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嵌入式系统设计

理论实践双轨驱动、全新设计的实践项目、软硬件实现高效翔实 。 配套:PPT +源代码+微课视频+实践项目,咨询QQ:2301891038(仅限教师)。

作者:郎宾、韩国栋 主编,冯长江、濮霞 副主编,段荣霞、李楠、陶炳坤、黄天辰、刘美全、马南 编著
丛书名:面向新工科的电工电子信息基础课程系列教材
定价:79
印次:1-1
ISBN:9787302605195
出版日期:2022.07.01
印刷日期:2022.06.17

本书以FPGA为硬件平台的嵌入式系统设计是现代电子技术研究和应用的热点领域之一。为了使电类相关专业的本科高年级学生和研究生能够提高电子系统综合设计水平,了解基于FPGA的嵌入式系统设计实现的一般方法和基础知识,本书遵循由系统到单元的研究方法,以典型单元应用电路为例,通过实验的手段研究FPGA的应用开发技术。主要介绍基于FPGA的EDA基本概念和基本原理;Verilog HDL语言基本知识;FPGA开发流程中的编译、综合、仿真、适配、布局布线以及调试等环节;SOPC的基本概念及初步开发技术等内容。 本书适用于嵌入式系统设计课程以及电子技术EDA相关课程,在使用过程中可根据学生所学专业和教学层次进行裁剪和内容调整,也可以作为电子技术工程设计人员的参考书。

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前言 以智能处理器应用为特征的现代电子技术是信息化发展的关键基础技术之一。传统的智能化电子设备设计方法和设计手段已经不能适应现代电子系统设计的要求,并逐渐被以电子设计自动化(EDA)技术为核心的电子系统设计工具代替。EDA技术是多学科相结合的产物,它的迅猛发展和广泛应用拓展了可编程逻辑芯片的应用领域,提高了信息化电子产品的设计、生产效率以及可维护性。嵌入式系统作为智能化电路系统的优秀范例,已经广泛应用于军事装备、工业控制系统、信息家电、通信设备、医疗仪器、智能仪器仪表等众多领域,如军事雷达、情报指挥系统、火力控制系统、手持设备以及视频处理设备等。与嵌入式系统普遍应用的趋势相比,国内的嵌入式系统教学还处于初期和发展阶段。 嵌入式系统以应用为中心,以微电子技术、控制技术、计算机技术和通信技术为基础,强调软件、硬件可裁剪,适应应用系统对功能、成本、体积和功耗等各方面的需求。本书以现场可编程门阵列(FPGA)及其应用为例,系统介绍嵌入式系统的一般结构,以理论和实训相结合的方式介绍嵌入式系统设计的一般知识,使学生初步掌握使用EDA工具设计、仿真、综合以及生成以嵌入式处理器为核心的嵌入式系统的关键环节和开发流程,提高学生对现代智能电子系统的认知和应用能力。 在目前国内流行的嵌入式系统设计方法中,以FPGA为核心实现嵌入式系统已经成为主流。利用可编程片上系统(SOPC)解决方案可将CPU、存储器、I/O接口以及锁相环等系统设计所必需的模块集成到一片可编程逻辑器件上,构成一个可编程的片上系统。Altera公司推出的FPGA系列芯片目前广泛应用于各种嵌入式系统开发,其推出的软件开发套件功能完善,包括C/C++编译器、集成开发环境(IDE)、JTAG调试器以及包含实时操作系统(RTOS)和TCP/IP协议栈的32位精简指令集计算机(RISC)嵌入式处理器Nios Ⅱ等。这些开发套件配合Quartus Ⅱ开发软件中的SOPC Builder、Nios Ⅱ IDE等设计工具,设计人员可以很快完成一个SOPC系统的设计工作。 本书共6章,第1章主要介绍嵌入式处理器的基本概念及其应用模式; 第2章介绍QuartusⅡ软件的使用方法和FPGA开发的一般流程; 第3章简要介绍Verilog HDL; 第4章以嵌入式系统的硬件组成要素为框架,介绍嵌入式系统硬件电路的设计和实现方法,以及嵌入式系统电路板设计的相关技术; 第5章介绍SOPC系统开发的一般方法; 第6章为实训部分,包含10个实验,基本涵盖FPGA开发的基础内容。附录部分提供一些指导性材料和其他几章的补充内容。 本书编写分工: 第1章由段荣霞编写,第2章由濮霞编写,第3章由冯长江编写,第4章由郎宾编写,第5章由韩国栋编写,第6章由濮霞、陶炳坤、马南编写,附录由李楠、黄天辰、刘美全编写。 由于编者水平有限,加之时间仓促,错误和不足之处在所难免,敬请广大读者提出宝贵意见。 教材编写组 2022年4月 PPT+源代码

