标题：嵌入式FPGA/SoPC技术实验与实践教程
图书信息
作者：汤书森、张北斗、安红心、常波等
图书详细信息： ISBN：9787302257257 定价：21元 印次：1-1 装帧：平装 印刷日期：2011-8-12
图书简介
本书分基本理论和实践两大部分。基本理论部分介绍了FPGA和SoPC的基本理论，Quartus Ⅱ软件的使用方法、基于FPGA的开发技术、Nios Ⅱ嵌入式系统开发过程、Nios Ⅱ的常用组件与编程和SoPC技术的应用。实践部分结合常用的开发实例介绍IDE Quartus Ⅱ的设置，新建工程或文件、编译和下载文件的过程、方法及技巧。SOPC Builder设计流程、NiosⅡ软核处理器、NiosⅡ软核处理器的配置方法。讲述了Nios Ⅱ嵌入式软核处理器设计、SoPC的软/硬件结合开发流程、NiosⅡ的开发平台和集成开发环境（IDE）特点和 NiosⅡ的外围接口等。本书适合作为大学二年级以上的电子类、计算机类、自动化类和机电类等专业的本科生的教材或教学参考书，也可作为专业技术人员的培训参考资料。
图书前言
随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程逻辑器件、EDA技术、嵌入式系统、SoC、SoPC和IP核等新概念和新技术层出不穷，新技术的应用迅速渗透到电子、通信、信息、机械制造、仪器仪表、航空航天及家用电器等领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高。微电子技术(即大规模集成电路加工技术)的发展是现代电子技术发展的基础。目前，在硅片单位面积上集成的晶体管数量越来越多，原来需要成千上万只电子元器件组成的电子设备电路，现在仅用几片或单片超大规模集成电路就可以实现。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术、电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物，这一特点决定了它是一个技术密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。嵌入式系统课程又是一门多学科交叉的课程，涉及微机原理与接口、计算机组成原理、操作系统、编译技术、网络通信、人机交互、软件测试、软硬件协同设计等诸多知识点，授课内容概括性强。现在是后PC时代，作为电子信息技术、计算机专业，掌握嵌入式系统是一门必需的技术。嵌入式系统是IT行业中重要的应用领域。为了适应新形势的要求，以与时俱进的教学理念进行教学实践。由于近几年来，众多的嵌入式系统新产品不断问世，国内外各大IT公司纷纷投入巨资加紧研发，后PC时代的来临，促进了科技进步和经济发展。伴随着通信网络、计算机技术和微电子技术的高速发展，嵌入式系统已成为IT业的一个焦点。同时在数字信息技术和网络技术高速发展的后PC时代，嵌入式系统因其体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等诸多优点，已渗透到工业、军事、医疗以及日常生活等各个领域，对各行各业的技术改造、产品更新换代、加速自动化进程和提高生产率等方面起到了极其重要的推动作用。另外，嵌入式领域的迅速发展，使得FFGA作为主芯片的嵌入式应用方向已被逐渐接受，在国内高校之中已有部分高校开设了FPGA和SoPC的课程； 但是嵌入式领域又是以实验为中心任务的，因此在FPGA和SoPC的教学中不应死读教材而应该通过大量的实验练习，才能快速理解基本的理论知识，并提高动手能力。SoPC(System on a Programmable Chip）称为可编程片上系统，它基于可编程逻辑器件(FPGA或CPLD)可重构的片上系统(SoC)。SoPC集成了硬核或软核CPU、DSP、锁相环(PLL)、存储器、I/O接口及可编程逻辑，可以灵活高效地解决SoC方案，而且设计周期短，设计成本低。目前，SoPC技术已成为备受众多中小企业、研究所和大专院校青睐的设计技术，是实现嵌入式系统的最高形式。SoC设计技术将是21世纪的技术发展趋势，是现在高校和社会嵌入式培训班必需的内容和亮点。目前，SoPC技术已成为备受众多企业、研究所和大专院校青睐的设计技术（国内有近60几所高效开展了Verilog语言课程和基于Altera SoPC的（联合实验室）实验教学）。EDA/SoPC技术是进入21世纪以来发展最迅猛的电子设计技术之一，以其设计灵活、可裁剪、软硬件可编程等特点和优势，备受设计者关注。随着信息技术的发展普及以及市场强有力的驱动，设计需求日趋多样化，系统设计越来越复杂，开发时间越来越紧迫。利用已有IP核是快速实现应用系统，缩短产品开发周期的有效途径。