　　2.3.4 常量集合　　2.3.5 运算符和表达式　2.4 Verilog HDL语言的描述语句　　2.4.1 结构描述形式　　2.4.2 数据流描述形式　　2.4.3 行为描述形式　　2.4.4 混合设计模式　2.5 Verilog代码书写规范　　2.5.1 信号命名规则　　2.5.2 模块命名规则　　2.5.3 代码格式规范　　2.5.4 模块调用规范　2.6 Verilog常用程序示例　　2.6.1 Verilog基本模块　　2.6.2 基本时序处理模块　　2.6.3 常用数字处理算法的Verilog实现　2.7 本章小结第3章 基于Xilinx芯片的HDL语言高级进阶　3.1 面向硬件电路的设计思维　　3.1.1 面向硬件的程序设计思维　　3.1.2 “面积”和“速度”的转换原则　　3.1.3 同步电路的设计原则　　3.1.4 模块划分的设计原则　3.2 优秀的HDL代码风格　　3.2.1 代码风格的含义　　3.2.2 通用代码风格的介绍　　3.2.3 专用代码风格的简要说明　3.3 Verilog建模与调试技巧　　3.3.1 双向端口的使用和仿真　　3.3.2 阻塞赋值与非阻塞赋值　　3.3.3 输入值不确定的组合逻辑电路　　3.3.4 数学运算中的扩位与截位操作　　3.3.5 利用块RAM来实现数据延迟　　3.3.6 测试向量的生成　3.4 Xilinx公司原语的使用方法　　3.4.1 计算组件　　3.4.2 时钟组件　　3.4.3 配置和检测组件　　3.4.4 吉比特收发器组件　　3.4.5 I/O端口组件　　3.4.6 处理器组件　　3.4.7 RAM/ROM组件　　3.4.8 寄存器和锁存器　　3.4.9 移位寄存器组件　　3.4.10 Slice/CLB组件　3.5 本章小结第4章 ISE开发环境使用指南第5章 FPGA配置电路及软件操作第6章 在线逻辑分析仪ChipScope的使用第7章 基于FPGA的数字信号处理技术第8章 基于System Generator的DSP系统开发技术第9章 基于FPGA的可编程嵌入式开发技术第10章 基于FPGA的高速数据连接技术第11章 时序分析原理以及时序分析器的使用缩略语参考文献

章节摘录

插图：第1章 FPGA开发简介FPGA（Field Programmable Gate Array）即现场可编程门阵列，属于可编程逻辑器件的一种，在20世纪90年代获得突飞猛进的发展。经过近20年的发展，到目前它已成为实现数字系统的主流平台之一。本章主要介绍FPGA的起源、发展历史、芯片结构、工作原理、开发流程以及Xilinx公司的主要可编程芯片，为读者提供FPGA系统设计的基础知识。1.1 可编程逻辑器件基础1.1.1 可编程逻辑器件概述可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，PLD）起源于20世纪70年代，是在专用集成电路（ASIC）的基础上发展起来的一种新型逻辑器件，是当今数字系统设计的主要硬件平台，其主要特点就是完全由用户通过软件进行配置和编程，从而完成某种特定的功能，且可以反复擦写。在修改和升级PLD时，不需额外地改变PCB电路板，只是在计算机上修改和更新程序，使硬件设计工作成为软件开发工作，缩短了系统设计的周期，提高了实现的灵活性并降低了成本，因此获得了广大硬件工程师的青睐，形成了巨大的PLD产业规模。目前常见的PLD产品有编程只读存储器（Programmable Read Only Memory，PROM）、现场可编程逻辑阵列（Field Programmable Logic Array，FPLA）、可编程阵列逻辑（Programmable Array Logic，PAL）、通用阵列逻辑（Generic Array Logic，GAL）、可擦除的可编程逻辑阵列（Erasable Programmable Logic Array，EPLA）、复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device，CPLD）和现场可编程门阵列等类型。PLD器件从规模上又可以细分为简单PLD（SPLD）、复杂PLD（CPLD）以及FPGA。它们内部结构的实现方法各不相同。可编程逻辑器件按照颗粒度可以分为3类：①小颗粒度（如“门海（sea of gates）”架构）；②中等颗粒度（如FPGA）；③大颗粒度（如CPLD）。按照编程工艺可以分为4类：①熔丝（Fuse）和反熔丝（Antifuse）编程器件；②可擦除的可编程只读存储器（UEPROM）编程器件；③电信号可擦除的可编程只读存储器（EEPROM）编程器件（如CPLD）；④SRAM编程器件（如FPGA）。在工艺分类中，前3类为非易失性器件，编程后，配置数据保留在器件上；第4类为易失性器件，掉电后，配置数据会丢失，因此在每次上电后需要重新进行数据配置。

