Advanced Digital Logic Design Using VHDL, State Machines, and Synthesis for FPGA's (Hardcover)
暫譯: 進階數位邏輯設計:使用 VHDL、狀態機與 FPGA 合成 (精裝版)
Sunggu Lee
- 出版商: Thomson
- 出版日期: 2005-04-25
- 售價: $860
- 貴賓價: 9.8 折 $843
- 語言: 英文
- 頁數: 488
- 裝訂: Hardcover
- ISBN: 0534466028
- ISBN-13: 9780534466022
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商品描述
Description:
This textbook is intended to serve as a practical guide for the design of complex digital logic circuits such as digital control circuits, network interface circuits, pipelined arithmetic units, and RISC microprocessors. It is an advanced digital logic design textbook that emphasizes the use of synthesizable VHDL code and provides numerous fully worked-out practical design examples including a Universal Serial Bus interface, a pipelined multiply-accumulate unit, and a pipelined microprocessor for the ARM THUMB architecture.
Table of Contents:
Preface
Chapter 1 Condensed Overview of Introductory Digital Logic Design
1.1 Number Formats
1.2 Combinational Logic
1.2.1 Combinational Logic Devices
1.2.2 Combinational Logic Circuit Design
1.3 Sequential Logic
1.3.1 Sequential Logic Devices
1.3.2 Synchronous Sequential Circuit Design
1.3.3 Hazards and Glitches
1.3.4 Mestastability
Chapter 2 Digital Logic Design Using Hardware Description Languages
2.1 Hardware description Languages
2.2 Design Flow
2.3 Synthesis
2.4 Register Transfer Level Notation
2.5 Logic Simulation
2.6 Properties of Actual Circuits
Chapter 3 Introduction to VHDL and Test Benches
3.1 Overview
3.2 VHDL Basics
3.2.1 Entity and Architecture
3.2.2 Signals, Data, Types, Constants and Operators
3.2.3 Libraries and Packages
3.2.4 Structural and Behavioral
3.3 Testing and the Test Bench
3.3.1 Manufacturing Testing
3.3.2 Functional Testing
3.3.3 Test Benches
3.3.4 VHDL Test Bench
3.4 More Advanced VHDL Concepts
3.4.1 Concurrent and Sequential VHDL
3.4.2 Variables and Signals
3.4.3 Delay Modeling
3.4.4 Attributes
3.4.5 Procedures and Functions
3.4.6 Generics and Modeling a Bidirectional Bus
3.5 Construction of Complete VHDL Programs
3.5.1 Combinational Logic Circuits
3.5.2 Sequential Logic Circuits
3.5.3 Behavioral Modeling of More Complex Circuits
Chapter 4 High-Level VHDL Coding for Synthesis
4.1 Register Transfer Level Notation
4.2 Combinational Logic Synthesis
4.2.1 Using Concurrent Signal Assignment Statements for Combinational Logic
4.2.2 Using Process Blocks for Combinational Logic
