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第1章 FPGA设计概论1

1.1 FPGA芯片结构与特点1

1.2 FPGA工作原理3

1.3 FPGA主要器件5

1.3.1 Xilinx5

1.3.2 Altera8

1.4 FPGA设计流程12

1.5 FPGA开发工具14

1.6 FPGA应用15

第2章 硬件描述语言Verilog HDL18

2.1 Verilog HDL的基本规范19

2.1.1 标识符19

2.1.2 转义标识符19

2.1.3 空白符20

2.1.4 注释20

2.2 数据类型20

2.2.1 逻辑值20

2.2.2 线网20

2.2.3 寄存器21

2.2.4 数字的表示21

2.2.5 向量22

2.2.6 数组23

2.2.7 参数23

2.2.8 字符串23

2.3 运算符23

2.4 模块27

2.4.1 模块的基本概念27

2.4.2 模块的例化30

2.4.3 模块的测试32

2.5 过程语句33

2.5.1 两个过程33

2.5.2 寄存器变量的过程赋值34

2.5.3 线网变量的连续赋值34

2.5.4 时序控制35

2.5.5 顺序代码块与并行代码块36

2.6 条件语句37

2.7 任务和函数38

2.8 系统任务38

2.9 编译指令38

2.10 阻塞赋值与非阻塞39

第3章 FPGA基础电路设计41

3.1 组合电路41

3.2 时序电路45

3.3 数据通路53

3.3.1 加法器基础理论53

3.3.2 常用数据通路设计59

第4章 逻辑综合63

4.1 逻辑综合目的63

4.2 Design Compiler综合64

4.2.1 准备Design Compiler启动脚本文件65

4.2.2 约束文件66

4.2.3 报告分析73

4.2.4 优化的参数选择75

4.2.5 综合结果75

4.3 Synplify的综合设计76

4.4 HDL的可综合性设计83

4.4.1 状态机设计84

4.4.2 实例化资源84

4.4.3 综合选项85

第5章 Testbench与ModelSim仿真87

5.1 Testbench实例87

5.1.1 产生时钟信号91

5.1.2 提供激励信号92

5.1.3 显示结果93

5.1.4 Verilog HDL Testbench实例93

5.1.5 自动验证95

5.1.6 自我检查Testbench95

5.1.7 编写Testbench的准则96

5.2 仿真工具ModelSim96

第6章 CORDIC算法及通信调制技术101

6.1 CORDIC算法101

6.2 FPGA实现104

6.3 基于CORDIC算法的通信调制技术107

6.4 ISE中CORDIC IP核的使用110

第7章 FPGA通信协议设计113

7.1 CPRI协议113

7.1.1 协议范围113

7.1.2 帧结构115

7.1.3 CPRI在FPGA中实现118

7.2 IR协议简介128

7.2.1 Ir接口物理层129

7.2.2 Ir协议传输帧时序结构133

7.2.3 C＆M通道134

7.2.4 物理层控制字定义135

7.2.5 Ir协议中的时延测量139

7.2.6 FPGA实现Ir协议140

第8章 数字直放站的FPGA设计142

8.1 直放站FPGA系统设计142

8.2 数据接口143

8.2.1 ADC接口143

8.2.2 DAC接口151

8.2.3 SPI接口152

8.3 信号处理部分154

8.3.1 数据的抽取和内插155

8.3.2 信号的上变频和下变频161

第9章 永磁同步电机矢量控制系统的FPGA实现175

9.1 永磁同步电机矢量控制系统简介175

9.2 系统硬件平台178

9.3 软件开发平台180

9.4 FPGA片上电路设计181

9.5 实验验证212

第10章 可靠性设计——DO-254216

10.1 DO-254216

10.2 FPGA与DO-254217

10.2.1 DO-254基本情况217

10.2.2 DO-254硬件的生命周期218

10.2.3 规划218

10.2.4 硬件安全性评价218

10.2.5 硬件设计流程220

10.2.6 支持流程220

10.2.7 文档和组织220

10.3 DO-254标准和美国联邦航空局221

10.4 DO-254项目的FPGA工具流程222

10.5 FPGA设计的工具流程224

10.6 结论226

第11章 FPGA设计实验227

11.1 实验一：LED灯控制227

11.2 实验二：基于IP核设计的数码管显示232

11.3 实验三：基于Verilog HDL设计的数码管显示238

11.4 实验四：基于DSP Builder设计的clark坐标变换模块239

11.5 实验五：分别基于SOPC Builder和Qsys工具控制LED灯253

11.5.1 实验内容253

11.5.2 SOPC Builder工具设计流程253

11.5.3 Qsys工具设计流程264

11.5.4 实验小结271

11.6 实验六：基于NiosⅡ定时中断控制LED闪烁271

11.7 实验七：NiosⅡ与LabVIEW的串口通信277

11.8 实验八：程序烧写283

11.9 实验九：DE2上的μClinux移植291

11.9.1 任务要求291

11.9.2 NiosⅡ硬件定制291

11.9.3 顶层文件296

11.9.4 编译系统296

11.9.5 内核结构298

11.9.6 文件格式298

11.9.7 进程调度298

11.9.8 文件系统299

11.9.9 移植层次与代码结构299

11.9.10 源码获取300

11.9.11 内核剪裁和编译301

11.9.12 映像生成304

11.9.13 镜像下载304

11.9.14 终端调试305

11.9.15 执行TCP/IP网络命令306

11.10 实验十：VGA视频显示系统的SOPC设计308

11.10.1 NiosⅡ的硬件开发308

11.10.2 生成NiosⅡ硬件系统319

11.10.3 系统的软件设计320

11.10.4 VGA视频显示系统的NiosⅡIDE调试322

11.11 实验十一：Vivado HLS设计流程实验325

参考文献341