Xilinx Zynq-7000嵌入式系统设计与实现 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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• 嵌入式系统
• FPGA
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店铺： 文舟图书专营店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121289958

商品编码：11185703709

基本信息

书名:Xilinx Zynq-7000嵌入式系统设计与实现

定价：128.00元

作者:何宾，张艳辉 著

出版社：电子工业出版社

出版日期：2016-06-01

ISBN：9787121289958

字数：

页码：744

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：

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目录

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内容提要

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本书以Xilinx公的XC7Z020 Zynq-7000 SoC器件和Xilinx新的Vivado 2015.4集成开发环境为平台，全面系统的介绍了嵌入式系统设计的完整设计流程。作者以本书为核心，构建了由公开视频教学资源、设计案例代码、教学课件、交流群等学习资源，以方便广大读者与作者交流互动。

文摘

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作者介绍

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何宾 的嵌入式技术和EDA技术专家，长期从事电子设计自动化方面的教学和科研工作，与全球多家知名的半导体厂商和EDA工具厂商大学计划保持紧密合作。目前已经出版嵌入式和EDA方面的著作近30部，内容涵盖电路仿真、电路设计、可编程逻辑器件、数字信号处理、单片机、嵌入式系统、片上可编程系统等。典型的代表作有《Xilinx FPGA数字设计-从门级到行为级的双重描述》、《STC单片机原理及应用》、《Altium Designer15.0电路仿真》、《STC单片机C语言程序设计》等。