编辑推荐

Xilinx公司是最早也是最大的FPGA生产商，其芯片设计技术、开发软件和相关解决方案在业界属于顶级水平，拥有广泛的客户群。期望《Xilinx FPGA开发实用教程》能够提高读者的工程开发能力。

用户评论 (总计121条)

•   FPGA开发，常用XILINX系统，这本书很实用。
•   Xilinx FPGA开发实用教程
•   对于初学者，可以系统了解Xilinx的FPGA，不错。
•   算我读过的最好的写FPGA的相关书籍吧，挺好的。我觉得必备吧XILINX的
•   刚开始学xilinx公司的FPGA，对我很有帮助
•   学习xilinx公司FPGA的一本好书，也是初学者的必备之书
•   学习xilinx 的FPGA必备丛书
•   Xilinx FPGA入门必备
•   刚买回来的时候，老公每天下班都会看这本书，对于刚刚学习fpga开发的人还是挺有用的。
•   适合初学者，对xilinx公司的芯片有个大致的了解。verilog HDL编程语言，很实用
•   很好的一本书，很适合FPGA的初学者，比较全面比较基础。
•   多年来FPGA的书都有些过时，因为FPGA发展实在是太快了，这本书我开了几遍，还真不错
•   非常喜欢，推荐购买要学好FPGA的好东西
•   值得推荐书中比较详细的结合xilinx器件详细的介绍了相关方面的应用，值得入门和作为参考书。
•   适合xilinx 初级和中级学习 内容很详实
•   必看的书籍，有学习xilinx时必翻
•   要买的朋友注意了，ise是基于9.1的
•   书的内容囊括较多，个人认为写的比较好的是关于verilog部分和关于时间约束的内容，可以在初期有一个比较清晰的了解，特别是关于约束部分，解释的还是比较详细的。
•   适合有一定设计经验得用户提高之用。
•   书讲的很系统,由浅入深,成系统的学习,既不会让人觉得讲的浅,也不会让人觉得难,在当今浮躁的社会中是一部难得的好书
•   对新手很实用的一本书 比较全面 但是每个部分都不是很详细，限于篇幅也可以理解~
•   这本书，比较不错，内容全面
•   这本书是我们买来给新员工培训的，可能对刚入门从事这一行业的有用处。
•   内容全面、实用
•   帮朋友买的，朋友说书的内容不错，值得一看，作为微电子专业的必备参考资料
•   相关专利必备
•   很不错的教程哦
•   书很好，公司人都在用
•   挺好的一本书，买的第二本了
•   很好的一本书，拿在手边，放在桌旁作为一本工具书或者仔细研读都很有益处
•   该书是在朋友的介绍下买的，挺不错的一本书。里面讲解比较详细~~
•   这本书对初学者很有用！
•   好书，非常不错的一本书
•   传说中是很好的一本书，确实不错！！
•   比较适合初学者学习，里面有些概念与传统的解释方式不同，有它的独特之处
•   书不错，适合初学者用。
•   书不错，更适合当手册
•   印刷质量很好，内容全面
•   书不错，内容很详尽！支持！
•   帮朋友买的，听说不错哈
•   学习的时候看了一些，讲得不错。
•   这是国外的朋友托我买的.
•   非常满意,绝对好书,发货非常快!!
•   挺好挺快，出差评价晚了
•   代弟弟买的 他说不错
•   书的涵盖面很宽
•   因为评价很好才买的，但还没有看了
•   推荐入门
•   对做项目有帮助
•   第一次在当当上卖 感觉很好！
•   很经典的一本工具书，只是书的侧面有点坏损
•   包装不错，送货也挺快
•   挺好的一般教材~~
•   实验不错
