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第1章　绪论1

1.1　嵌入式系统简介1

1.1.1　嵌入式系统的发展简介1

1.1.2　嵌入式系统的概念与组成2

1.1.3　嵌入式系统的特点3

1.1.4　嵌入式系统的应用模式与发展趋势5

1.2　SOPC技术简介6

1.2.1　SOPC技术的主要特点7

1.2.2　SOPC技术实现方式8

1.2.3　SOPC系统开发流程9

第2章　Altera可编程逻辑器件简介10

2.1　MAX Ⅱ器件10

2.1.1　成本优化的架构10

2.1.2　低功耗11

2.1.3　高性能11

2.1.4　用户Flash存储器12

2.1.5　实时系统可编程能力（ISP）13

2.1.6　灵活的多电压Multivolt内核13

2.1.7　JTAG翻译器14

2.1.8　I/O能力15

2.2　Cyclone器件16

2.2.1　新型可编程架构16

2.2.2　嵌入式存储资源17

2.2.3　专用外部存储接口电路18

2.2.4　支持的接口及协议20

2.2.5　锁相环的实现21

2.2.6　I/O特性22

2.2.7　NiosⅡ嵌入式处理器23

2.2.8　配置方案24

2.3　Cyclone Ⅱ器件24

2.3.1　主要特性24

2.3.2　数字信号处理应用25

2.3.3　专用外部存储器接口26

2.3.4　嵌入式锁相环27

2.3.5　单端I/O特性28

2.3.6　差分I/O特性29

2.3.8　NiosⅡ嵌入式处理器30

2.4　Stratix器件30

2.3.7　自动CRC检测30

2.4.1　高性能架构加快模块化设计31

2.4.2　TriMatrix存储器32

2.4.3　DSP块33

2.4.4　高带宽I/O标准和高速接口34

2.4.5　用于系统时钟管理的PLL36

2.4.6　器件配置和远程系统升级37

2.5　Stratix Ⅱ器件38

2.5.1　新型逻辑结构38

2.5.2　高速I/O信号和接口40

2.5.3　外部存储器接口41

2.5.4　针对Stratix Ⅱ器件优化的IP43

2.5.5　设计安全性43

2.5.6　TriMatrix存储器43

2.5.7　数字信号处理块44

2.5.8　时钟管理电路46

2.5.9　片内匹配47

2.5.10　远程系统升级48

2.6　Stratix GX器件48

3.1　图形用户界面设计流程51

第3章　QuartusⅡ软件应用51

3.2　命令行设计流程53

3.3　交通灯设计实例54

3.3.1　设计原理55

3.3.2　设计输入56

3.3.3　创建工程57

3.3.4　编译前设置61

3.3.5　编译63

3.3.6　仿真64

3.3.7　应用RTL电路图观察器67

3.4.1　引脚锁定68

3.4　引脚锁定和下载验证68

3.4.2　下载验证70

3.4.3　对配置器件编程71

3.5　使用嵌入式逻辑分析仪进行实时测试72

3.5.1　SignalTap Ⅱ逻辑分析仪使用流程72

3.5.2　编译特定逻辑条件触发信号76

3.6　使用在系统嵌入式存储器77

3.6.1　正弦信号发生器的设计78

3.6.2　定制ROM初始化数据文件79

3.6.3　定制ROM元件80

3.6.4　使用在系统嵌入式存储器数据编辑器83

3.7　嵌入式锁相环altPLL宏功能模块调用84

思考题87

第4章　基于FPGA的DSP算法实现88

4.1　CORDIC算法的FPGA实现88

4.1.1　CORDIC原理88

4.1.2　CORDIC处理器的预处理与后处理90

4.1.3　CORDIC算法的FPGA实现91

4.1.4　迭代结构CORDIC算法的VHDL实现93

4.1.5　流水线结构CORDIC算法的VHDL实现96

4.2　CRC码的FPGA实现102

4.2.1　CRC校验的原理102

4.2.2　CRC码的Verilog编程实现104

4.2.3　CRC码的仿真验证和逻辑综合108

4.3　Viterbi译码器的FPGA实现109

4.3.1　Viterbi译码器的系统结构划分109

4.3.2　Viterbi译码器的Verilog编程实现112

4.4　DES算法的可编程硬件实现132

4.4.1　DES算法的数据置换134

4.4.2　DES算法的密钥置换135

4.4.4　DES的Verilog编程实现及其逻辑综合137

4.4.3　DES的解密过程137

4.5　SHA-1算法的可编程硬件实现144

4.5.1　SHA-1算法描述144

4.5.2　SHA-1的Verilog编程实现及其仿真测试145

4.6　ECCDSA算法的可编程硬件实现156

