FPGA Verilog开发实战指南基于Xilinx Spartan6的PDF电子书免费下载

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上传日期: 2021-01-19

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标签:Xilinx(1443)控制器(7691)fpga(12406)

随着社会的发展和科技的进步,电子技术和微电子领域也呈现日新月异的景象,FPGA(FieldProgrammableGateArray,现场可编程门阵列)越来越被人们所熟知,生产生活对FPGA的需求不断增加。近年来,FPGA在人工智能、机器学习的浪潮中又火了一把,这得益于IC技术和生产工艺的进步,使得更大规模集成度的FPGA得以实现,一枚小小的FPGA在融合了可编程逻辑单元、ARM硬核、MPU等异构多核处理单元后,功能越来越强大。生产生活对FPGA的需求不断增强,广大学习者趋之若鹜,纷纷加入到FPGA的学习行列。当前,许多高校在电子领域相关专业都会开设一门名为“EDA”的课程,这无疑为FPGA的学习拓宽了道路,但是又有多少同学真正的学会了该工具的使用。我们不禁要问,导致这一状况的原因是什么?首先,学校中的课程安排在时间上是有限制的,学生没有足够的时间去思考、练习,没有足够的思考和练习时间,很难实现知识的巩固和水平的提高;其次,课本中大都是理论知识的讲解,近乎纯理论的讲解很难培养学生的学习兴趣,没有兴趣爱好作为动力支持,在FPGA的学习道路上很难走下去;再次,学校的教学内容早已脱离了快速发展的社会,和最新的工程应用相差甚远,即便是最后坚持下来的为数不多的学生,他们的代码、工程往往也不是按照新的工程应用标准规范来编写的,而是沿袭了老旧的甚至是错误的方法。见过很多学习者设计的FPGA工程和代码,他们要么是使用传统原理图的设计方法,要么是直直白白C思想的嫁接搬移,再或者是两个的任意结合,这无疑是一件十分悲哀的事情。上述诸多原因导致一种严重情况,那就是学生经过课程的学习后不会使用FPGA作为一个强大工具来解决诸多实际问题。虽然一些明鉴的高校极力推进工程教学模式的改革,但想要改变这种局面,无疑是杯水车薪。面对这一现状,不少市场敏锐的圈内人却早已酝酿了商机,林林总总的FPGA培训班和各种视频、教程层出不穷,笔者认为这倒也是好事,培训班的出现的的确确解决了一部分高校教育和社会工程应用脱节的问题,但也牺牲了学生大量的时间和金钱。特别是近年来,随着FPGA的崛起,市面上关于FPGA的资料也越来越多,这些资料却也存在着各种各样的问题,比如:内容不系统、重点不突出、方法不详细,有些看似上千页的教学资料不过是一个个工程实例的罗列,然后进行简单的代码讲解,他们并没有详细介绍编写代码的思想方法,或许编者自身并没有站在学习者的角度上来编写,使学习者无法学到真正的方法。见过不少学了很久FPGA的同学还依然停留在只会移植、修改别人代码的入门阶段,甚者连一个串口回环都无法独立完成,这并不是我们学习后想要的结果。

所以我们要做的就是尽最大努力,站在初学者的角度上,从最基础的内容开始逐步深入地讲解FPGA,并希望把FPGA最核心的东西——设计方法和思想,传递给学习者,使学习者可以自己独立设计优秀规范的Verilog代码。本教程传承了野火STM32系列教程一如既往的编写风格,在此基础上致力于FPGA设计方法的教学,希望能够用最简洁清晰的语言把晦涩难懂的FPGA知识讲解的清晰透彻,能够让初学者真正掌握FPGA设计方法的精髓。本教程适合FPGA初学者和没有掌握FPGA设计方法的学习者,对于FPGA芯片内部构成和原理以及高级应用不做详细的讲解,若读者想了解学习该方面的相关内容可查阅有关书籍,我们在后面的章节也会给大家推荐相关资料。

本教程包括75个章节,按照先易后难的顺序进行讲解,分为硬件说明篇、软件安装篇、基础入门篇、学习强化篇、进阶提高篇五大板块。从最基础的软件安装和基本的软件操作手把手教学,考虑到大多数学习者为FPGA初学者,所以本书把操作中的每个步骤都尽可能详细的介绍和描述,并附上大量的截图以供学习者实操参考。各版块对应章节和具体内容介绍如下。硬件说明篇:本版块包括第2、第3两个章节。在第2章节中,主要讲述了FPGA的相关知识,包括FPGA简介、技术优势以及应用方向等内容;第3章节则主要对教程配套开发板“踏浪”的硬件资源做了系统性的介绍,对FPGA的内部结构和资源做了简介。软件安装篇:本版块包括4~7章,共4个章节。主要对FPGA开发软件ISEDesignSuite(简称ISE)、ModelSim、NotePad++、Visio的安装,以及ISE软件与ModelSim、NotePad++关联方法做了详细介绍。基础入门篇:本版块包括8~29章,共22个章节,在这一版块我们才真正意义上开始了FPGA的学习。在第8章节,我们对FPGA编程语言VerilogHDL做了系统性的讲解;第9章节中,通过“点亮LED灯”的实验工程,为读者详细说明FPGA的完整的、正确的设计流程;第10、11、12、15章节中,使用若干实例对FPGA中的常用的组合逻辑、时序逻辑做了介绍;第13、14、16章节中,我们为读者介绍了层次化设计的设计思想、说明了避免Latch产生的具体方法,以及对阻塞赋值和和非阻塞赋值的概念做了做了详细讲解;随后的13个章节(17~29章),我们由浅入深的为读者引入了若干个开发例程,帮助读者掌握了计数器、分频器的使用,以及学习理解并实现了开发板部分外设的驱动控制;在第27章,我们为读者介绍了FPGA快速开发的的法宝---IP核,并通过实例对常用的PLL、FIFO、RAM、ROM4种IP核的调用及参数配置做了解释说明。学习强化篇:本版块包括30~51章,共22个章节,在这一板块我们引入了诸多工程实例供读者学习。经过第31章节的学习,读者会掌握等精度频率计的设计思想和实现方法;学习完32、33章节,读者在掌握DDS信号发生器和电压表设计思想和方法的同时,对AD/DA的相关知识也会有全面的了解;在第37~43章节,我们通过诸多实例对VGA、HDMI和TFT_LCD的相关知识做了系统性的讲解;在第44、45章,讲解并实现了基于Sobel算法的边缘检测;最重要的是,在30、34~36、46~51章节,我们从多个实例入手,对RS232、红外、温湿度传感器、SPI以及I2C通信协议做了最为系统的讲解和说明。进阶提高篇:本版块包括52~75章,共24个章节,主要讲解了DDR、摄像头、SD卡、以太网的相关知识。第52~57章节,通过实验工程实现基于DDR的数据读写控制器和VGA、HDMI、TFT_LCD液晶屏的图像显示,以及基于WM8978的录音与回放;第58~63章节,基于前面设计的DDR数据读写控制器,实现摄像头采集图像的VGA、HDMI或TFT_LCD液晶屏的实时显示;第64~68章节,实现SD卡数据读写控制器,以及SD卡存储图像或音频的显示与播放;第69~75章节,实现基于以太网的数据环回实验,以及基于以太网的图像、视频、音频的传输。希望初学者能够按照本书的编写顺序,循序渐进、步步为营的进行FPGA的学习,切莫好高骛远、眼高手低。学完本书后,希望学习者能够掌握正确规范的设计方法,为之后的FPGA进阶提高和实际应用打下坚实的基础。

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