FPGA项目开发实战讲解

本书立足于工程实践经验，首先介绍fpga的原理、语法、设计技巧，然后详细介绍了7项常用技术的实现。每项技术从以下几方面介绍：相关技术介绍、fpga方案框图设计、子模块设计、仿真和测试、项目开发过程中遇到的问题、定位和解决措施，其中插入了大量的状态机转换图和关键代码，方便读者学习。

李宪强，就职于中科院，长期从事FPGA方面一线科研工作，积累了丰富的实践经验。

第1章FPGA介绍1
1.1FPGA的优势1
1.2FPGA典型结构图2
1.3LUT原理6
1.4FPGA上电配置过程时序图7
1.5FPGA基本开发流程10
第2章Verilog语法介绍13
2.1VerilogHDL语言简介13
2.1.1什么是VerilogHDL13
2.1.2VerilogHLC的历史13
2.2VerilogHDL和VHDL语言比较14
2.3Verilog语法介绍15
2.3.1模块15
2.3.2常量16
2.3.3parameter与define的区别18
2.3.4reg和wire19
2.3.5操作符21
2.3.6assign和always语句21
2.3.7if和case语句23
2.3.8循环语句25
2.3.9模块实例化25
2.3.10预处理指令26
2.3.11系统任务26
2.3.12task和function语句的区别29
2.3.13文件操作30
第3章FPGA开发必要的技术积累33
3.1锁存器、触发器33
3.2时序的基本概念34
3.2.1建立和保持时间34
3.2.2同步系统中时序分析34
3.3异步时钟域和亚稳态37
3.3.1什么是亚稳态37
3.3.2亚稳态发生场合37
3.3.3亚稳态危害38
3.3.4怎么减少亚稳态的发生38
3.3.5案例：亚稳态导致通信异常39
3.4状态机的设计39
3.5复位信号40
3.5.1同步复位和异步复位比较40
3.5.2案例：和复位信号相关的项目41
3.6串并转换和并串转换42
3.7流水技术42
3.7.1流水技术原理42
3.7.2案例：NANDFLASH流水实现高速存储43
3.8乒乓操作44
3.9双向端口使用45
3.9.1数据总线的设计45
3.9.2程序设计45
3.9.3案例：MCU接口程序46
3.10Xilinx原语介绍49
3.10.1时钟组件49
3.10.2吉比特收发器组件50
3.10.3I/O端口组件50
3.10.4IBUFDS51
3.10.5IDELAY52
3.10.6OBUFDS53
3.11DCM原理54
3.12RAM核的使用56
3.13FPGA时序约束60
3.13.1FPGA约束介绍60
3.13.2案例：500MSPS的A/D转换器63
3.14生成IP核70
3.14.1生成IP核的方法70
3.14.2案例：生成IP核的具体操作过程71
3.15保持层次关系73
3.16ChipscopeICON和ILA75
3.16.1Chipscope介绍75
3.16.2案例：以DSP接口程序为例介绍使用流程77
3.17Verilog编码风格注意事项总结79
3.18FPGA学习步骤80
3.19FPGA工作方式81
第4章FIFO控制器设计83
4.1FIFO相关的概念83
4.2设计指标84
4.3同步FIFO设计84
4.3.1双端口RAM介绍84
4.3.2同步FIFO设计85
4.4异步FIFO设计88
4.4.1空/满标志的产生88
4.4.2亚稳态问题88
4.4.3格雷码89
4.4.4异步FIFO设计及结果90
第5章串口通信模块设计95
5.1串口通信概述95
5.1.1串口介绍95
5.1.2串口帧格式96
5.2设计指标97
5.3串口通信模块方案97
5.3.1原理框图97
5.3.2FPGA方案98
5.4串口通信各个模块设计99
5.4.1MCU配置模块设计99
5.4.2发送模块设计106
5.4.3接收模块设计114
5.4.4顶层模块123
5.5串口通信模块调试注意事项126
第6章数/模及模/数转换控制模块设计127
6.1相关技术介绍127
6.1.1数/模转换器（DAC）介绍127
6.1.2模/数转换器（ADC）介绍129
6.1.3数/模转换芯片AD5641介绍131
6.1.4模/数转换芯片ADS7230介绍132
6.2技术指标要求135
6.3D/A模块设计136
6.4AD模块设计141
6.5遇到的问题、排查及定位148
第7章HDLC总线控制器设计149
7.1HDLC协议介绍149
7.2CRC校验150
7.3设计技术指标150
7.4HDLC电路图150
7.5HDLC总线控制器模块划分151
7.6HDLC总线控制器各个模块设计152
7.6.1CRC模块设计152
7.6.2发送编码设计及结果152
7.6.3接收解码设计及结果163
7.7遇到的问题及解决办法174
第8章SDRAM控制器设计175
8.1SDRAM简介175
8.2SDRAM芯片介绍176
8.3SDRAM设计方案178
8.3.1刷新周期的问题180
8.3.2初始化模块183
8.3.3定时刷新请求信号产生模块184
8.3.4读/写请求产生模块185
8.3.5读/写状态机187
第9章NANDFLASH控制器设计195
9.1NANDFLASH介绍195
9.1.1NANDFLASH信号功能介绍195
9.1.2芯片存储阵列结构和地址寻址196
9.1.3NANDFLASH时序图介绍197
9.2设计技术指标201
9.3原理图介绍202
9.4NANDFLASH控制器方案202
9.5NANDFLASH各个模块设计203
9.5.1MCU接口模块203
9.5.2FLASH管理模块205
9.5.3NANDFLASH坏块表查找模块设计209
9.5.4NANDFLASH页查找模块设计210
9.5.5NANDFLASH读模块设计211
9.5.6NANDFLASH写模块设计212
9.5.7NANDFLASH块擦除模块设计214
9.6遇到的问题及解决办法217
9.6.1对FLASH的读/写不能完成217
9.6.2读/写不稳定217
第10章1553B总线控制器设计218
10.11553B总线介绍218
10.1.1总线拓扑结构219
10.1.2编码方式220
10.1.31553B数据格式220
10.1.4总线数据传输过程说明223
10.2设计技术指标224
10.3原理图介绍224
10.4收发器芯片介绍224
10.51553B总线控制器方案225
10.61553B总线控制器各个模块设计226
10.6.1曼彻斯特编码模块设计226
10.6.2曼彻斯特解码模块设计230
10.6.3协议处理模块设计231
10.6.4RT接收模块设计238
10.6.5RT发送模块设计242
10.6.6RT-RT模块设计243
10.6.7Broadcast模块设计243
10.7测试结果245
10.8遇到的问题及解决办法246
参考文献247
后记248