4.6.1　ECCDSA算法描述156

4.6.2　ECCDSA算法的Verilog编程实现158

4.6.3　ECCDSA算法的仿真验证和逻辑综合190

5.1　概述191

第5章　Nios Ⅱ处理器结构191

5.2　NiosⅡ系统的特性192

5.3　NiosⅡ处理器构架简介193

5.3.1　寄存器文件193

5.3.2　ALU193

5.3.3　异常控制器和中断控制器194

5.3.4　存储器和I/O组织194

5.4　编程模型198

5.4.1　通用寄存器198

5.4.2　控制寄存器199

5.4.3　操作模式200

5.4.4　异常处理201

5.4.5　跳出处理204

5.4.6　访问存储器和外设205

5.4.7　处理器复位时的状态205

5.4.8　NiosⅡ处理器的指令集206

思考题209

6.1　概述210

6.1.1　Avalon总线的特点210

第6章　Avalon总线规范210

6.1.2　术语和概念211

6.2　Avalon总线信号213

6.2.1　Avalon信号类型详细列表213

6.2.2　Avalon信号时序说明216

6.2.3　总线传输特性217

6.3　Avalon从端口传输217

6.3.1　从端口信号分析217

6.3.2　基本从端口读传输219

6.3.3　具有固定等待周期的从端口读传输220

6.3.4　具有可变等待周期的从端口读传输221

6.3.5　具有建立时间的从端口读传输222

6.3.6　基本从端口写传输223

6.3.7　具有固定等待周期的从端口写传输224

6.3.8　具有可变等待周期的从端口写传输224

6.3.9　具有建立时间和保持时间的从端口写传输225

6.4　Avalon主端口传输226

6.4.1　主端口信号分析226

6.4.2　基本主端口读传输228

6.4.3　基本主端口写传输229

6.5　流水线传输230

6.5.1　带固定延迟的流水线从端口读传输231

6.5.2　带可变延迟的流水线从端口读传输232

6.5.3　流水线主端口读传输234

6.6　流传输模式235

6.6.1　流传输模式信号分析235

6.6.2　流传输模式从端口读传输236

6.6.3　流传输模式从端口写传输237

6.6.4　流传输模式主端口传输238

6.7.1　三态从端口传输介绍240

6.7　三态传输240

6.7.2　三态从端口传输实例243

6.7.3　三态主端口传输245

6.8　突发传输246

6.8.1　主端口突发写传输247

6.8.2　主端口突发读传输248

6.8.3　从端口突发写传输250

6.8.4　从端口突发读传输251

6.9　非传输相关信号252

6.10.1　本地地址对齐253

6.10　地址对齐253

6.10.2　动态地址对齐254

思考题255

第7章　基于SOPC的Nios Ⅱ处理器设计256

7.1　SOPC Builder功能256

7.2　SOPC Builder组成258

7.2.1　系统内容页面259

7.2.2　Board设置页面260

7.2.3　CPU设置页面260

7.2.4　SDRAM设置页面261

7.2.5　系统生成页面262

7.3.1　库搜索路径263

7.3.2　class.ptf文件263

7.3　SOPC Builder组件263

7.3.3　cb_generator.pl文件264

7.3.4　系统PTF文件264

7.4　SOPC Builder应用实例265

7.4.1　使用SOPC Builder创建Nios系统265

7.4.2　将Nios处理器加入Quartus Ⅱ项目270

7.4.3　在Nios Ⅱ IDE下运行Hello world程序276

7.5.1　组件编辑器279

7.5　自定义逻辑279

7.5.2　组件开发流程280

7.5.3　自定义PWM组件实例282

7.5.4　小结290

7.6　定制目标板程序291

7.6.1　目标板程序291

7.6.2　使用mk_target_board291

7.6.3　在SOPC Builder中指定目标板295

7.6.4　使用Flash Programmer296

7.6.5　小结298

思考题299

第8章　Nios Ⅱ外设及其编程300

8.1　并行输入输出（PIO）300

8.1.1　功能描述300

8.1.2　寄存器映射301

8.1.3　软件编程303

8.1.4　PIO实例分析304

8.2　通用异步收发器（UART）306

8.2.1　功能描述306

8.2.2　在SOPC Builder中添加UART308

8.2.3　软件编程模型309

8.3　定时器310

