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Vorwort
5
Inhaltsverzeichnis
7
Notation
10
1 Schaltungsentwurf mit Hardwarebeschreibungssprachen
11
1.1 Vom Schaltplan zur Schaltungssynthese
11
1.2 Logische Operationen in digitalen Schaltungen
16
1.3 Dualarithmetik
20
1.4 Strukturbeschreibung digitaler Systeme
24
1.5 Hardwarebeschreibungssprache VERILOG
25
1.6 Hardwarebeschreibungssprache VHDL
28
1.7 Registrierung und Download für System ISE WebPACK
34
2 VHDL-Beschreibung kombinatorischer Schaltungen
35
2.1 Logik-Operatoren in VHDL
35
2.2 Verhaltensbeschreibung in VHDL
36
2.3 Alternative VHDL-Beschreibungen kombinatorischer Schaltungen
42
2.4 Vektor-Operationen
45
2.5 VHDL-Modelle für kombinatorische Grundschaltungen
48
2.5.1 Multiplexer
48
2.5.2 Codierer, Decoder und Code-Wandler
50
2.5.3 Komparatoren
51
2.5.4 Addierschaltungen
53
2.5.5 Barrelshifter
55
2.5.6 Tristate-Treiber
59
2.6 Logik-Elemente in programmierbaren Bauelementen
61
2.7 Zusammengesetzte kombinatorische Schaltungen
63
2.8 VHDL-Testbench
66
2.9 Einführung in das VHDL-Entwurfssystem XILINX ISE
69
3 VHDL-Beschreibung sequenzieller Schaltungen
79
3.1 Speicherelemente-Typen
79
3.1.1 Latch-Speicherelemente
79
3.1.2 Taktflankengesteuerte D-Flipflops
81
3.1.3 Funktions-Flipflops
85
3.2 Speicherelemente in programmierbaren Logikbausteinen
88
3.3 Synchrone sequenzielle Schaltungen
89
3.4 Funktionaler Entwurf sequenzieller Schaltungen
94
3.5 Automatenbeschreibung sequenzieller Schaltungen
99
3.5.1 Automatentypen
99
3.5.2 Automaten-Entwurf
102
3.5.3 VHDL-Beschreibung von Zustandsautomaten
103
3.6 Asynchrone sequenzielle Schaltungen
105
3.7 Synthese sequenzieller Schaltungen mit dem Entwurfssystem ISE
107
4 Zähler-Entwurf
111
4.1 Schaltungssynthese für Dualzähler
111
4.2 Zusammengesetzte Zähler
121
4.3 Dezimalzähler
122
4.4 Entwurf schneller Zähler
126
4.5 Grundschaltungen mit Zählerelementen
130
4.6 Frequenz-Vervielfachung mit PLL-Schaltungen
134
4.7 Takt-Management mit DLL-Schaltungen
137
4.8 Schaltungsentwurf mit Schaltbild im System ISE
139
5 Schieberegister
143
5.1 VHDL-Modelle für Schieberegister
143
5.2 Ringzähler
146
5.3 Automaten-Entwurf mit Schieberegistern
147
5.4 LFSR-Zähler
151
5.5 Scrambler
154
5.6 CRC-Berechnung
158
5.7 Implementierung von CPLD-Bausteinen im System ISE
161
6 Schaltungen mit Speicherblöcken
165
6.1 VHDL-Modelle für Speicherblöcke
165
6.2 Verteilte Speicherblöcke in FPGAs
168
6.3 Blockspeicherelemente in FPGAs
172
6.4 ROM-Speicher
176
6.5 Registerschaltungen
179
6.6 Schieberegister mit Speicherblöcken
187
6.7 FIFO-Speicher
191
6.8 CAM-Speicher
197
6.9 Implementierung von FPGA-Bausteinen im System ISE
202
7 Arithmetik-Schaltungen
205
7.1 Schnelle Addierschaltungen
205
7.2 Multiplikations-Algorithmen
207
7.3 Sequenzielle Multiplikations-Schaltungen
210
7.4 Divisions-Algorithmen
217
7.5 Sequenzielle Divisions-Schaltungen
219
7.6 Konstanten-Multiplizierer
223
7.7 Gleitpunktarithmetik-Baugruppen
226
7.7.1 Gleitpunktdatenformate
226
7.7.2 Gleitpunkt-Multiplikation
227
7.7.3 Gleitpunkt-Division
231
7.7.4 Gleitpunkt-Addition
233
7.8 Konvertierung der Datenformate
238
7.8.1 Konvertierung zwischen Integer- und Gleitpunkt-Darstellungen
238
7.8.2 Konvertierung zwischen Gleitpunkt- und Integer-Darstellungen
241
7.9 Core-Generator im System ISE
242
8 Peripherieschaltungen für Mikroprozessoren
247
8.1 Prozessorschnittstellen
247
8.2 BUS-Systeme
252
8.3 Register-Interface
258
8.4 FIFO-Interface
263
8.5 Timer
265
8.6 Echtzeituhr
271
8.6.1 Dezimalzählermodule
271
8.6.2 Strukturbeschreibung
274
8.7 100-Jahres-Kalender
277
8.8 Konfigurationsverfahren für FPGAs
281
Literaturverzeichnis
283
Sachwortverzeichnis
286
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