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Verilog HDL程序设计与实践(云创工作室)

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  • 日期: 2018-06-19
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标签: Verilog

Verilog

云创工作室的资料,很经典的,

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Verilog HDL 硬件描述语言 程序设计与实践教程 云创工作室 人民邮电出版社 1 前言 目前,EDA 技术已经成为现代电子设计领域的基本手段,涵盖印制电路板PCB设计 可编程逻辑芯片开发专用集成芯片设计以及系统验证等诸多领域硬件描述语言HDL 是 EDA 技术中的一个重要组成部分,可应用于除 PCB 设计外的各个领域 Verilog HDL 语言为两个主流 HDL 语言之一另一个是 VHDL 语言,在全球范围具有 广泛的用户群,具有超过 80的行业覆盖率在美国,使用 Verilog HDL 进行设计的工程师 大约有 l0 多万人,占 HDL 设计行业工程师的 90左右,并有超过 200 多所大学开设有 Verilog HDL 语言的相关课程,包括斯坦福大学卡梅隆大学这样的著名高校在中国,业界大约有 一半的工程师在使用 Verilog HDL 语言,并且这一比例还在快速上升在教育界有以夏宇闻 老师为代表的各位前辈进行了初期推广,......

Verilog HDL 硬件描述语言 程序设计与实践教程 云创工作室 人民邮电出版社 1 前言 目前,EDA 技术已经成为现代电子设计领域的基本手段,涵盖印制电路板(PCB)设计、 可编程逻辑芯片开发、专用集成芯片设计以及系统验证等诸多领域。硬件描述语言(HDL) 是 EDA 技术中的一个重要组成部分,可应用于除 PCB 设计外的各个领域。 Verilog HDL 语言为两个主流 HDL 语言之一(另一个是 VHDL 语言),在全球范围具有 广泛的用户群,具有超过 80%的行业覆盖率。在美国,使用 Verilog HDL 进行设计的工程师 大约有 l0 多万人,占 HDL 设计行业工程师的 90%左右,并有超过 200 多所大学开设有 Verilog HDL 语言的相关课程,包括斯坦福大学、卡梅隆大学这样的著名高校。在中国,业界大约有 一半的工程师在使用 Verilog HDL 语言,并且这一比例还在快速上升;在教育界有以夏宇闻 老师为代表的各位前辈进行了初期推广,目前已具备较大的应用规模。其实就学习难度而言, Verilog HDL 语言要比 VHDL 简单的多,且和 C 语言语法风格类似,更容易被在校大学生和 初学者接受。 Verilog HDL 语言的学习是一个实践性很强的过程,直接上手就去完成芯片设计,需要 大量的资金和昂贵的成本,并面临极大的风险,对于大多数在校学生、工程师和企业而言都 是无法承受的,因此可编程逻辑器件(CPLD、FPGA)就成为最好的学习和创新平台。为了 让更多的在校学生和初学者更好地切近行业需求,同时为了改善高校教学内容,Xilinx 大学 计划(Xilinx 公司是全球最大的可编程逻辑器件提供商)和上海智翔信息服务技术有限公司 推出了一系列教材和相关课程,本书也是其中的一本,通过 Xilinx 公司的 FPGA 平台来介绍 基于 Verilog HDL 语言开发的相关知识。 本书按照开门见山、自顶向下的方式来组织内容,在介绍相关知识点之前,先告诉读者 其出现的背景、本质特征以及如何语法,让读者不仅掌握基本语法,并能够获得深层次理解。 全书内容分为 13 章,第 1 章为 EDA 设计与 Verilog HDL 语言概述;第 2 章 Verilog HDL 基 础与开发平台操作指南;第 3 章为 Verilog HDL 程序结构;第 4 章为 Verilog HDL 语言基本要 素;第 5 章为面向综合的描述语句;第 6 章为面向验证和仿真的描述语句;第 7 章为系统任 务和编译预处理语句;第 8 章为 Verilog HDL 难点解析;第 9 章为高级逻辑设计思想与代码 风格;第 10 章为可综合状态机开发实例;第 11 章为常用逻辑的 Verilog HDL 实现;第 12 章 为 Xilinx 硬核模块的 Verilog HDL 调用;第 13 章为 RS232 串口总线接口模块的设计。本章 均附有一定的思考题,供读者练习和自我检查。 本书语言简洁,层次清晰,以 Verilog HDL 语言的各方面开发为主线,遵照硬件应用系 统开发的基本步骤和思路进行详细讲解,并穿插 ISE 开发工具的操作技巧与注意事项,具备 很强的可读性、指导性和实用性。本书在成书过程中,参考了多篇文献,包括书籍和论文, 这里向其作者表示感谢。本书是云创工作室的团队合作的成果,在这里感谢给予我们支持、 帮助的师长和朋友们。 本书主要面向通信、电子、计算机等相关专业大学生,也适合从事电子设计和开发人员 阅读,特别是希望系统学习 Verilog HDL 语言的工程师。 2 目录 前言...................................................................................................................................................2 目录...................................................................................................................................................3 第 1 章 EDA 设计与 Verilog HDL 语言概述 .............................................................................11 1.1 EDA 设计概述..................................................................................................................11 1.1.1 EDA 技术简介....................................................................................................11 1.1.2 EDA 与传统电子系统设计方法.........................................................................12 1.1.3 可编程逻辑器件对 EDA 技术的要求................................................................14 1.2 Verilog HDL 语言简介 .....................................................................................................15 1.2.1 硬件描述语言说明 .............................................................................................15 1.2.2 Verilog HDL 语言的历史....................................................................................16 1.2.3 Verilog HDL 语言的能力....................................................................................16 1.2.4 Verilog HDL 和 VHDL 语言的比较...................................................................17 1.2.5 Verilog HDL 和 C 语言的比较...........................................................................18 1.3 Verilog HDL 语言的描述层次说明..................................................................................18 1.3.1 Verilog HDL 语言描述能力综述........................................................................18 1.3.2 系统级和算法级建模..........................................................................................19 1.3.3 RTL 级建模.........................................................................................................19 1.3.4 门级和开关级建模 .............................................................................................19 1.4 基于 Verilog HDL 语言的 CPLD/FPGA 开发流程 ........................................................20 1.5 Verilog HDL 语言的可综合与仿真特性..........................................................................22 1.5.1 Verilog HDL 语句的可综合性说明....................................................................22 1.5.2 Verilog HDL 语句的仿真特性说明....................................................................23 1.6 本章小结..........................................................................................................................24 1.7 思考题..............................................................................................................................24 第 2 章 Verilog HDL 基础与开发平台操作指南........................................................................25 2.1 Verilog HDL 程序开发的必备知识..................................................................................25 2.1.1 数字的表示形式 .................................................................................................25 