Altera的Nios Ⅱ是用户可以随意配置核构建的32位嵌入式处理器IP核，采用Avalon总线结构通信接口，包含由FS2（First Silicon Solutions公司。FS2公司专门致力于芯片知识产权（IP）、设计服务和针对SoC、SoPC、FPGA、ASSP和ASIC器件的编程、测试、调试和嵌入式跟踪片上仪器的开发工具）开发的基于JTAG的片内设备内核。使用Nios Ⅱ处理器的用户可以根据他们的需要来调整嵌入式系统的特性、性能以及成本，快速使得产品推向市场，扩展产品的生命周期，并且避免处理器的更新换代。SoPC的整体解决方案以及Nios软核概念的提出，彻底颠覆了传统嵌入式系统的设计理念，从硬件和软件整体设计上将嵌入式系统的设计进行了极大地推动，使得嵌入式系统的硬件设计更加简单高效、易于理解，软件设计更加可视化、可移植性更强。嵌入式学习必须以实验为中心，因此应该在FPGA及SoPC的教学中通过大量的实验练习才能快速理解理论知识。本书使用的是Quartus Ⅱ9.0 Free版精选了几个有代表性的实验，通过练习不仅可以掌握工具的使用，还可以达到掌握基于FPGA及SoPC技术的嵌入式系统设计的理论知识的目的。首先基于当前流行的集成开发环境ADS，使读者渐渐进入角色，同时以实例的形式掌握C语言与汇编的混合编程编译与调试，在练习的过程中掌握工具的使用、硬件知识及软件编程方法。本书力图在总体结构和内容编排上具有系统性、启发性和实用性，做到由浅入深、循序渐进、易于入门，便于自学和适于教学。在做实验的过程中，领会和掌握基本理论知识，在完成实验后争取达到理论的升华。一本教材同时也应该是一本好的参考书，能够提供许多的资源。综合创新实验则以基本实验为基础与实际应用相结合，由学生自行设计，自由发挥。旨在注重培养学生的动手能力，发现问题和解决问题的能力。目的是培养复合型、创新性新世纪人才。“创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力”。“微机原理与接口技术”、“嵌入式系统”、DSP及SoPC等系列实践教程是围绕甘肃省教学成果“嵌入式系统课程群建设及创新型人才培养”而展开的。非常感谢我的导师马义德教授的引导、帮助和鼓励，以及其他老师和同仁的帮助和指导。作者2011年6月
图书目录
第1部分基 本 理 论第1章绪论1.1嵌入式系统简介1.2FPGA简介1.3SoPC技术简介1.4硬件描述语言及其程序的基本架构1.5基于FPGA/SoPC实现嵌入式系统概述第2章Altera可编程器件与Quartus Ⅱ软件应用2.1Altera可编程逻辑器件2.2Quartus Ⅱ简介2.3Quartus Ⅱ的安装过程与使用2.4Quartus Ⅱ设计流程第3章Avalon总线与Nios Ⅱ处理器3.1Avalon总线3.2Nios Ⅱ嵌入式处理器3.3Nios Ⅱ体系架构第4章基于SoPC的Nios Ⅱ处理器设计4.1SOPC Builder简介4.2SOPC Builder的组成与功能4.3基于SOPC Builder解决嵌入式处理器外设设计面临的挑战4.4参数模块库的使用4.5基础预备实验示例第2部分基 本 实 验第5章Quartus Ⅱ和SignalTap Ⅱ的使用5.1实验预备5.2实验目的5.3实验内容5.4实验原理5.5实验步骤思考题第6章Hello_word实验及SoPC设计基础6.1实验目的6.2实验内容6.3实验原理6.4实验步骤思考题第7章LED实验7.1实验目的7.2实验内容7.3实验原理7.4实验步骤第8章自定义IP核——点阵驱动8.1实验目的8.2实验内容8.3实验原理8.4实验步骤第9章软硬件结合设计9.1实验目的9.2实验内容9.3实验原理9.4实验步骤第10章基于实时操作系统μC/OS Ⅱ多任务系统10.1实验目的10.2实验内容10.3实验原理10.4实验步骤第11章工程实践项目——基于DDS的正弦信号发生器11.1实验目的11.2实验内容11.3实验原理11.4实验步骤第12章基于MCU51IP软核的嵌入式系统设计12.1实验目的12.2实验内容12.3实验原理12.4实验步骤第3部分创新与自主设计第13章自主设计巩固与提高13.1Exercise 1流水灯实验13.2Exercise 2关于JTAG UART通信13.3Exercise 3 LCD MODULE（LCM）显示实验第14章自主设计实例方案14.1基于FPGA技术的实时视频监控系统14.2基于FPGA技术的电子相册设计14.3基于FPGA技术的MP3音乐播放器14.4基于FPGA技术的软件无线电平台14.5基于FPGA技术的对讲机设计附录A网络资源及专业网站、FPGA开发博客信息附录B实验中常见错误及处理办法参考文献后记[1]