FPGA數(shù)字電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)實(shí)例導(dǎo)航

第1章 可編程邏輯器件與FPGA 1
1.1 可編程邏輯器件概述 1
1.1.1 可編程邏輯器件簡(jiǎn)介 1
1.1.2 發(fā)展歷史 1
1.1.3 可編程邏輯器件與設(shè)計(jì)軟件 2
1.2 FPGA概述 2
1.2.1 FPGA簡(jiǎn)介 2
1.2.2 FPGA的優(yōu)點(diǎn) 3
1.2.3 FPGA的分類和使用 4
1.2.4 主要FPGA供應(yīng)商一覽 5
1.3 總結(jié) 6
第2章 VHDL與Verilog HDL 7
2.1 VHDL簡(jiǎn)介 7
2.1.1 VHDL的歷史 7
2.1.2 VHDL的特點(diǎn) 7
2.2 VHDL程序基本結(jié)構(gòu) 8
2.2.1 實(shí)體的申明方法 9
2.2.2 結(jié)構(gòu)體的描述方法 10
2.2.3 程序包和程序包體 15
2.2.4 配置的申明方法 16
2.2.5 VHDL程序的庫(kù) 17
2.3 VHDL語(yǔ)言的數(shù)據(jù)類型和運(yùn)算符 19
2.3.1 VHDL語(yǔ)言的數(shù)據(jù)對(duì)象 20
2.3.2 VHDL語(yǔ)言的數(shù)據(jù)類型 21
2.3.3 VHDL語(yǔ)言的運(yùn)算符 25
2.4 VHDL語(yǔ)言的描述語(yǔ)句 27
2.4.1 VHDL順序語(yǔ)句描述方法 27
2.4.2 VHDL并行語(yǔ)句描述方法 32
2.5 VHDL語(yǔ)言的預(yù)定義屬性 34
2.5.1 值類預(yù)定義屬性 34
2.5.2 函數(shù)類預(yù)定義屬性 34
2.5.3 信號(hào)類預(yù)定義屬性 35
2.5.4 數(shù)據(jù)類型類預(yù)定義屬性 36
2.5.5 數(shù)據(jù)范圍類預(yù)定義屬性 36
2.6 Verilog HDL簡(jiǎn)介 36
2.6.1 Verilog HDL的歷史 36
2.6.2 Verilog HDL的特點(diǎn) 36
2.7 Verilog HDL程序基本結(jié)構(gòu) 37
2.8 Verilog HDL語(yǔ)言的數(shù)據(jù)類型和運(yùn)算符 38
2.8.1 標(biāo)識(shí)符 38
2.8.2 數(shù)據(jù)類型 38
2.8.3 模塊端口 39
2.8.4 值集合 39
2.8.5 表達(dá)式 41
2.9 Verilog HDL語(yǔ)言的描述語(yǔ)句 42
2.9.1 門級(jí)建模形式 42
2.9.2 數(shù)據(jù)流建模形式 43
2.9.3 行為建模形式 44
2.10 小結(jié) 50
第3章 使用ISE進(jìn)行FPGA開(kāi)發(fā) 51
3.1 ISE簡(jiǎn)介 51
3.2 ISE和ModelSim的安裝 52
3.2.1 系統(tǒng)要求 52
3.2.2 ISE的安裝 52
3.2.3 ModelSim安裝 55
3.2.4 關(guān)聯(lián)ISE和ModelSim 56
3.3 ISE的使用方法 57
3.3.1 ISE界面介紹 57
3.3.2 使用ISE的開(kāi)發(fā)流程 60
3.3.3 使用ISE編寫HDL模塊 62
3.3.4 使用語(yǔ)言模版輔助設(shè)計(jì) 68
3.3.5 使用ISE編寫測(cè)試平臺(tái) 69
3.3.6 使用ISE編寫頂層模塊 75
3.3.7 使用ISE編寫約束文件 79
3.3.8 設(shè)計(jì)的綜合和實(shí)現(xiàn) 81
3.3.9 硬件編程和下載 82
3.4 小結(jié) 83
第4章 模擬I2C協(xié)議 84
4.1 I2C總線解析 84
4.1.1 I2C總線概述 84
4.1.2 I2C協(xié)議的基本概念 84
4.1.3 I2C協(xié)議的時(shí)序要求 85
4.2 模擬I2C接口程序的基本框架 87
4.3 I2C協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn) 89