2.1.2 常用术语解释 .....................................................................................................27 2.1.2 Verilog HDL 程序的优劣判断指标....................................................................28 2.2 Verilog HDL 程序设计模式..............................................................................................29 2.2.1 自顶向下的设计模式..........................................................................................29 2.2.2 层次、模块化模式 .............................................................................................30 2.2.3 IP 核的重用.........................................................................................................30 2.3 Xilinx Spartan 3E 系列 FPGA 简介..................................................................................31 2.3.1 Spartan-3E 系列 FPGA 简介 ..............................................................................32 3 2.3.2 Spartan-3E 系列 FPGA 结构说明.......................................................................32 2.4 ISE 快速入门....................................................................................................................36 2.4.1 ISE 操作基础 ......................................................................................................36 2.4.2 新建工程 .............................................................................................................40 2.4.3 Verilog HDL 代码的输入与功能仿真................................................................41 2.4.4 Xilinx IP 核的使用..............................................................................................46 2.4.5 用户约束输入 .....................................................................................................53 2.4.6 综合与实现 .........................................................................................................56 2.4.7 器件配置 .............................................................................................................58 2.5 ModelSim 快速入门 .........................................................................................................67 2.5.1 ModelSim 仿真软件的安装................................................................................67 2.5.2 在 ModelSim 中指定 Xilinx 的仿真库...............................................................70 2.5.3 ModelSim 的基本操作........................................................................................71 2.6 本章小结..........................................................................................................................73 2.7 思考题..............................................................................................................................74 第 3 章 Verilog HDL 程序结构 ...................................................................................................75 3.1 程序模块说明 ..................................................................................................................75 3.1.1 Verilog HDL 模块的概念....................................................................................75 3.1.2 模块的基本结构 .................................................................................................75 3.1.3 端口说明 .............................................................................................................77 3.2 Verilog HDL 的层次化设计..............................................................................................77 3.2.1 Verilog HDL 层次化设计的表现形式................................................................77 3.2.2 模块例化 .............................................................................................................77 3.2.3 参数映射 .............................................................................................................82 3.2.4 在 ISE 中通过图形化方式实现层次化设计......................................................84 3.3 Verilog HDL 语言的描述形式..........................................................................................86 3.3.1 结构描述形式 .....................................................................................................87 3.3.2 行为描述形式 .....................................................................................................94 3.3.4 混合设计模式 .....................................................................................................98 3.4 本章小结..........................................................................................................................98 3.5 思考题..............................................................................................................................98 第 4 章 Verilog HDL 语言基本要素 .........................................................................................100 4.1 标志符与注释 ................................................................................................................100 4.1.1 标志符 ...............................................................................................................100 4.1.2 注释...................................................................................................................100 4.2 数字与逻辑数值 ............................................................................................................101 4.2.1 逻辑数值 ...........................................................................................................101 4.2.2 常量...................................................................................................................101 4.2.3 参数...................................................................................................................102 4.3 数据类型........................................................................................................................102 4 4.3.1 数据类型综述 ...................................................................................................102 4.3.2 线网类型 ...........................................................................................................103 4.3.3 寄存器类型 .......................................................................................................107 4.4 运算符和表达式 ............................................................................................................110 4.4.1 赋值运算符 .......................................................................................................110 4.4.2 算术运算符 .......................................................................................................112 4.4.3 逻辑运算符 .......................................................................................................116 4.4.4 关系运算符 .......................................................................................................117 4.4.5 条件运算符 .......................................................................................................119 4.4.6 位运算符 ...........................................................................................................120 4.4.7 拼接运算符 .......................................................................................................121 4.4.8 移位运算符 .......................................................................................................122 4.4.9 一元约简运算符 ...............................................................................................123 4.5 本章小结........................................................................................................................124 4.6 思考题............................................................................................................................124 第 5 章 面向综合的行为描述语句 ...........................................................................................125 5.1 触发事件控制 ................................................................................................................125 5.1.1 信号电平事件语句 ...........................................................................................125 5.1.2 信号跳变沿事件语句........................................................................................126 5.2 条件语句........................................................................................................................127 5.2.1 IF 语句...............................................................................................................127 5.2.2 CASE 语句........................................................................................................129 5.2.3 条件语句的深入理解........................................................................................132 5.3 循环语句........................................................................................................................135 5.3.1 REPEAT 语句....................................................................................................135 5.3.2 WHILE 语句 .....................................................................................................136 5.3.3 FOR 语句 ..........................................................................................................137 5.3.4 循环语句的深入理解........................................................................................140 5.4 任务与函数....................................................................................................................145 5.4.1 任务(TASK)语句 .........................................................................................145 5.4.2 函数(FUNCTION)语句 ...............................................................................147 5.4.3 任务和函数的深入理解....................................................................................149 5.5 本章小结........................................................................................................................150 5.6 思考题............................................................................................................................150 第 6 章 面向验证和仿真的行为描述语句................................................................................152 6.1 验证与仿真概述 ............................................................................................................152 6.1.1 代码验证与仿真概述........................................................................................152 6.1.2 测试平台说明 ...................................................................................................153 6.1.3 验证测试方法论 ...............................................................................................155 6.1.4 Testbench 结构说明 ..........................................................................................159 5
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