使用 VHDL 電路設計語言之數位電路設計 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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圖書標籤:

• VHDL
• 數位電路
• 電路設計
• 數字邏輯
• FPGA
• Verilog
• 可編程邏輯器件
• 電子工程
• 硬件描述語言
• 設計方法

˙VHDL電路設計語言，已經成為硬體電路設計上的共通語言與設計平颱，並且已 經是一個硬體電路設計工程師的必備設計工具，就如同C語言相對於軟體設計工程師的 重要性一樣。

˙本書著重於VHDL電路設計語言在數位電路設計上的應用。從數位電路設計的一 些基本觀念談起，涵蓋瞭VHDL電路設計語言的語法、VHDL程式撰寫、數位積體電路的設 計概念與要點、應用電路之設計、與實際的電路設計範例演練等。

˙本書中所提供的設計範例，涵蓋瞭數位電路設計上必備的應用電路。讀者們可 以將實際碰到的數位電路設計的問題，在本書的例子中找到相對應的解答。

《使用 VHDL 電路設計語言之數位電路設計》圖書簡介 一部深入淺齣、全麵覆蓋現代數位係統設計的實踐指南 本書旨在為讀者提供一個紮實且實用的平颱，以掌握基於硬件描述語言（HDL）進行復雜數位電路設計的核心技術與思維方式。我們聚焦於如何有效地運用行業標準語言，將抽象的係統概念轉化為精確、可綜閤的硬體描述，並最終實現高效能的FPGA或ASIC設計。 本書的編寫理念是強調理論與實踐的緊密結閤。我們不僅僅介紹語法和結構，更注重揭示背後的設計哲學、時序約束處理方法，以及如何進行有效的仿真驗證和資源優化。 --- 第一部分：數位係統基礎與VHDL的基石（The Foundation） 在進入高級設計之前，本書首先為讀者夯實數位電路設計的基礎，並係統性地引入VHDL語言的結構和核心概念。 第一章：現代數位電路設計的挑戰與機遇 本章探討當前微電子領域的設計趨勢，從傳統的門級邏輯到基於抽象層次的係統級設計（SoC/SoPC）的演變。我們將分析使用硬件描述語言（HDL）的必要性，並概述業界主流的EDA（電子設計自動化）流程，包括設計輸入、綜閤、布局布綫和驗證。本章會詳細對比不同設計方法的優缺點，明確VHDL在可移植性和結構化描述方麵的獨特優勢。 第二章：VHDL語言的結構與基本元素 本章是學習VHDL的入門篇。我們將剖析VHDL的層次化結構，包括實體（Entity）、架構（Architecture）和配置（Configuration）。重點講解如何定義輸入/輸齣端口，以及數據類型（如 `BIT`, `BOOLEAN`, `INTEGER`, `STD_LOGIC` 等）的選擇和應用。特彆關注IEEE標準庫，尤其是 `std_logic_1164` 庫中多值邏輯的意義，理解‘U’（未初始化）、‘X’（未知）和‘Z’（高阻態）在精確建模係統初始化和不確定性時的重要性。 第三章：行為級建模與並發執行 本章深入VHDL的核心——並發性。我們將詳細介紹 `PROCESS` 結構及其敏感列錶的設置，這是實現同步和異步邏輯的關鍵。通過大量實例，讀者將學會如何使用 `IF-THEN-ELSE`, `CASE` 語句等構建組閤邏輯（Combinational Logic）。我們還會探討信號（Signal）和變量（Variable）的區彆，闡述它們在仿真和綜閤過程中的行為差異，這是避免設計錯誤的關鍵一步。 第四章：時序邏輯與狀態機的建模 時序電路是所有復雜係統的骨架。本章專注於構建和描述時序元件，如鎖存器（Latch）和觸發器（Flip-Flop）。我們會詳細演示如何使用 `STD_LOGIC_ARITH` 或 `numeric_std` 庫進行安全的算術運算。核心內容聚焦於有限狀態機（FSM）的設計。我們將覆蓋Mealy型和Moore型FSM的VHDL描述範式，強調狀態編碼（如獨熱編碼 One-Hot Encoding）對後續資源分配和時序性能的影響。 --- 第二部分：中級抽象與設計實踐（Intermediate Abstraction and Practice） 掌握基礎語法後，本部分引導讀者學習如何抽象設計，構建可重用、模塊化的復雜功能單元。 第五章：結構化建模與層次化設計 大型係統必須分解。本章介紹如何使用 `COMPONENT` 聲明和實例化，實現自頂嚮下（Top-Down）和自底嚮上（Bottom-Up）的設計流程。我們將演示如何封裝已完成的模塊，創建可重用的IP核。通過實例講解映射（Mapping）和連接（Association）機製，確保模塊間接口的正確性與一緻性。 第六章：生成語句（Generate Statements）在參數化設計中的應用 為瞭提高代碼的靈活性和可重用性，生成語句是必需的工具。本章詳細介紹 `FOR`, `IF` 生成語句在實例化重復結構（如陣列乘法器、移位寄存器）中的強大能力。讀者將學會如何利用生成語句編寫齣僅需修改參數即可適應不同位寬需求的通用硬件模塊。 第七章：數據路徑與控製單元的分離設計 一個功能完整的數位係統通常由數據路徑（Data Path，執行運算的硬件）和控製單元（Control Unit，指揮運算的FSM）組成。本章以一個簡單的ALU（算術邏輯單元）為例，展示如何清晰地分離這兩部分的設計，並使用生成式（Generative）方法描述數據路徑的並行操作，從而簡化控製邏輯的設計和調試。 第八章：約束與綜閤屬性的理解 VHDL代碼本身不包含時序信息，這些信息由約束文件（如XDC或SDC）提供。本章探討如何通過VHDL代碼中的屬性（Attributes）來指導綜閤工具，例如設置時鍾定義 (`attribute clock`)、將特定邏輯鎖定到特定區域等。理解這些屬性對於目標平颱（如特定FPGA係列）的優化至關重要。 --- 第三部分：高級設計主題與驗證方法（Advanced Topics and Verification） 本部分關注性能優化、高級IP實現以及確保設計正確性的仿真驗證技術。 第九章：高效能的並行處理結構設計 本章探討如何設計高性能的並行結構，包括流水綫（Pipelining）技術在VHDL中的實現。我們將分析如何通過插入寄存器級聯來提高係統時鍾頻率，以及在數據依賴性較強的情況下如何平衡流水綫的深度與吞吐量。實例將涉及一個基礎的多級流水綫乘法器。 第十章：接口協議與總綫結構建模 現代係統嚴重依賴標準接口。本章將以一個簡化的片上總綫（如AXI Lite或Wishbone的子集）為例，展示如何使用VHDL描述握手協議（Handshake Protocols）。重點在於如何精確建模復雜的讀/寫時序，確保數據傳輸的完整性。 第十一章：仿真與調試：加速驗證流程 硬件設計的正確性依賴於嚴格的仿真。本章將超越簡單的波形觀察，介紹如何使用VHDL編寫高級的測試平颱（Testbench）。內容包括：使用 `file I/O` 進行激勵導入、編寫自檢功能（Self-checking features），以及如何使用斷言（Assertions）在仿真早期捕獲設計錯誤。 第十二章：綜閤後仿真與時序分析基礎 完成功能仿真後，我們需要進行門級仿真（Gate-Level Simulation），以確保電路在實際布局布綫後的時序滿足要求。本章概述如何利用從布局布綫工具導齣的延遲信息（如 SDF 文件）進行後仿真，並簡要介紹關鍵時序路徑（Setup Time 和 Hold Time）的概念及其在VHDL設計中的體現。 --- 總結 本書提供瞭一個從基礎語法到復雜係統實現的完整藍圖。它不僅教授“如何用 VHDL 編寫電路”，更重要的是指導讀者“如何像硬體工程師一樣思考設計”。通過大量的代碼示例、設計模式的歸納總結以及對設計陷阱的預警，讀者將能夠自信地駕馭主流FPGA/ASIC開發流程中的核心挑戰，設計齣高性能、高可靠性的數位係統。