探索高效能嵌入式计算的新范式：Zynq-7000 SoC 实践指南 本书籍并非直接介绍“Xilinx Zynq-7000 嵌入式系统设计与实现”这本书的目录或具体章节内容。相反，它将作为一本独立且内容详实的实践指南，深入挖掘 Xilinx Zynq-7000 系列片上系统 (SoC) 在现代嵌入式系统开发中所扮演的关键角色，以及如何有效利用其独特架构实现高性能、低功耗且高度集成的解决方案。 开篇：Zynq-7000 的独特魅力与价值 在本书中，我们将首先为您剖析 Zynq-7000 SoC 的核心价值主张。与传统的微处理器或 FPGA 相比，Zynq-7000 最大的亮点在于其异构多核架构，将强大的 ARM Cortex-A9 双核处理器与高密度、高性能的 Xilinx 可编程逻辑 (PL) 精密地集成在同一颗芯片上。这种“软硬件协同”的设计理念，为嵌入式系统设计师提供了前所未有的灵活性和强大的处理能力。我们将详细阐述这种架构带来的优势，例如： 并行处理能力： 充分发挥 ARM 处理器在通用计算、实时操作系统和控制任务上的优势，同时利用 FPGA 的并行处理能力来加速特定计算密集型任务，如图像处理、信号分析、通信协议加速等。 系统级集成： 将 CPU、FPGA、各种外设接口（如 DDR 控制器、USB、以太网、SD/SDIO、SPI、I2C、UART 等）以及丰富的存储资源整合到单一器件中，显著减小了系统尺寸、降低了功耗，并简化了电路板设计。 灵活性与可重构性： FPGA 的可编程特性意味着您可以根据实际应用需求，自由定制硬件加速器、接口逻辑，甚至重新配置整个数据通路，从而轻松应对快速变化的技术标准和产品迭代。 功耗优化： 通过将高计算需求的任务卸载到 FPGA，可以有效降低 CPU 的工作负载，从而实现整体功耗的优化，这对于电池供电或对散热有严格要求的嵌入式设备至关重要。 第一部分：硬件平台构建与基础配置 本书的基石将围绕 Zynq-7000 的硬件层面展开。我们将提供从选型到基础配置的详细指导，帮助读者建立对 Zynq-7000 硬件环境的深刻理解。 Zynq-7000 器件家族概览： 详细介绍 Zynq-7000 系列的不同型号（如 XC7Z010, XC7Z020, XC7Z030, XC7Z045 等），分析其在逻辑单元数量、DSP 切片、Block RAM、处理器性能、接口带宽等方面的差异，指导读者如何根据项目需求选择最合适的器件。 开发板选型与分析： 推荐市面上主流的 Zynq-7000 开发板（例如 Digilent ZedBoard, Xilinx ZC702/ZC706 等），分析它们的特性、接口丰富度、易用性以及适用场景，帮助读者快速入门。 硬件连接与上电启动： 提供详细的硬件连接指导，包括电源、时钟、JTAG 接口、SD 卡、UART 等关键连接的注意事项。我们将深入讲解 Zynq-7000 的启动流程，包括 Boot ROM、FSBL (First Stage Boot Loader) 的作用，以及如何通过 JTAG 或 SD 卡进行初始配置和软件加载。 系统时钟与复位管理： 详细阐述 Zynq-7000 片内时钟生成器 (Clocking Wizard) 的配置，以及如何通过时钟配置实现系统不同模块的频率设定。同时，我们将讲解系统复位逻辑的设计与实现。 内存接口设计与优化： 重点介绍 Zynq-7000 的 DDR3/DDR3L/DDR2/LPDDR2 控制器。我们将分析 DDR 接口的电气特性、时序要求，并提供内存 IP 核的配置方法，包括时序参数的调整、等长处理等，以确保数据传输的稳定性和高效性。 外设接口详解： 详细介绍 Zynq-7000 提供的丰富片上外设，如： 通用输入输出 (GPIO)： 如何配置和使用 GPIO 引脚，实现与外部器件的简单交互。 串行通信接口： UART、SPI、I2C 的工作原理、配置方法及其在传感器、EEPROM 等外设连接中的应用。 高速通信接口： USB、以太网 MAC 的接口特性、配置与驱动开发。 存储接口： SD/SDIO 接口的配置，用于 SD 卡启动和数据存储。 其他接口： 如 CAN、Quad-SPI 等，根据实际项目需求进行深入探讨。 第二部分：软件开发与操作系统集成 在硬件平台搭建完毕后，本书将重点转向软件开发层面，强调 ARM 处理器与 FPGA 之间的协同工作。 Xilinx Vivado 设计套件详解： 详细介绍 Xilinx Vivado 设计套件的使用，包括项目创建、IP integrator 的应用、HDL 语言（Verilog/VHDL）的设计流程、仿真验证、综合、实现（布局布线）、比特流生成等。 PS/PL 交互机制： 这是 Zynq-7000 嵌入式系统设计的核心。我们将深入讲解 Processor System (PS) 和 Programmable Logic (PL) 之间的数据传输和通信机制。 AXI 互联： 详细介绍 AMBA AXI4、AXI4-Lite、AXI4-Stream 总线协议，以及它们在 PS 和 PL 之间的接口设计。我们将演示如何使用 Vivado IP Integrator 构建 AXI 互联，连接 ARM 处理器与自定义的 FPGA IP 核。 DMA (Direct Memory Access)： 讲解 DMA 的工作原理，以及如何利用 DMA 实现 PS 和 PL 之间的高效数据传输，减少 CPU 的干预，提升系统吞吐量。 中断机制： 阐述 PS 和 PL 之间的中断触发与响应机制，使 FPGA 能够及时通知 ARM 处理器处理特定事件。 软件开发环境搭建： 指导读者搭建适用于 Zynq-7000 的软件开发环境，包括 PetaLinux SDK (或 Vitis) 的安装与使用，交叉编译器的配置，以及 SDK/Vitis 中的工程创建、代码编写、编译链接和下载调试流程。 操作系统移植与应用： Linux 操作系统的部署： 详细介绍如何在 Zynq-7000 上移植和部署 Linux 操作系统。