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目 录1

第1章数字系统设计概述1

1.1数字系统发展概述1

1.1.1数字系统和集成电路技术发展简史1

1.1.2数字系统与SOC设计技术4

1.1.3数字系统设计和EDA4

1.2数字系统设计方法5

1.2.1数字系统设计描述5

1.2.2设计过程9

1.2.3设计方法13

9.2.2 IP核的开发应用 315

1.2.4硬件描述语言的特点15

第2章数字系统的建模和结构17

2.1设计与模型17

2.2数字系统的模型18

2.3数字系统的结构25

第3章数字系统的算法描述32

3.1数字系统算法流程图描述32

3.1.1算法流程图的符号及其描述方法32

3.1.2算法流程图描述数字系统实例34

3.2状态机及算法状态机图描述37

3.2.1状态机分类及其特点37

3.2.2算法状态机流程图的符号及其描述方法39

3.2.3算法状态机图描述实例40

3.2.4算法流程图至状态图的变换方法42

3.2.5状态图至算法状态机图的变换方法44

3.2.6 C语言流程图至算法状态机图的变换46

第4章数字系统的VHDL语言描述53

4.1 VHDL语言描述数字系统的基本方法53

4.1.1 VHDL语言描述电路的基本方法53

4.1.2常数、变量、信号所描述的对象59

4.1.3数据类型61

4.1.4运算操作符69

4.1.5属性（ATTRIBUTE）描述73

4.2 VHDL语言的基本设计单元74

4.2.1 VHDL语言的基本设计单元构成75

4.2.2构造体的子结构描述77

4.2.3 库、包集合及配置86

4.3 VHDL语言构造体的描述方式91

4.3.1 构造体的行为描述方式91

4.3.2构造体的寄存器传输（RTL）描述方式98

4.3.3构造体的结构描述方式105

4.4 VHDL语言的主要描述语句108

4.4.1 顺序描述语句108

4.4.2并发描述语句125

4.5基本逻辑电路设计实例138

4.5.1组合逻辑电路设计138

4.5.2 时序电路设计153

第5章数字系统设计的基本步骤和有关技巧168

5.1数字系统设计的一般步骤168

5.1.1系统需求分析168

5.1.2算法设计168

5.1.5系统具体设计169

5.1.3算法描述169

5.1.4系统结构选择169

5.2.1并发处理的基本概念170

5.2数字系统并发处理的设计170

5.1.6系统仿真与验证170

5.2.2并发处理的基本方法171

5.3数字系统的算法描述176

5.3.1简化CPU的功能要求176

5.3.2 CPU的行为描述177

5.3.3 CPU的状态机描述181

5.3.4 CPU的VHDL语言描述（RTL描述）182

5.4系统结构的选择和设计192

5.4.1 数字系统的基本结构193

5.4.2数字系统模块划分的原则194

5.4.3系统模块之间的连接195

5.4.4系统模块之间的通信198

5.4.5数字系统结构的选择201

5.5数字系统优化的基本方法201

5.5.1相同电路的处理202

5.5.2改变运算顺序优化电路203

5.5.3尽量进行常数运算204

5.5.4使用相同的运算电路204

5.6数字系统设计中的几个工程实际问题208

5.6.1提高系统工作速度的方法208

5.5.5优化的必要性及其工程实际意义208

5.6.2缩小电路规模和降低功耗的方法216

5.6.3系统误操作成因及其消除方法223

5.6.4非同步信号的控制方法232

5.6.5典型状态机状态编码的选择237

第6章典型EDA开发工具介绍243

6.1简介243

6.2 MAX+Plus Ⅱ使用说明244

6.2.1 MAX+Plus Ⅱ概况244

6.2.2建立和编辑一个VHDL 语言的工程文件247

6.2.3 VHDL语言程序的编译250

6.2.4 VHDL语言程序的仿真253

6.3.1 Active-HDL概况259

6.3 Active-HDL使用说明259

6.3.2建立一个新的设计项目264

6.3.3文件的编译及结构管理269

6.3.4设计文件波形仿真271

6.3.5生成测试平台并单步跟踪文件276

第7章仿真、逻辑综合和下载282

7.1数字系统的仿真282

7.1.1仿真输入信息的产生282

7.1.2仿真模块的编写284

7.1.3仿真Δ286

7.1.4不同级别的仿真要求287

7.2数字系统的逻辑综合288

7.2.1 RT描述至未优化的布尔描述的转换289

7.2.2布尔优化描述289

7.2.3 门级映射290

7.3数字系统的下载290

7.3.1下载前的准备290

7.3.2配置291

8.1组合逻辑检测293

第8章数字系统检测与可检测性设计293

8.2 时序电路检测295

8.3扫描检测296

8.4边界扫描298

8.5 内置自测试300

第9章SOC和硬件／软件协同设计技术301

9.1硬件／软件（HW/SW）协同设计概述301

9.1.1硬件／软件协同设计方法学301

9.1.2数字系统的设计流程303

9.2 SOC的开发应用及IP技术313

9.2.1 SOC的开发应用313

9.2.3 SOC的设计方法317

9.3可编程单片系统（SOPC）及其设计工具319

9.3.1 SOPC概述319

9.3.2 Altera的SOPC解决方案321

9.3.3 Quartus Ⅱ设计软件323

9.3.4 Sopc Builder自动设计工具324

第1 0章数字系统设计实例328

10.1 UART串行接口芯片设计实例328

10.1.1 UART引脚及内部结构328

10.1.2串行数据传送格式及控制字和状态字329

10.1.3 UART芯片功能算法流程图描述331

10.1.4 UART芯片的算法状态机图描述333

10.1.5 UART芯片的VHDL语言描述335

10.1.6 UART芯片的仿真346

10.2洗衣机洗涤控制电路设计实例349

10.2.1洗衣机洗涤控制电路的性能要求349

10.2.2洗衣机洗涤控制电路的结构350

10.2.3洗衣机洗涤控制电路的算法状态机图描述351

10.2.4洗衣机洗涤控制电路的VHDL语言描述356

习题与思考题369

参考文献376