4.2.3 Complex Combinational Logic Example
4.3 Sequential Logic Synthesis
4.4 Synthesis Heuristics
4.5 Synthesis Using a Commercial Tool
4.6 High-Level VHDL Coding
Chapter 5 State Machine Design
5.1 Manual State Machine Design
5.1.1 Pseudocode
5.1.2 RTL Program
5.1.3 Datapath
5.1.4 State Diagram
5.1.5 Control Logic
5.1.6 State Machine Design Using ASM Charts
5.2 Automatic Synthesis-Based State Machine Design
5.2.1 Automatic Synthesis-Based Design Procedure
5.2.2 Algorithm to HDL Code Conversion
5.3 Design Example: Vending Machine
5.3.1 Automatic State Machine Design for a Vending Machine
5.3.2 Manual State Machine Design for a Vending Machine
5.3.3 Timing Diagram
5.3.4 Correspondence Between Automatic and Manual Designs
5.4 Design Example: LCD Controller
5.4.1 Target LCD Module
5.4.2 VHDL Solution
Chapter 6 FPGA and Other Programmable Logic Devices
6.1 Programmable Logic Devices
6.1.1 Circuit Customization
6.1.2 Programmable Logic Arrays
6.1.3 Programmable Read Only Memories
6.1.4 Programmable AND-Array Logic
6.2 Field Programmable Gate Arrays
6.2.1 Gate Arrays
6.2.2 FPGA Overview
6.2.3 Xilinx FPGA Example
6.2.4 FPGA Configuration
6.2.5 Xilinx Spartan-II FPGA Configuration Example
6.2.6 Boundary Scan
Chapter 7 Design of a USB Protocol Analyzer
7.1 Overview of USB Full-Speed Mode
7.1.1 Packet Transfer Protocol
7.1.2 Initialization Sequence
7.1.3 Physical Layer Interface
7.1.4 USB Packets
7.1.5 Cyclic Redundancy Checks
7.1.6 Observation of Actual USB Signals
7.2 Design Overview
7.2.1 State Machine
7.2.2 Subcircuit Partitioning
7.3 VHDL Solution
7.3.1 Digital Phase Locked Loop
7.3.2 NRZI-to-Binary Converter
7.3.3 CRC Checker Subcircuits
7.3.4 Packet ID Recognizer
7.3.5 State Machine Subcircuit
7.3.6 Top-Level Circuit
7.3.7 Test Bench Code for Entire Circuit
7.4 Simulation Results
Chapter 8 Design of Fast Arithmetic Units
8.1 Adder Designs
8.1.1 Ripple Carry adder
8.1.2 Carry Lookahead Adder
8.1.3 Carry Save Adder
8.2 Multiplier Designs
8.2.1 Combinational Multiplier
8.2.2 Sequential Multiplier
8.2.3 Fast Multiplication
8.2.4 Multiply-Accumulate Units
8.3 Pipelined Functional Units
8.3.1 Introduction to Pipelining
8.3.2 Pipelined Multiply-Accumulate Units
8.4 HDL Implementations
8.4.1 HDL Implementation Overview
8.4.2 HDL Design for a Pipelined Multiply-Accumulate Unit
8.4.3 Test Bench and Simulation Results
Chapter 9 Design of a Pipelined RISC Microprocessor
9.1 Introduction to Microprocessors
9.1.1 Reduced Instruction Set Computers
