"FPGA数字系统设计"
本书详细阐述了FPGA(Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)在数字电子系统设计中的应用。FPGA是一种可编程的集成电路,允许用户根据需求配置其内部逻辑,广泛应用于各种数字系统的快速原型设计和定制化开发。
在介绍FPGA基础知识部分,书中涵盖了可编程逻辑器件的概述,包括其发展历程、类型以及设计软件的使用。FPGA被特别强调,讨论了FPGA的优势,如高速设计灵活性、低功耗和即时可用性。此外,书中还列举了主要的FPGA供应商,如Xilinx、Intel(前身为Altera)等,帮助读者了解市场上的主流选择。
深入到设计层面,书中详细介绍了两种常用的硬件描述语言——VHDL(VHSIC Hardware Description Language)和Verilog HDL。VHDL的历史、特点被逐一解析,它是一种用于描述数字电路的文本语言,有助于工程师实现复杂逻辑设计。Verilog HDL同样作为重要的设计工具,也有其独特的应用领域和优势。
接着,书中通过7个具体的工程案例,展示了FPGA在实际应用中的强大功能:
1. I2C协议接口:I2C是一种简单、低速的串行通信协议,适用于微控制器与外部设备之间的通信。书中说明了如何使用FPGA来实现I2C协议要求的接口,包括主设备和从设备的控制逻辑。
2. UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用异步收发传输器)控制器:UART是常见的串行通信接口,用于实现设备间的全双工通信。书中将解释如何构建一个FPGA UART控制器,处理波特率生成、数据接收和发送等任务。
3. USB接口控制器:USB接口在现代电子设备中广泛应用,提供高速数据传输能力。书中的案例展示了如何设计FPGA实现USB接口控制器,兼容不同版本的USB规范。
4. 数字视频信号处理器:这部分讲解了如何利用FPGA处理和生成数字视频信号,可能涉及像素处理、图像增强和视频流控制等。
5. VGA/LCD显示控制器:FPGA可以用于驱动显示器,如VGA或LCD,实现图像的实时渲染和显示。
6. CAN总线控制器:CAN(Controller Area Network)总线是汽车和工业自动化领域的标准通信协议。书中会介绍FPGA如何实现CAN总线的物理层和数据链路层功能。
7. 以太网控制器:以太网是局域网中最常见的通信协议,书中详细阐述了如何使用FPGA构建一个以太网控制器,实现MAC层和物理层的功能。
每个案例都基于真实的工程实践,融入了作者丰富的开发经验,提供了完整的开发流程,帮助读者从理论到实践全面掌握FPGA设计。无论是初学者还是有经验的FPGA开发者,都能从中受益,提升自己的设计技能和解决问题的能力。