FPGA數位邏輯設計：使用Xilinx ISE發展系統(附程式範例光碟)

　　本書撰寫主要的目的在使FPGA的初學者，瞭解如何進入FPGA的數位邏輯電路設計領域，主要以XilinxISE發展系統為開發環境，並使用ModelSim模擬器做為功能模擬及時序模擬的工具。首先介紹以繪圖的方式設計FPGA的數位邏輯電路，並經模擬驗證後再將之燒錄於FPGA開發板上驗證，最後並介紹如何使用VHDL來設計FPGA的數位邏輯電路。

第1章 使用FPGA晶片設計數位邏輯 系統的方法
1-1 什麼是FPGA
1-2 FPGA晶片的發展過程及其基本架構
1-2-1　PLD之基本架構
1-2-2　PLD的種類
1-3 Xilinx FPGA的基本架構
1-3-1　Xilinx Spartan-3AN FPGA的基本架構
1-4 Xilinx Spartan-3AN FPGA晶片編號代表的意義
1-5 傳統設計數位邏輯系統的方法
1-6 使用FPGA設計數位邏輯系統的方法
1-6-1　使用繪圖方式設計數位邏輯系統的方法
1-6-2　使用VHDL硬體描述語言設計數位邏輯系統之方法
1-6-3　使用Verilog硬體描述語言設計數位邏輯系統的方法
1-6-4　使用狀態機方式設計數位系統的方法
1-6-5　Xilinx ISE發展系統功能簡介
1-7 使用Xilinx ISE發展系統設計FPGA及CPLD操作方式的差異
1-8 Xilinx ISE Simulator簡介
1-9 ModelSim模擬器之簡介

第2章 Xilinx ISE WebPACK及ModelSim XE模擬器的下載及安裝
2-1 ISE WebPACK軟體之下載
2-2 ISE WebPACK軟體之安裝
2-3 Xilinx ISE WebPACK更新檔Service Pack之下載及安裝
2-4 ModelSim XE模擬器之下載及安裝
2-4-1　ModelSim XE模擬器之下載
2-4-2　ModelSim XE模擬器之安裝
2-4-3　ModelSim License檔的下載及安裝

第3章 Xilinx ISE之簡易操作 步驟介紹
3-1 如何進入Project Navigator視窗
3-2 Project Navigator視窗之功能介紹
3-3 如何建立新的專案
3-4 如何離開所建立的專案
3-5 如何開啟一個舊的專案
3-6 基本邏輯閘介紹
3-6-1　反閘之電路符號、布林代數表示式及其真值表
3-6-2　或閘之電路符號、布林代數表示式及其真值表
3-6-3　及閘之電路符號、布林代數表示式及其真值表
3-6-4　互斥或閘之電路符號、布林代數表示式及其真值表
3-7 基本邏輯閘設計
3-7-1　取出邏輯閘元件
3-7-2　緩衝器元件的取出
3-7-3　執行連線的動作
3-7-4　加入輸入輸出端點
3-7-5　在輸入輸出端點取名稱
3-8 基本邏輯閘功能模擬的執行
3-8-1　使用ISE Simulator的模擬方法
3-8-2　使用Modelsim模擬器模擬的方法
3-9 晶片實作
3-9-1　Implementation Constraints File的設定
3-9-2　Implement Design的執行
3-10 使用FPGA Editor檢視佈置與繞線
3-11 FPGA晶片資源利用報告的檢視
3-12 時序報告的檢視
3-13 時序模擬的執行
3-14 Configuration的執行
3-14-1　直接下載至FPGA晶片上
3-14-2　下載至FPGA晶片內部的Flash
3-14-3　直接下載至FPGA與下載至Flash的差異
3-15 以HDL硬體描述語言設計數位電路的方法

第4章 組合邏輯設計實習
4-1 編碼器之實驗
4-1-1　十進位對二進位編碼器實驗
4-1-2　繪圖方式的設計
4-1-3　Behavioral Simulation的執行
4-1-4　ModelSim模擬器之簡易操作
4-1-5　將十進位對二進位編碼器設計成一元件模組使用
4-1-6　十進位對二進位編碼器元件模組之模擬及下載
4-2 如何將建立的元件模組在別的專案中使用
4-3 解碼器實驗
4-3-1　BCD解碼器
4-3-2　使用繪圖方式的設計方法
4-3-3　ModelSim模擬器之進階操作
4-3-4　將BCD解碼器組成一元件模組使用
4-3-5　再使用ModelSim模擬電路之功能
4-3-6　二對四解碼器
4-4 解多工器之實驗
4-4-1　一對四解多工器之基本電路
4-5 多工器
4-5-1　四對一多工器
4-6 七段顯示器解碼器電路之設計
4-6-1　七段顯示器之基本架構
4-6-2　真值表
4-6-3　布林代數表示式
4-6-4　邏輯電路圖
4-6-5　使用Xilinx ECS繪圖
4-6-6　使用Modelsim執行電路功能模擬
4-6-7　匯流排信號之操作
4-6-8　將七段顯示器解碼電路設計成一元件模組使用
4-6-9　再使用Modelsim模擬SEG7CKT.sch電路之功能
4-6-10　Implementation Constraints File的執行
4-6-11　Implement Design的執行
4-6-12　時序模擬的執行
4-6-13　Configuration的執行