我们将讲解 U-Boot 的作用，如何生成 Device Tree Blob (DTB) 来描述硬件资源，以及如何使用 PetaLinux/Vitis 来自动化 Linux 系统的构建过程。 实时操作系统 (RTOS) 的选择与使用： 探讨 FreeRTOS、Zephyr 等 RTOS 在 Zynq-7000 上的应用，以及它们与 Linux 的配合使用。 驱动程序开发： 讲解如何在 Linux 环境下为自定义的 FPGA IP 核开发设备驱动程序，使其能够被用户空间应用程序访问和控制。 Bare-metal 编程： 对于对实时性要求极高或资源极其有限的应用，我们将介绍 Bare-metal 编程模式，直接在硬件上编写代码，无需操作系统的开销。 第三部分：硬件加速器设计与性能优化 本部分将是本书的亮点，深入探讨如何利用 Zynq-7000 的 FPGA 部分实现高性能的硬件加速。 FPGA IP 核设计流程： 需求分析与功能划分： 如何将复杂的计算任务分解成可由 FPGA 实现的模块。 HDL 语言设计： 深入讲解 Verilog/VHDL 的关键设计技巧，包括状态机设计、流水线设计、并行化处理等，以实现高效且面积优化的硬件逻辑。 IP 核封装与集成： 如何将自定义的 HDL 设计封装成可在 Vivado IP Integrator 中使用的 IP 核。 性能与资源评估： 利用 Vivado 的报告工具，分析 IP 核的逻辑资源占用、时序约束、时钟频率等，并进行优化。 常见硬件加速应用实例： 图像处理加速： 例如，实现 Sobel 边缘检测、Harris 角点检测、图像缩放、色彩空间转换等算法的 FPGA 加速。 信号处理加速： 如 FIR/IIR 滤波器、FFT (快速傅里叶变换) 的硬件实现。 通信协议加速： 设计自定义的通信协议栈，或加速现有的高速通信协议。 数据压缩/解压缩： 实现如 LZ77、Huffman 编码等算法的硬件加速。 性能优化技术： 流水线技术： 如何设计深度流水线来提高吞吐量。 并行计算： 如何通过并行执行单元来加速计算。 局部性优化： 利用 FPGA 的 Block RAM 实现数据的缓存和高效访问。 位宽优化： 根据数据特性，选择合适的位宽以减小资源占用和功耗。 浮点运算在 FPGA 中的实现： 介绍如何利用 DSP 切片或 IP 核实现浮点运算，以满足高精度计算需求。 第四部分：系统集成、调试与验证 一个完整的嵌入式系统项目离不开严格的调试和验证。 PS/PL 联合调试： 讲解如何在 Linux 环境下，通过 GDB 或其他调试工具对 ARM 应用程序进行调试，并结合 FPGA 内部信号的在线逻辑分析（ILA, Integrated Logic Analyzer）来分析 PS 和 PL 之间的交互。 仿真验证策略： 强调仿真在整个设计流程中的重要性。我们将介绍不同级别的仿真，包括行为级仿真、门级仿真，以及如何利用 Testbench 进行有效的验证。 硬件验证方法： 除了仿真，还将探讨一些硬件层面的验证方法，例如片上自测、信号探针等。 功耗分析与优化： 介绍如何使用 Vivado 的功耗分析工具来评估系统功耗，并提出降低功耗的策略，例如动态频率调整、功耗门控等。 可靠性设计考量： 讨论在嵌入式系统设计中需要考虑的可靠性因素，如异常处理、错误检测与纠正。 第五部分：高级主题与未来展望 为了提供更全面的视角，本书还将触及一些 Zynq-7000 相关的进阶主题。 Xilinx Zynq UltraScale+ MPSoC/RFSoC 家族简介： 简要介绍 Zynq-7000 的下一代产品，分析其在处理器核心数量、硬件加速能力、集成度以及特定应用领域（如通信、数据中心）的优势。 异构计算框架： 探讨 OpenCL、Vitis AI 等异构计算框架在 Zynq 平台上的应用，使得开发者能够更方便地利用 FPGA 进行机器学习和人工智能的硬件加速。 工业控制与实时应用： 阐述 Zynq-7000 在工业自动化、机器人、医疗设备等对实时性、可靠性和集成度要求极高的领域的应用潜力。 嵌入式视觉与机器学习： 探讨如何利用 Zynq-7000 构建高性能的嵌入式视觉系统，并集成机器学习模型实现智能感知和决策。 总结 本书旨在成为所有希望深入理解并成功实现 Xilinx Zynq-7000 嵌入式系统项目的工程师、研究人员和学生的宝贵资源。通过理论讲解与实际案例相结合的方式，读者将掌握 Zynq-7000 的软硬件协同设计方法，能够独立完成从硬件配置、软件开发到硬件加速器设计的全流程，从而构建出更强大、更灵活、更高效的嵌入式解决方案。本书不仅仅是关于一个芯片的技术手册，更是关于如何利用这个强大的平台，解锁下一代嵌入式智能与计算的无限可能。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，对于我这样的嵌入式系统爱好者来说，无疑是一个振奋人心的消息。Zynq-7000系列，这个将强大的ARM处理器与灵活的FPGA逻辑巧妙融合的SoC，为我们打开了全新的设计维度。以往，我们需要在纯软件或者纯硬件之间做出选择，而Zynq-7000则打破了这一界限，允许我们在同一平台上实现高性能的计算和高度定制化的硬件加速。 我最期待的是，这本书能够提供一套完整的、循序渐进的学习路径。从最初的硬件平台介绍，到具体的开发环境搭建，再到PS和PL的编程与协同，希望这本书能够像一位经验丰富的向导，带领我们一步步深入 Zynq-7000 的世界。尤其是我对书中能否包含如何有效地进行PS与PL之间的通信，以及如何利用FPGA来实现硬件加速的详细讲解充满期待。如果书中还能提供一些实际的项目案例，例如图像处理、通信接口开发或者实时控制系统，并展示如何利用Zynq-7000的特性来优化这些应用，那将是锦上添花。我相信，这本书能够帮助我从理论走向实践，将那些在脑海中构思的创新想法，变成真正可运行的嵌入式系统。