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  • 郎宾,陆军工程大学石家庄校区教研室主任。长期从事电工电子及信息技术方向的教学和科研工作;讲授实验电子学、可编程控制器原理与应用、高频电子线路等课程。获校级教学成果一等奖1项,三等奖2项。
    韩国栋,湖南科技学院副教授。主讲现代电路系统设计、嵌入式系统设计及数字逻辑等课程,出版教材9部,获军队及院校级教学成果奖3项,获全军科技进步二等奖2项,三等奖11项。
    冯长江,陆军工程大学石家庄校区教授、硕导。长期从事电子测量的教学和科研工作;讲授实验电子学、电工电子实验、电子工艺技术基础等课程。曾担任军队院校电工电子教学联席会委员,出版教材4部。
    濮霞,陆军工程大学石家庄校区教师。长期从事电子信息技术与应用方面的教学和科研工作。讲授实验电子学、嵌入式系统设计等课程。出版教材5部,主编专著4部,获军队及院校级教学成果奖6项。

  • (1) 对嵌入系统设计的知识模块进行高度总结概括,突出知识模块的框架结构、关键内容、知识脉络以及与其他模块的相互联系,从工程实践的角度介绍知识应用的一般方法,增强可扩展性和指导性。
    (2) 突出介绍SOPC和NIOS II软核的开发应用,以及先进的EDA工具,体现嵌入式系统设计的特点和发展,选择主流实验平台作为支撑。
    (3) 根据“嵌入式系统设计”课程教学实际,将嵌入式系统软件开发环境、硬件编程语言、硬件平台及设计实训项目有机融合,实现嵌入式系统设计实现的全流程介绍,突出实践特色。
    (4) 实践内容与理论教学内容紧密结合,解决实践项目难以实施,技术实现路线不清晰的问题,由浅入深,便于课堂教学和课后自学。
    (5) 新形态教材,配套资源丰富,包括PPT、源代码、微课视频等教学资源,可扫描书中二维码下载或观看。
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    第1章嵌入式系统概述

    1.1嵌入式系统简介

    1.2嵌入式处理器的类型及应用

    1.2.1ARM处理器

    1.2.2DSP

    1.2.3FPGA

    1.3可编程逻辑器件的基本结构

    1.4嵌入式系统设计流程

    1.5嵌入式系统在信息化装备中的应用

    1.5.1无人战车视觉图像采集与处理系统

    1.5.2远程火箭炮火控系统

    第2章嵌入式系统开发环境

    2.1嵌入式系统开发EDA工具

    2.1.1Quartus Ⅱ开发环境

    2.1.2ISE开发环境

    2.1.3Quartus Ⅱ与ISE的比较和选择

    2.2Quartus Ⅱ开发环境基本知识

    2.2.1Quartus Ⅱ设计流程和集成工具

    2.2.2Quartus Ⅱ用户界面

    2.3设计输入

    2.3.1建立工程

    2.3.2输入方式

    2.4约束输入

    2.4.1使用分配编辑器

    2.4.2使用引脚规划器

    2.4.3使用Settings对话框

    2.5综合

    2.5.1使用Quartus Ⅱ集成的综合工具

    2.5.2使用其他EDA综合工具

    2.5.3使用RTL查看器和状态机查看器分析综合结果

    2.6布局布线

    2.6.1设置Fitter选项

    2.6.2设置物理综合优化选项

    2.6.3通过反标保留分配

    2.7仿真

    2.7.1Quartus Ⅱ仿真器设置

    2.7.2功能仿真与时序仿真

    2.8编程和配置

    2.8.1建立编程文件 ...

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