•   不错，很满意。送货速度也快，就是一直没时间评论
•   打算学习，书有点褶皱！不太好!
•   书不错，而且发货很快，三天就到了
•   入门比较全面的书！
•   在这买书方便，东西挺好呵呵
•   这书不错，推荐
•   这书入门不错，很全面
•   很不错的书，值得初学者购买~
•   是本入门好书！但是因为涉及面很广，难免无法面面俱到了
•   是本好书，讲解比较全面和详细
•   比较了几家网上书店后，我觉得当当网服务效率高和服务质量号。
•   书是好书，可以当成速查手册吧
•   此书比较适合像我这样比较初级的学手。FPGA基础知识比较全。美中不足的是Xilinx的版本没有跟上时代的步伐，才9.1版本
•   这是学习Xilinx FPGA必备的一本书。
•   书很厚，内容很充实，更适合对FPGA进一步深造的人，是一本很有参考价值的书。书是用Verilog语言写的，个人感觉书中对Verilog语言讲述的比较精炼，不够详细。另外，一个很遗憾的问题是，书没有配到光盘（主要包括书中的源代码和要用到的软件安装程序）。
•   这本书不错，内容详实，适合中级的FPGA设计人员学习。
•   书还没看，当初就是看目录觉得内容应该还不错所以才买的，书的整体感觉不错，纸张质量很好，唯一一点瑕疵就是包装袋破了个口子，所以书底下有点弄脏了。希望靠这本书对FPGA有个更深刻的认识啊。
•   可惜便宜的开发板只有ALTERA，不然这本书肯定卖疯了
•   软件怎么使用不是特别详细
•   各方面都涉及到了，而且跟主流设计结合得挺紧的。不过是verilog的，而我要用VHDL，稍有遗憾
•   感觉这本书不错，不过作为一个基础教程还是不行，关键的东西只是一提而过，我想作者也就那么回事了。不过在国内同类书籍中已经算是上等的了，没办法，这是现实！
•   比较相信讲解XIN旗下的软件
•   很全面，但具体器件具体软件版本还是看手册比较给力
•   这本书是一位研究生推荐的，买来后感觉也还不错。
•   内容翻译help文档的，但是不够全面，已有的部分很实用并且很有帮助
•   比较适合初学的菜鸟
•   内容很丰富 能讲的再详细点就更好了
•   书很厚范围很广啊
•   速度挺快，质量还不错
•   当当的书送的比较快 省心
•   很好的教材，对于急于上手的朋友可以考虑下。
•   比较全面！~
•   做工程时，不可能只能懂Altera的，所以买来也看看
•   技术类的工具书。
•   书对于我这个入门者还是很受用的，很不错，质量也好
•   书还不错 就是快递过来弄脏了
•   书的质量不错 ，！
•   东西不错，但好像没有光盘，可惜了点
•   书到得很快，很清楚，是本好书
•   书看来是正版但是这个书应该是放在仓库很长时间了，而且书的外壳封面也掉了一半，而且也没有优惠多少。感觉**了。
•   这本书从头看到尾，基本上，英文好点的人都可以自己去xilinx官方网站下载专用文档来看，这本书基本上翻译了官方网站的文档，不过也没错，人家的书本来是xilinx有授权的。而且FPGA这种东西，其技术含量主要也集中于官方文档。拿来写书也只好翻译了。对于懒得看英文的人来说还不错吧。
•   作者出书速度飞快，部分内容雷同。本书作为XilinxFPGA介绍类书籍，省去了看英文文档的时间。
•   这书适合硬件的人用，软件就算了
•   书讲的东西很多，但全是概念，不实用，书很厚，但是有用的东西不多，适合有一定基础的人扩展用书
•   内容太专业 不适合初学者
•   还可以吧，不过不建议购买，不值，整本书都是简单的介绍，没意思