嵌入式系統設計

本書以FPGA為硬件平臺的嵌入式系統設計是現代電子技術研究和應用的熱點領域之一。為了使電類相關專業的本科高年級學生和研究生能夠提高電子系統綜合設計水平，瞭解基於FPGA的嵌入式系統設計實現的一般方法和基礎知識，本書遵循由系統到單元的研究方法，以典型單元應用電路為例，通過實驗的手段研究FPGA的應用開發技術。主要介紹基於FPGA的EDA基本概念和基本原理；Verilog HDL語言基本知識；FPGA開發流程中的編譯、綜合、模擬、適配、佈局布線以及調試等環節；SOPC的基本概念及初步開發技術等內容。 本書適用於嵌入式系統設計課程以及電子技術EDA相關課程，在使用過程中可根據學生所學專業和教學層次進行裁剪和內容調整，也可以作為電子技術工程設計人員的參考書。

目錄

第1章嵌入式系統概述

1.1嵌入式系統簡介

1.2嵌入式處理器的類型及應用

1.2.1ARM處理器

1.2.2DSP

1.2.3FPGA

1.3可編程邏輯器件的基本結構

1.4嵌入式系統設計流程

1.5嵌入式系統在信息化裝備中的應用

1.5.1無人戰車視覺圖像採集與處理系統

1.5.2遠程火箭炮火控系統

第2章嵌入式系統開發環境

2.1嵌入式系統開發EDA工具

2.1.1Quartus Ⅱ開發環境

2.1.2ISE開發環境

2.1.3Quartus Ⅱ與ISE的比較和選擇

2.2Quartus Ⅱ開發環境基本知識

2.2.1Quartus Ⅱ設計流程和集成工具

2.2.2Quartus Ⅱ用戶界面

2.3設計輸入

2.3.1建立工程

2.3.2輸入方式

2.4約束輸入

2.4.1使用分配編輯器

2.4.2使用引腳規劃器

2.4.3使用Settings對話框

2.5綜合

2.5.1使用Quartus Ⅱ集成的綜合工具

2.5.2使用其他EDA綜合工具

2.5.3使用RTL查看器和狀態機查看器分析綜合結果

2.6佈局布線

2.6.1設置Fitter選項

2.6.2設置物理綜合優化選項

2.6.3通過反標保留分配

2.7模擬

2.7.1Quartus Ⅱ模擬器設置

2.7.2功能模擬與時序模擬

2.8編程和配置

2.8.1建立編程文件

2.8.2器件編程和配置

2.9Quartus Ⅱ軟件開發過程

2.9.1原理圖輸入文件的建立

2.9.2圖表模塊輸入

2.9.3原理圖設計流程

第3章Verilog HDL初步

3.1硬件描述語言簡介

3.1.1概述

3.1.2Verilog HDL

3.1.3VHDL

3.1.4Verilog HDL與VHDL的比較

3.2Verilog HDL的語法規則

3.2.1詞法規定

3.2.2邏輯值集合

3.2.3常量及其表示

3.2.4變量的數據類型

3.2.5Verilog HDL運算符

3.2.6賦值語句

3.3Verilog HDL基礎與程序結構

3.3.1模塊

3.3.2時延

3.3.3常用語句

3.3.4系統任務和函數

3.3.5編譯指令

3.4Verilog HDL的建模

3.4.1門級元件

3.4.2數據流建模

3.4.3行為級建模

3.4.4結構化建模

3.4.5混合設計描述方式

3.5基於Verilog HDL的數字電路基本設計

3.5.1簡單組合邏輯設計

3.5.2簡單時序邏輯電路的設計

3.5.3利用條件語句實現較復雜的時序邏輯電路

3.5.4設計時序邏輯時採用阻塞賦值與非阻塞賦值的區別

3.5.5用always塊實現較復雜的組合邏輯電路

3.5.6在Verilog HDL 中使用函數

3.5.7在Verilog HDL中使用任務

3.5.8利用有限狀態機進行復雜時序邏輯的設計

3.5.9利用狀態機的嵌套實現層次結構化設計

3.5.10通過模塊之間的調用實現自頂向下的設計

第4章嵌入式系統硬件基礎

4.1嵌入式器件及開發技術發展趨勢

4.1.1FPGA與CPLD的比較

4.1.2下一代可編程邏輯設計技術展望

4.1.3EDA設計方法發展趨勢

4.2FPGA系統設計基礎

4.2.1Altera FPGA/CPLD的結構

4.2.2FPGA設計工具

4.2.3FPGA設計流程

4.2.4FPGA與其他嵌入式處理器的協同處理系統設計

4.3嵌入式系統電路板設計

4.3.1信號完整性

4.3.2電源完整性設計

4.3.3功耗分析和熱設計

4.3.4高速PCB設計註意事項

第5章SOPC技術

5.1SOPC硬件開發環境及硬件開發流程

5.2Nios Ⅱ IDE集成開發環境

5.3SOPC Builder設計流程

5.4Nios Ⅱ體系結構

5.4.1Nios Ⅱ處理器系統

5.4.2AvalonMM總線架構

5.5Nios Ⅱ系統典型應用

5.6DSP Builder工具

5.6.1DSP Builder設計流程

5.6.2DSP Builder與SOPC Builder一起構建系統

5.7Avalon總線規範

5.7.1Avalon總線

5.7.2Avalon交換結構

5.7.3Avalon互連規範基本概念

5.7.4Avalon總線信號

5.7.5Avalon的中斷與復位信號

5.8SOPC軟件設計流程和方法

5.8.1SOPC Builder簡介

5.8.2SOPC Builder設計流程

5.9IP核

5.9.1IP的概念

5.9.2Altera IP核

5.9.3Altera IP核在設計中的作用

5.9.4使用Altera IP核

第6章嵌入式系統設計實訓

6.1嵌入式系統開發環境基本操作

6.2數字器件（計數器）EDA設計

6.3數字鎖相環設計

6.4字符LCD液晶顯示控制

6.5高速A/D數據採集和高速D/A接口實驗

6.6矩陣鍵盤控制接口

6.7正弦信號發生器設計

6.8AIC23語音採集處理系統實驗

6.9SOPC標準系統硬件平臺的定製

6.10直流電機直流脈寬調制(PWM)實驗

附錄ABICEEDA/SOPC IEELS實驗開發平臺簡介

附錄BUSB Blaster下載器的安裝

參考文獻