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第一部分 芯片器件与开发工具2

第1章 FPGA/CPLD开发基础2

1.1 FPGA/CPLD概述2

1.1.1 FPGA/CPLD与EDA、ASIC技术3

1.1.2 FPGA/CPLD与SOPC/SOC4

1.2 FPGA/CPLD硬件体系结构4

1.2.1 FPGA体系结构4

1.2.2 CPLD体系结构7

1.2.3 FPGA和CPLD的比较8

1.3 FPGA/CPLD的开发流程10

1.4 FPGA/CPLD的常用开发工具12

第2章 Altera FPGA/CPLD的结构15

2.1 Altera高密度FPGA15

2.2 Altera低成本FPGA19

2.2.1 主流低成本FPGA——Cyclone19

2.2.2 新一代低成本FPGA——Cy-cloneⅡ21

第3章 Quartus Ⅱ的基本应用25

3.1 Quartus Ⅱ软件的用户界面25

3.2 设计输入28

3.3 综合29

3.4 布局布线32

3.5 仿真33

3.6 编程与配置35

第4章 Quartus Ⅱ辅助设计工具的应用4.1 定制元件工具MegaWizard Plug-In Manager的使用39

4.1.1 IP核简介39

4.1.2 基本宏单元的定制41

4.2 RTL阅读器44

4.2.1 JRTL阅读器简介45

4.2.2 RTL阅读器用户界面45

4.2.3 原理图的分页和模块层次的切换46

4.2.4 使用RTL阅读器分析设计中的问题47

4.3 SignalTapII逻辑分析器48

4.4 时序收敛平面布局规划器（Timing Closure Floorplan）52

4.4.1 使用Timing Closure Floorplan分析设计52

4.4.2 使用Timing Closure Floorplan优化设计54

4.5 Chip Editor底层编辑器54

4.5.1 Chip Editor功能简介54

4.5.2 使用Chip Editor的设计流程55

4.5.3 Chip Editor视图55

4.5.4 资源特性编辑器55

4.5.5 Chip Editor一般应用57

4.6 时钟管理57

4.6.1 时序问题57

4.6.2 锁相环应用60

4.7 片外高速存储器65

4.8 时序约束与时序分析65

4.9 设计优化67

第5章 ModelSim SE的基本应用70

5.1 基本仿真70

5.1.1 仿真基本流程70

5.1.2 创建工作设计库70

5.1.3 编译设计源文件71

5.1.4 装载设计单元到仿真器71

5.1.5 运行仿真器72

5.1.6 在源代码中设置断点单步运行74

5.2 ModelSim SE工程75

5.2.1 创建新工程75

5.2.2 编译源文件到工作库和装载设计到仿真器中76

5.2.3 用文件夹方式组织工程77

5.2.4 添加仿真器配置文件到工程中77

5.3 波形分析79

第二部分 Nios Ⅱ理论基础84

第6章 Nios Ⅱ处理器84

6.1 Nios Ⅱ处理器系统简介84

6.2 Nios Ⅱ处理器体系结构86

6.2.1 处理器体系结构简介86

6.2.2 处理器的实现87

6.2.3 寄存器文件88

6.2.4 算术逻辑单元88

6.2.5 异常和中断的控制89

6.2.6 存储器与I/O组织89

6.2.7 硬件辅助调试模块92

6.3 Nios Ⅱ内核的三种类型92

6.3.1 Nios Ⅱ/f核93

6.3.2 Nios Ⅱ/s核94

6.3.3 Nios Ⅱ/e核94

6.4 Nios Ⅱ内核在SOPC Builder中的实现95

6.4.1 Nios Ⅱ核的选择95

6.4.2 缓存与紧耦合存储器的设置95

6.4.3 JTAG调试模块级别的选择96

6.4.4 用户指令接口97

第7章 Avalon总线规范99

7.1 概述99

7.2 术语和概念100

7.3 Avalon总线传输103

7.3.1 主端口接口与从端口接口103

7.3.2 Avalon总线时序103

7.3.3 Avalon总线信号104