4.3.1 位傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn) 89
4.3.2 字節(jié)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn) 99
4.3.3 程序主體的實(shí)現(xiàn) 106
4.4 程序的仿真與測(cè)試 110
4.4.1 主節(jié)點(diǎn)的仿真 111
4.4.2 從節(jié)點(diǎn)的仿真 113
4.4.3 仿真主程序 119
4.4.4 仿真結(jié)果 125
4.5 小結(jié) 126
第5章 UART控制器 127
5.1 計(jì)算機(jī)接口技術(shù)簡(jiǎn)介 127
5.1.1 常用的計(jì)算機(jī)接口簡(jiǎn)介 127
5.1.2 計(jì)算機(jī)接口的控制方式 128
5.2 RS-232串口通信簡(jiǎn)介 129
5.2.1 串口通信概述 129
5.2.2 RS-232協(xié)議 130
5.2.3 RS-232通信時(shí)序和UART 133
5.2.4 串口通信實(shí)現(xiàn)方案 134
5.3 使用FPGA實(shí)現(xiàn)UART 134
5.3.1 UART實(shí)現(xiàn)原理 134
5.3.2 UART工作流程 136
5.3.3 信號(hào)監(jiān)測(cè)器模塊的實(shí)現(xiàn) 137
5.3.4 波特率發(fā)生器模塊的實(shí)現(xiàn) 139
5.3.5 移位寄存器模塊的實(shí)現(xiàn) 143
5.3.6 奇偶校驗(yàn)器模塊的實(shí)現(xiàn) 145
5.3.7 總線選擇器模塊的實(shí)現(xiàn) 147
5.3.8 計(jì)數(shù)器模塊的實(shí)現(xiàn) 149
5.3.9 UART內(nèi)核模塊的實(shí)現(xiàn) 151
5.3.10 UART頂層模塊的實(shí)現(xiàn) 164
5.3.11 測(cè)試平臺(tái)的編寫和仿真 172
5.4 小結(jié) 178
第6章 USB接口控制器 179
6.1 USB接口簡(jiǎn)介 179
6.1.1 USB發(fā)展歷史 179
6.1.2 USB特點(diǎn)和應(yīng)用 179
6.2 USB體系結(jié)構(gòu) 180
6.2.1 USB系統(tǒng)描述 180
6.2.2 USB物理接口 181
6.2.3 USB電源管理 182
6.2.4 USB設(shè)備 183
6.2.5 USB主機(jī) 183
6.3 USB通信原理 183
6.3.1 USB傳輸模型 184
6.3.2 USB設(shè)備檢測(cè)過(guò)程 188
6.4 USB系統(tǒng)開(kāi)發(fā) 196
6.4.1 USB硬件系統(tǒng) 196
6.4.2 USB接口芯片PDIUSBD12 197
6.5 USB設(shè)計(jì)實(shí)例 210
6.5.1 設(shè)計(jì)需求分析 210
6.5.2 設(shè)計(jì)方案 211
6.6 FPGA固件開(kāi)發(fā) 211
6.6.1 固件模塊劃分 211
6.6.2 自定義包編寫 212
6.6.3 分頻器模塊的實(shí)現(xiàn) 215
6.6.4 沿控制模塊的實(shí)現(xiàn) 216
6.6.5 輸入/輸出切換模塊的實(shí)現(xiàn) 217
6.6.6 請(qǐng)求處理模塊的實(shí)現(xiàn) 219
6.6.7 設(shè)備收發(fā)器模塊的實(shí)現(xiàn) 222
6.6.8 測(cè)試平臺(tái)的編寫 233
6.7 USB驅(qū)動(dòng)和軟件開(kāi)發(fā) 235
6.7.1 USB驅(qū)動(dòng)編寫 235
6.7.2 USB軟件編寫 241
6.8 小結(jié) 243
第7章 數(shù)字視頻信號(hào)處理器 245
7.1 視頻信號(hào)概述 245
7.1.1 視頻信號(hào)處理的基本過(guò)程 246
7.1.2 數(shù)字圖像處理技術(shù)概念 246