第5章 階層式電路的設計
5-1 壹位元半加器之設計
5-2 壹位元全加器之設計
5-2-1　壹位元全加器階層式電路之設計
5-3 二位元全加器之設計

第6章 循序邏輯電路設計
6-1 四位元非同步上數計數器之設計
6-2 不同頻率時鐘脈波產生電路之設計
6-3 具有七段顯示器解碼電路之四位元非同步上數計數器之設計

第7章 VHDL硬體描述語言設計方法
7-1 如何使用VHDL硬體描述語言的方式設計電路
7-1-1 使用ISE Text Editor編輯VHDL硬體描述語言設計電路的方法
7-1-2　使用ISE語言樣板設計VHDL硬體描述語言的方法
7-2 VHDL硬體描述語言的基本架構組成
7-2-1　Library宣告的格式
7-2-2　Use宣告的格式
7-2-3　Entity電路單體描述的格式
7-2-4　Architecture架構描述的格式
7-2-5　Structure宣告所使用之格式及範例
7-2-6　Dataflow描述之格式及範例
7-2-7　Behavioral行為描述之格式及範例
7-2-8　組成宣告描述之格式及範例

第8章 VHDL硬體描述語言之描述規則
8-1 VHDL硬體描述語言指令的命名規則
8-1-1　VHDL的註解描述
8-2 VHDL敘述的描述形式
8-3 VHDL的常用描述指令
8-3-1 　F條件式
8-3-2　WHEN...ELSE敘述
8-3-3　Case...Is...When...when Others敘述
8-3-4　with...select...when...when others敘述
8-3-5　Loop敘述
8-3-6　NEXT敘述
8-3-7　Wait敘述
8-4 VHDL中所使用的運算子
8-5 VHDL的保留字

第9章 VHDL設計實例介紹
9-1 三對八解碼器的設計
9-2 十六進位上下數計數器之設計
9-2-1　除頻電路之設計
9-2-2　十六進位上下數計數器之設計
9-2-3　多工器之設計
9-2-4　七段顯示器解碼電路之設計
9-2-5　十六進位上下數計數器之完整電路設計
9-3 9999BCD上下計數器之設計
9-3-1　BCD上下計數器之設計
9-3-2　除頻電路、多工器、七段顯示器解碼電路模組之引入
9-3-3　BCD上下數計數電路之完整設計
9-4 跑馬燈之設計

第10章 Verilog硬體描述語言設計方法
10-1 Verilog硬體描述語言的基本架構
10-2 Verilog模組描述的基本格式
10-2-1　開關層次描述的實例介紹
10-2-2　邏輯間層次描述的實例介紹
10-2-3　資料流層次描述的實例介紹
10-2-4　行為層次描述的實例介紹
10-3 Verilog硬體描述語言的描述格式
10-3-1　Verilog的基本語法規定
10-3-2　Verilog的數字格式
10-3-3　Verilog的運算子
10-4 Verilog的資料型態
10-4-1　數值集(Value Set)
10-4-2　接線(net)
10-4-3　暫存器(reg)
10-4-4　向量(vectors)
10-4-5　整數(integer)
10-4-6　實數(real)
10-4-7　時間(time)
10-4-8　陣列(arrays)
10-4-9　記憶體(memories)
10-4-10　參數(parameters)
10-4-11　字串(strings)
10-4-12　三態(Tri-state)
10-5 Verilog的事件基礎時間控制
10-5-1　正規事件控制
10-5-2　事件或控制
10-6 Verilog的輸入輸出埠描述
10-7 Verilog的系統關鍵字描述
10-8 Verilog系統的暫停及完成模擬敘述
10-9 Verilog的監視顯示描述
10-10 Verilog的系統保留字

附錄一 MB-EVL-XC3S50AN-V11 FPGA開發板之介紹
A-1 Xilinx Spartan 3AN  XC3S50AN-TQG144 FPGA晶片
A-2 輸入裝置
A-3 輸出裝置
A-4 J1及J2 使用者擴充I/O接腳插座
A-5 JTAG下載接頭JP3
A-6 JP1 Jumper下載模式跳線
A-7 S10 PROGB Push-Button Switch
A-8 電源開關S11
A-9 D1綠色LED
A-10 D13 紅色LED
A-11 J4電源整流器5V輸入接頭
A-12 直流電源指示LED D15 D16 D17 
A-13 25pin Printer Port
附錄二 MB-EVL-XC2S50E-V10 FPGA開發板之介紹
附錄三 問題集