第一章 數位邏輯積體電路PLD、FPGA及ASIC之設計觀念

第二章 VHDL電路設計語言簡介

第三章 VHDL電路設計語言中的單體（Entity）與架構（Architecture）

第四章 資料型彆（Data Types）

第五章 VHDL電路設計語言中的屬性(Attribute)

第六章 VHDL電路設計語言中錶示式（Expressions）

第七章 VHDL電路設計語言中敘述（Statements）與語法

第八章 階層式（Hierarchy）模組化設計

第九章 函式（Functions）、程序（Procedures）與套件(Packages)

第十章 使用VHDL設計組閤邏輯（Combinational Logic）電路

第十一章 使用VHDL設計循序邏輯（Sequential Logic）電路

第十二章 VHDL設計範例

第十三章 測試平颱（Test Bench）設計範例

第十四章 一些進階課題

附錄A　VHDL語言所常用的保留字列錶

附錄B　IEEE所定義的STD_LOGIC_1164套件

附錄C　SYNOPSYS所定義的STD_LOGIC_UNSIGNED套件

附錄D　一些常用的VHDL設計工具與編譯軟體說明

附錄E　書中所附程式之光碟說明

附錄F　使用Altera FPGA及VHDL電路設計語言之設計說明

附錄G　ModelSim的VHDL功能使用說明

參考資料

评分☆☆☆☆☆

說實話，剛拿到這本《使用 VHDL 電路設計語言之數位電路設計》的時候，我抱著一種學習的心態，但很快就被它紮實的內容給吸引住瞭。書中對於 VHDL 語言的講解，絕不僅僅是停留在語法層麵，更注重於如何利用 VHDL 來實現高效、可靠的數位電路設計。我尤其欣賞書中對於各種常用數位電路模塊的 VHDL 實現方法，比如像是 ALU、記憶體控製器、時序邏輯電路等等，這些章節的講解清晰且詳盡，不僅提供瞭代碼，還詳細分析瞭設計的思路和考量，讓我能真正理解“為什麼這麼寫”。而且，書中在介紹這些電路的時候，還會穿插一些相關的數位邏輯原理，這對於加深理解非常有幫助。我發現，很多市麵上其他的 VHDL 教材，往往隻側重語言本身，而這本書則將語言與實際電路設計緊密結閤，讓我能更好地將所學知識轉化為實際的電路設計能力。我個人覺得，這本書的邏輯結構非常清晰，循序漸進，即使是之前對 VHDL 接觸不多的讀者，也能按照書中的步驟一步步掌握。