8.3.1　功能描述310

8.3.2　在SOPC Builder中添加定时器311

8.3.3　软件编程模型313

8.4　JTAG UART315

8.4.1　功能描述315

8.4.2　在SOPC Builder中添加JTAG UART317

8.4.3　软件编程模型318

8.5.1　功能描述320

8.5　SPI320

8.5.2　在SOPC Builder中添加JTAG UART323

8.5.3　软件编程模型324

8.6　系统ID327

8.6.1　功能描述327

8.6.2　在SOPC Builder中添加系统ID327

8.6.3　软件编程模型327

8.7.3　软件编程模型328

8.7.2　在SOPC Builder中添加LCD控制器328

8.7.1　功能描述328

8.7　字符LCD控制器328

8.8　数据选择器329

8.8.1　功能描述329

8.8.2　在SOPC Builder中添加JTAG UART330

8.8.3　软件编程模型330

8.9　邮箱331

8.9.1　功能描述331

8.9.2　在SOPC Builder中添加邮箱331

8.10　SDRAM控制器332

8.9.3　软件编程模型332

8.10.1　功能描述333

8.10.2　在SOPC Builder中添加SDRAM控制器335

8.10.3　硬件仿真336

8.10.4　SDRAM控制器配置实例337

8.10.5　软件编程模型338

8.10.6　SDRAM编程实例338

8.11.1　功能描述340

8.11.2　在SOPC Builder中添加CFI控制器340

8.11　CFI控制器340

8.11.3　软件编程模型341

8.11.4　Flash器件编程实例341

8.12　EPCS器件控制器342

8.12.1　功能描述343

8.12.2　在SOPC Builder中添加EPCS控制器344

8.12.3　软件编程模型344

第9章　嵌入式处理器应用实例345

9.1　基于DM9000A的ARP协议实现345

9.1.1　ARP协议的工作原理345

9.1.2　DM9000A工作原理347

9.1.3　SOPC Builder下DM9000A的自定义逻辑349

9.1.4　ARP协议的实现351

9.1.5　小结359

9.2　基于HD61202的128×64液晶显示模块的应用360

9.2.1　ATM12864的性能特点360

9.2.2　HD61202的性能特点360

9.2.3　SOPC Builder下HD61202的自定义逻辑363

9.2.4　LCD汉显的实现365

9.3　MC8051 IP核的应用开发369

9.3.1　MC8051 IP核的结构分析371

9.3.2　MC8051 IP核的逻辑综合380

9.3.3　MC8051 IP核的功能仿真381

9.4　PicoBlaze IP核在ALTERA公司FPGA上的性能测试388

9.4.1　CPLD型PicoBlaze处理器基本结构388

9.4.2　PicoBlaze处理器的指令系统390

9.4.3　PicoBlaze处理器的应用测试394

附录A　VHDL基本语法400

A.1　程序结构400

A.1.1　实体400

A.1.2　ARCHTTECTURE结构体401

A.1.4　PACKAGE程序包402

A.1.3　LIBRARY库402

A.1.5　CONFIGURATION配置403

A.2　语言要素403

A.2.1　VHDL文字规则403

A.2.2　数据对象405

A.2.3　数据类型405

A.2.4　操作符406

A.3.2　流程控制语句408

A.3　顺序语句408

A.3.1　赋值语句408

A.3.3　子程序调用语句410

A.4　并行语句411

A.4.1　进程语句411

A.4.2　块语句412

A.4.3　元件例化语句412

B.1.3　数字声明414

B.1.2　操作符414

B.1.1　空白符和注释符414

附录B　Verilog HDL基本语法414

B.1　词法约定414

B.1.4　字符串415

B.1.5　标识符和关键字415

B.2　数据类型415

B.2.1　物理数据类型415

B.2.2　抽象数据类型416

B.3　运算符416

B.3.1　运算符的类型416

B.4.1　模块的组成418

B.3.2　运算符的优先级418

B.4　模块和端口418

B.4.2　模块的端口定义419

B.4.3　模块的调用420

B.5　行为描述421

B.5.1　过程语句421

B.5.2　过程赋值语句422

B.5.3　分支语句422

B.5.4　循环语句423