9.1.2 Basic Computer Operation
9.2 The THUMB Microprocessor Architecture
9.2.1 Thumb Programming Model
9.2.2 Overview of the THUMB Instruction Set
9.3 Instruction Pipeline Design
9.3.1 Pipeline Hazards
9.3.2 Hazard Prevention Techniques
9.3.3 Pipeline Hazard Solutions Adopted
9.4 HDL Implementation of the THUMB Pipeline
9.4.1 VHDL THUMB Implementation
9.4.2 Test Bench Based Verification
A THUMB Instruction Set Listing
商品描述(中文翻譯)
**描述:**
這本教科書旨在作為設計複雜數位邏輯電路的實用指南,例如數位控制電路、網路介面電路、流水線算術單元和RISC微處理器。這是一本進階的數位邏輯設計教科書,強調使用可合成的VHDL程式碼,並提供許多完整的實際設計範例,包括通用串行匯流排介面、流水線乘加單元和針對ARM THUMB架構的流水線微處理器。
**目錄:**
前言
第1章 數位邏輯設計簡介概述
1.1 數字格式
1.2 組合邏輯
1.2.1 組合邏輯元件
1.2.2 組合邏輯電路設計
1.3 序列邏輯
1.3.1 序列邏輯元件
1.3.2 同步序列電路設計
1.3.3 危害與故障
1.3.4 亞穩定性
第2章 使用硬體描述語言的數位邏輯設計
2.1 硬體描述語言
2.2 設計流程
2.3 合成
2.4 註冊傳輸級表示法
2.5 邏輯模擬
2.6 實際電路的特性
第3章 VHDL及測試平台介紹
3.1 概述
3.2 VHDL基礎
3.2.1 實體與架構
3.2.2 信號、數據、類型、常數與運算子
3.2.3 函式庫與套件
3.2.4 結構化與行為
3.3 測試與測試平台
3.3.1 製造測試
3.3.2 功能測試
3.3.3 測試平台
3.3.4 VHDL測試平台
3.4 更進階的VHDL概念
3.4.1 同時與序列VHDL
3.4.2 變數與信號
3.4.3 延遲建模
3.4.4 屬性
3.4.5 程序與函數
3.4.6 泛型與雙向匯流排建模
3.5 完整VHDL程式的構建
3.5.1 組合邏輯電路
3.5.2 序列邏輯電路
3.5.3 更複雜電路的行為建模
第4章 用於合成的高階VHDL編碼
4.1 註冊傳輸級表示法
4.2 組合邏輯合成
4.2.1 使用並行信號賦值語句進行組合邏輯
4.2.2 使用過程區塊進行組合邏輯
4.2.3 複雜的組合邏輯範例
4.3 序列邏輯合成
4.4 合成啟發式
4.5 使用商業工具進行合成
4.6 高階VHDL編碼
第5章 狀態機設計
5.1 手動狀態機設計
5.1.1 假代碼
5.1.2 RTL程式
5.1.3 數據通路
5.1.4 狀態圖
5.1.5 控制邏輯
5.1.6 使用ASM圖表的狀態機設計
5.2 基於自動合成的狀態機設計
5.2.1 基於自動合成的設計程序
5.2.2 算法到HDL程式碼轉換
5.3 設計範例:自動販賣機
5.3.1 自動販賣機的自動狀態機設計
5.3.2 自動販賣機的手動狀態機設計
5.3.3 時序圖
5.3.4 自動與手動設計之間的對應
5.4 設計範例:LCD控制器
5.4.1 目標LCD模組
5.4.2 VHDL解決方案
第6章 FPGA及其他可編程邏輯裝置
6.1 可編程邏輯裝置
6.1.1 電路自定義
6.1.2 可編程邏輯陣列
6.1.3 可編程只讀記憶體
6.1.4 可編程AND陣列邏輯
6.2 現場可編程閘陣列
6.2.1 閘陣列
6.2.2 FPGA概述
6.2.3 Xilinx FPGA範例
6.2.4 FPGA配置
6.2.5 Xilinx Spartan-II FPGA配置範例
6.2.6 邊界掃描
第7章 USB協議分析儀的設計
7.1 USB全速模式概述
7.1.1 封包傳輸協議
7.1.2 初始化序列
7.1.3 物理層介面
7.1.4 USB封包
7.1.5 循環冗餘檢查
7.1.6 實際USB信號的觀察
7.2 設計概述
7.2.1 狀態機
7.2.2 子電路分區
7.3 VHDL解決方案
7.3.1 數位相位鎖定迴路
7.3.2 NRZI到二進位轉換器
7.3.3 CRC檢查子電路
7.3.4 封包ID識別器
7.3.5 狀態機子電路
7.3.6 頂層電路
7.3.7 整個電路的測試平台程式碼
7.4 模擬結果
第8章 快速算術單元的設計
8.1 加法器設計
8.1.1 漣漪進位加法器
8.1.2 進位前瞻加法器
8.1.3 進位儲存加法器
8.2 乘法器設計
8.2.1 組合乘法器
8.2.2 序列乘法器
8.2.3 快速乘法
8.2.4 乘加單元
8.3 流水線功能單元
8.3.1 流水線介紹
8.3.2 流水線乘加單元
8.4 HDL實現
8.4.1 HDL實現概述
8.4.2 流水線乘加單元的HDL設計
8.4.3 測試平台與模擬結果
第9章 流水線RISC微處理器的設計
9.1 微處理器介紹
9.1.1 簡化指令集電腦
9.1.2 基本計算機操作
9.2 THUMB微處理器架構
9.2.1 THUMB編程模型
9.2.2 THUMB指令集概述
9.3 指令流水線設計
9.3.1 流水線危害
9.3.2 危害預防技術
9.3.3 採用的流水線危害解決方案
9.4 THUMB流水線的HDL實現
9.4.1 VHDL THUMB實現
9.4.2 基於測試平台的驗證
THUMB指令集清單