评分☆☆☆☆☆

這本《使用 VHDL 電路設計語言之數位電路設計》真的像一本寶藏，尤其對於我們這種在颱灣做科技相關工作的來說，VHDL 這種描述語言的應用絕對是基礎中的基礎。作者在書中深入淺齣的講解，讓我感覺好像真的有位經驗豐富的老師在旁邊指導一樣。我特彆喜歡他處理一些復雜邏輯電路的章節，像是狀態機設計的部分，講解得非常透徹，每一個步驟都清晰明瞭，配閤著書中的圖例和 VHDL 代碼示例，我簡直是看一遍就豁然開朗。書中舉的很多例子都非常貼近實際應用，我甚至可以直接套用到我工作上的一些小項目裏，大大提高瞭效率。而且，我注意到作者在解釋一些 VHDL 語法細節的時候，還會補充一些在實際設計中容易遇到的陷阱和注意事項，這一點真的非常實用，避免瞭我走很多彎路。對於初學者來說，這本書提供瞭堅實的基礎；對於有一定經驗的設計師來說，它也能帶來新的啓發和更深入的理解。總的來說，這本書的內容深度和廣度都相當不錯，對於想要掌握 VHDL 進行數位電路設計的讀者來說，絕對是不可多得的佳作。

评分☆☆☆☆☆

這本《使用 VHDL 電路設計語言之數位電路設計》絕對是我書架上最值得收藏的一本。它就像一位經驗豐富的老友，在 VHDL 的學習之路上為我指點迷津。書中對於 VHDL 語言的講解，不僅僅是枯燥的語法規則，而是與實際的數位電路設計緊密結閤，讓我能深刻理解 VHDL 的應用場景和強大之處。我尤其喜歡書中對於如何編寫可綜閤 VHDL 代碼的講解，作者詳細闡述瞭在寫 VHDL 時需要注意的一些規則和技巧，避免瞭在仿真和綜閤階段齣現不必要的錯誤。書中大量的範例代碼，都經過瞭作者的精心設計和驗證，不僅清晰易懂，而且可以直接作為參考。我曾經嘗試著將書中的一些設計方法應用到我實際的項目中，發現效率和設計的質量都有瞭顯著的提升。對於想要深入理解 VHDL 並且提升數位電路設計能力的讀者來說，這本書絕對是不可錯過的選擇。

评分☆☆☆☆☆

這本《使用 VHDL 電路設計語言之數位電路設計》在我眼中，簡直是為我們這些在颱灣的工程師量身打造的。書中的 VHDL 講解，不是那種枯燥的語法羅列，而是真正從電路設計的角度齣發，讓你明白 VHDL 語言的強大之處。我印象特彆深刻的是書中關於時序電路設計的部分，作者用非常形象的比喻和清晰的流程圖，將復雜的時序邏輯分解得一清二楚。我之前一直覺得狀態機設計很難把握，但看完這部分的講解，我感覺自己豁然開朗，甚至能自己動手設計一些復雜的狀態機。而且，書中的範例代碼都經過瞭作者的精心篩選和優化，不僅可讀性強，而且在實際仿真和綜閤過程中也錶現齣色。我嘗試著將書中的一些關鍵設計思路應用到我的工作中，效果非常顯著。讓我覺得特彆贊的是，作者還花瞭不少篇幅講解瞭 VHDL 的一些進階應用，比如如何進行高效的時序約束和代碼優化，這對於我們這些追求極緻性能的工程師來說，簡直是福音。

评分☆☆☆☆☆

閱讀《使用 VHDL 電路設計語言之數位電路設計》的過程，就像在探索一個充滿奧秘的數位世界。作者的文字功底非常深厚，將 VHDL 這種抽象的語言，用通俗易懂的方式呈現齣來。我特彆喜歡書中對於不同數位電路設計的風格和理念的探討，例如如何權衡麵積、速度和功耗，這些都是在實際設計中非常重要的考量。書中對於一些經典數位電路的 VHDL 實現，有著獨到的見解，並且會講解多種不同的實現方式，讓我能夠對比分析，選擇最適閤的設計方案。我記得有一次，我遇到瞭一個棘手的數位信號處理問題，查閱瞭書中關於相關模塊設計的章節後，茅塞頓開，找到瞭解決問題的關鍵。這本書的價值，不僅僅在於教授 VHDL 語法，更在於它傳遞瞭一種嚴謹、係統、優化的電路設計思想。對於我們這些在颱灣的工程師來說，能夠接觸到這樣一本兼具理論深度和實踐指導意義的書籍，是莫大的幸運。