7.4 Avalon从端口传输104

7.4.1 从传输的Avalon总线信号105

7.4.2 Avalon总线上的从端口读传输106

7.4.3 在Avalon总线上的从端口写传输110

7.5 Avalon主端口传输114

7.5.1 主传输的Avalon信号115

7.5.2 Avalon总线上的基本主端口读传输116

7.5.3 Avalon总线上的基本主端口写传输117

7.6 高级Avalon总线传输119

7.6.1 流传输模式119

7.6.2 Avalon总线控制信号124

7.7 片外设备与Avalon总线接口125

7.7.1 从传输的Avalon三态信号126

7.7.2 无延迟的Avalon三态从端口读传输127

7.7.3 Avalon三态从端口写传输128

第8章 Nios Ⅱ系统开发设计基础130

8.1 Nios Ⅱ系统设计开发流程概述130

8.2 SOPC Builder进行硬件开发130

8.2.1 SOPC Builder简介130

8.2.2 SOPC Builder开发流程133

8.2.3 用户自定义组件创建与使用137

8.3 Nios Ⅱ IDE软件开发137

8.3.1 Nios Ⅱ IDE简介138

8.3.2 Nios Ⅱ IDE开发流程140

8.3.3 HAL系统库151

8.3.4 高级编程181

第三部分 Nios Ⅱ实践开发194

第9章 Nios Ⅱ系统设计基础开发实例初级篇9.1 Hello_world实验194

9.1.1 实验目的194

9.1.2 实验内容194

9.1.3 实验步骤194

9.2 LED实验201

9.2.1 实验目的201

9.2.2 实验内容201

9.2.3 实验步骤201

9.3 基于Nios Ⅱ的UART串口实验205

9.3.1 实验目的205

9.3.2 实验内容205

9.3.3 实验步骤206

9.4 PIO实验210

9.4.1 实验目的210

9.4.2 实验内容211

9.4.3 实验步骤211

第10章 Nios Ⅱ系统设计综合提高实例中级篇10.1 Flash存储器实验221

10.1.1 实验目的221

10.1.2 实验内容221

10.1.3 实验步骤221

10.2 SSRAM和SDRAM存储器实验230

10.2.1 实验目的230

10.2.2 实验内容231

10.2.3 实验步骤231

10.3 DMA实验238

10.3.1 实验目的238

10.3.2 实验内容239

10.3.3 实验原理239

10.3.4 实验步骤239

10.4 VGA实验245

10.4.1 实验目的245

10.4.2 实验内容245

10.4.3 实验步骤245

10.5 Nios Ⅱ自定义指令实验251

10.5.1 实验目的251

10.5.2 实验内容251

10.5.3 实验原理251

10.5.4 实验步骤254

第11章 基于嵌入式操作系统的Nios Ⅱ系统设计与应用高级篇11.1 Hello μC/OS-Ⅱ实验259

11.1.1 实验目的259

11.1.2 实验内容259

11.1.3 实验步骤259

11.2 基于μC/OS-Ⅱ的TCP/IP SocketServer实验262

11.2.1 实验目的262

11.2.2 实验内容263

11.2.3 实验步骤263

11.3 μClinux内核与根文件系统的移植及Flash在μClinux下的使用实验268

11.3.1 实验目的268

11.3.2 实验内容269

11.3.3 实验步骤269

11.3.4 Linux简介283

11.4 μClinux下应用程序的建立与使用实验284

11.4.1 实验目的284

11.4.2 实验内容284

11.4.3 实验步骤285

11.5 μClinux下Ethernet通信实验287

11.5.1 实验目的287

11.5.2 实验内容288

11.5.3 实验步骤288

11.6 μClinux下USB接口实验299

11.6.1 实验目的299

11.6.2 实验内容299

11.6.3 实验步骤299

参考文献316