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第1章 数字系统设计方法1

1.1 绪言1

1.1.1 数字系统的基本概念1

1.1.2 数字系统的基本模型3

1.1.3 数字系统的基本结构7

1.2 数字系统设计的一般步骤8

1.2.1 引例8

1.2.2 数字系统设计的基本步骤10

1.2.3 多级系统及其结构13

1.3.1 自上而下的设计方法15

1.3 数字系统设计方法论15

1.3.2 自下而上的设计方法16

1.3.3 自关键部件开始设计17

1.3.4 系统信息流驱动设计17

1.4 数字系统的描述方法之一--算法流程图19

1.4.1 算法流程图的符号与规则20

1.4.2 设计举例21

习题123

第2章 数字系统的算法设计和硬件实现28

2.1 算法设计28

2.1.1 算法设计综述28

2.1.2 跟踪法29

2.1.3 归纳法31

2.1.4 划分法34

2.1.5 解析法36

2.1.6 综合法37

2.2 算法结构42

2.2.1 顺序算法结构42

2.2.2 并行算法结构42

2.2.3 流水线操作算法结构45

2.3 系统硬件实现概述46

2.4.1 器件选择47

2.4 数据处理单元的设计47

2.4.2 数据处理单元设计的基本步骤48

2.4.3 数据处理单元设计实例48

2.5 控制单元的设计53

2.5.1 系统控制方式54

2.5.2 控制器的基本结构和系统同步56

2.5.3 算法状态机图(ASM图)58

2.5.4 控制器的硬件逻辑设计方法61

习题272

第3章 硬件描述语言VHDL78

3.1 概述78

3.2.1 实体说明79

3.2 VHDL基本结构79

3.2.2 结构体80

3.3 数据对象、类型及运算符83

3.3.1 对象类别与定义83

3.3.2 数据类型83

3.3.3 常数的表示85

3.3.4 运算符85

3.4 顺序语句86

3.4.1 变量与信号赋值语句86

3.4.2 IF语句86

3.4.4 LOOP语句87

3.4.3 CASE语句87

3.5 并行语句88

3.5.1 并行信号赋值语句89

3.5.2 进程语句90

3.5.3 断言语句91

3.5.4 生成语句93

3.6 子程序94

3.6.1 函数定义与引用94

3.6.2 过程定义与引用95

3.6.3 子程序重载96

3.7.1 程序包97

3.7 程序包与设计库97

3.7.2 设计库98

3.8 元件配置99

3.8.1 体内配置指定99

3.8.2 体外配置说明100

3.8.3 直接例化101

3.8.4 顶层元件配置101

3.9 VHDL描述实例102

3.9.1 组合逻辑电路描述102

3.9.2 时序逻辑电路描述103

3.9.3 状态机的描述106

习题3107

3.9.4 多谐振荡器的描述107

第4章 可编程逻辑器件PLD原理和应用109

4.1 PLD概述109

4.2 简单PLD原理111

4.2.1 PLD的基本组成111

4.2.2 PLD的编程111

4.2.3 阵列结构112

4.2.4 PLD中阵列的表示方法113

4.3 SPLD组成和应用115

4.3.1 只读存储器ROM115

4.3.2 可编程逻辑阵列PLA119

4.3.3 可编程阵列逻辑PAL121

4.3.4 通用阵列逻辑GAL125

4.3.5 输出逻辑宏单元OLMC126

4.3.6 OLMC的输出结构128

4.3.7 GAL应用举例130

4.4 采用SPLD设计数字系统136

4.4.1 采用SPLD实现系统的步骤136

4.4.2 设计举例136

4.4.3 采用SPLD设计系统的讨论139

习题4140

5.1 HDPLD概述147

5.1.1 HDPLD的分类147

第5章 高密度PLD及其应用147

5.1.2 典型HDPLD器件系列148

5.2 HDPLD组成148

5.2.1 阵列扩展型HDPLD148

5.2.2 单元型CPLD159

5.2.3 现场可编程门阵列FPGA166

5.2.4 多路开关型FPGA171

5.3 HDPLD编程技术175

5.3.1 isp编程技术(in-system programmablity)175

5.3.2 icr编程技术(in-circuit reconfiguration)176

5.3.3 反熔丝(Antifuse)编程技术179

5.4.1 软件开发系统的基本工作流程180

5.4 HDPLD软件开发系统综述180

5.4.2 软件开发系统的库函数182

习题5182

第6章 采用HDPLD设计数字系统实例186

6.1 高速并行乘法器的设计186

6.1.1 算法设计和结构选择186

6.1.2 器件选择186

6.1.3 设计输入186

6.1.4 芯片引脚定义187

6.1.5 逻辑仿真188

6.2.1 交通管理器的功能189

6.2 十字路口交通管理器的设计189

6.1.6 目标文件产生和器件下载189

6.2.2 系统算法设计190

6.2.3 设计输入191

6.3 FIFO(先进先出堆栈)的设计194

6.3.1 FIFO的功能194

6.3.2 算法设计和逻辑框图195

6.3.3 数据处理单元和控制器的设计197

6.3.4 设计输入199

6.4 九九乘法表系统的设计200

6.4.1 系统功能和技术指标200

6.4.3 数据处理单元的实现201

6.4.2 算法设计201

6.4.4 设计输入202

6.4.5 系统的功能仿真208

6.5 数据采集和反馈控制系统的设计210

6.5.1 系统设计要求210

6.5.2 设计输入211

6.6 FIR有限冲激响应滤波器的设计214

6.6.1 FIR结构简介215

6.6.2 设计方案和算法结构216

6.6.3 模块组成218

6.6.4 FIR滤波器的扩展应用220

6.6.5 设计输入222

6.6.6 设计验证224

6.7 可编程脉冲延时系统的设计227

6.7.1 系统功能和技术指标227

6.7.2 系统设计计算229

6.7.3 设计输入和实现231

习题6238

第7章 全定制集成电路设计技术简介240

7.1 集成电路制造工艺与全定制电路设计240

7.1.1 集成电路制造工艺简介240

7.1.2 全定制电路设计过程245

7.1.3 深亚微米电路设计246

7.2 全定制集成电路设计的EDA技术247

7.2.1 设计输入248

7.2.2 设计综合248

7.2.3 设计验证250

7.2.4 版图编辑252

7.2.5 版图验证252

附录254

附录A HDPLD典型器件介绍254

A1 器件封装型式说明254

A2 LATTICE公司典型器件(阵列扩展型CPLD,isp编程技术)255

A3 ALTERA公司典型器件(单元型CPLD，FPGA，icr编程技术)257

A4 XILINX公司典型产品(单元型FPGA、CPLD，icr编程技术或isp编程技术)260

A5 Actel公司典型器件(多路开关型FPGA反熔丝编程技术)262

附录B 典型软件开发系统MAX+PLUSⅡ简介264

B1 概述264

B2 MAX+PLUSⅡ的设计过程265

B3 逻辑设计的输入方法270

B4 设计项目的编译279

B5 设计项目的模拟仿真286

B6 定时分析289

B7 器件编程291

参考文献295