7.1.3 數(shù)字視頻信號(hào)的格式 247
7.2 視頻信號(hào)處理的框架 248
7.2.1 視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊 248
7.2.2 視頻數(shù)據(jù)計(jì)算模塊 249
7.2.3 通信模塊 249
7.3 視頻信號(hào)處理的電路 250
7.3.1 中央控制器FPGA 250
7.3.2 電視信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊電路 250
7.3.3 圖像緩存部分電路 253
7.4 視頻處理程序的具體實(shí)現(xiàn) 254
7.4.1 主體程序的實(shí)現(xiàn) 254
7.4.2 視頻圖像數(shù)據(jù)采集程序的實(shí)現(xiàn) 256
7.4.3 SRAM的讀寫控制 263
7.5 程序測(cè)試與運(yùn)行 266
7.5.1 測(cè)試程序 266
7.5.2 測(cè)試結(jié)果 273
7.6 小結(jié) 274
第8章 VGA/LCD顯示控制器 275
8.1 VGA顯示原理 275
8.1.1 圖像顯示原理 275
8.1.2 常用視頻顯示標(biāo)準(zhǔn) 276
8.2 VGA/LCD顯示控制器的基本框架 276
8.3 VGA/LCD顯示控制器程序的實(shí)現(xiàn) 277
8.3.1 頂層程序--vga_top 277
8.3.2 顏色查找表--Color Lookup Table 278
8.3.3 顏色處理器--Color Processor 285
8.3.4 光標(biāo)處理器--Cursor Processor 295
8.3.5 視頻定時(shí)產(chǎn)生器--Video Timing Generator 301
8.3.6 輸出FIFO 306
8.4 程序的仿真與測(cè)試 309
8.5 小結(jié) 322
第9章 CAN總線控制器 323
9.1 CAN總線協(xié)議解析 323
9.1.1 CAN總線通信模型 324
9.1.2 CAN總線協(xié)議中的基本概念 324
9.1.3 報(bào)文的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 325
9.1.4 位時(shí)序（Bit Timing） 327
9.1.5 同步（Synchronization） 328
9.2 CAN通信控制器程序基本框架 328
9.2.1 SJA1000CAN通信控制器 328
9.2.2 CAN通信控制器程序框架 329
9.3 CAN通信控制器的具體實(shí)現(xiàn) 330
9.3.1 頂層控制程序--TOP 331
9.3.2 寄存器控制 332
9.3.3 位時(shí)序邏輯--Bit Timing Logic 339
9.3.4 位數(shù)據(jù)流處理器--Bit Stream Processor 342
9.3.5 CRC校驗(yàn) 357
9.3.6 FIFO 357
9.4 程序的仿真與測(cè)試 360
9.5 小結(jié) 365
第10章 以太網(wǎng)控制器（MAC） 366
10.1 以太網(wǎng)基本原理 366
10.1.1 以太網(wǎng)協(xié)議的參考模型 366
10.1.2 MAC子層 368
10.1.3 媒體無(wú)關(guān)接口（Media Independent Interface） 369
10.2 以太網(wǎng)控制器（MAC）的基本框架 370
10.3 以太網(wǎng)控制器（MAC）程序的實(shí)現(xiàn) 371
10.3.1 頂層程序--eth_top 371
10.3.2 媒體無(wú)關(guān)接口模塊（Media Independent Interface Module） 373
10.3.3 數(shù)據(jù)發(fā)送模塊 379
10.3.4 數(shù)據(jù)接收模塊 392
10.3.5 控制模塊 399
10.4 程序的仿真與測(cè)試 405
10.4.1 頂層程序 405
10.4.2 外部PHY芯片模擬程序 408
10.4.3 仿真結(jié)果 418
10.5 小結(jié) 419