评分☆☆☆☆☆

读到这本书的标题，我的第一反应是：“终于有针对Zynq-7000的深度解析了！”我一直对Xilinx这个厂商以及他们的FPGA技术非常感兴趣，而Zynq-7000系列更是将ARM处理器和FPGA的优势结合得淋漓尽致，这为设计更加复杂、更具创新的嵌入式应用提供了可能。然而，要真正驾驭这样一款强大的芯片，所需的知识和技能是相当广泛的。从硬件原理到软件开发，再到两者之间的协同工作，每一个环节都充满了挑战。 这本书的定位，在我看来，正是要为开发者搭建一座连接理论与实践的桥梁。我非常期待书中能够提供关于Zynq-7000架构的详细解读，包括其PS和PL的组成、接口协议，以及如何根据具体应用场景进行最优化的配置。更重要的是，我希望书中能够深入探讨实际的开发流程，例如如何使用Xilinx的开发工具（如Vivado和SDK）来完成项目的设计、综合、实现和调试。如果书中还能包含一些经典的嵌入式系统应用案例，并展示如何将Zynq-7000的独特优势应用其中，那将是对我极大的帮助。我相信，这本书能够帮助我克服学习曲线，更快地掌握Zynq-7000的开发技能，从而在我的项目中实现更加卓越的设计。

评分☆☆☆☆☆

作为一个在嵌入式领域摸爬滚打多年的工程师，我深知掌握一款先进的开发平台对于项目效率和创新能力的重要性。Xilinx Zynq-7000系列，凭借其独特的ARM+FPGA架构，无疑是当下最具吸引力的选择之一。然而，要充分发挥其潜力，需要对该平台的硬件特性、开发流程以及软件工具链有深入的理解。 我之所以对这本书充满期待，是因为它直接指向了“设计与实现”这一核心环节。这意味着它不仅仅是对Zynq-7000架构的理论性介绍，更重要的是，它会教授读者如何将理论知识转化为实际可行的解决方案。我非常希望书中能够详细阐述如何利用Vivado设计套件进行硬件开发，包括RTL设计、IP集成、时序约束等关键步骤。同时，对于软件部分，我也期待看到关于嵌入式Linux移植、驱动开发以及系统优化的深度探讨。如果书中能提供丰富的代码示例，甚至是一些实际项目开发的流程演示，那么它将极大地缩短我学习和应用Zynq-7000的时间，帮助我更快地解决复杂的设计难题，并在我的工作中取得突破。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，恰逢其时。在当前嵌入式系统飞速发展的浪潮中，高性能、高集成度的SoC平台成为设计的焦点。Zynq-7000系列以其独特的ARM处理器与FPGA可编程逻辑的结合，为开发者提供了前所未有的灵活性和强大的处理能力，这无疑为各种复杂的嵌入式应用打开了新的大门。 我对于这本书的期望，是它能够提供一套全面且实用的设计与实现指南。从基础的硬件架构介绍，到深入的开发工具链讲解，再到 PS（Processing System）与 PL（Programmable Logic）之间的协同工作机制，我都希望能够得到清晰、系统的阐述。尤其吸引我的是“实现”这个词，它暗示着这本书不仅仅停留在理论层面，而是会包含实际的项目开发流程、调试技巧以及性能优化的方法。如果书中能够提供丰富的代码示例、硬件设计模块以及实际案例分析，那么它将成为我学习和掌握Zynq-7000技术的宝贵资源，帮助我快速上手，并将复杂的嵌入式系统设计理念付诸实践，从而在我的项目开发中取得更大的成功。

评分☆☆☆☆☆

这是一本我近期非常期待的书籍，虽然还没来得及深入阅读，但从封面和目录来看，它无疑填补了我一直在寻找的领域空白。近来，随着嵌入式系统在各个行业的应用日益广泛，从物联网设备到高性能计算，对强大且灵活的硬件平台的需求也越来越高。Zynq-7000系列正是这样一款集成了ARM处理核心和FPGA可编程逻辑的SoC，它为开发者提供了前所未有的设计自由度和性能潜力。我对于这本书能够系统地阐述如何利用Zynq-7000进行实际项目的设计与实现感到无比兴奋。 尤其是“嵌入式系统设计与实现”这个副标题，预示着这本书不仅仅停留在理论介绍，而是会深入到具体的设计流程、工具链使用、甚至是常见的挑战与解决方案。我非常关心它是否会详细讲解如何配置Zynq-7000的PS（Processing System）和PL（Programmable Logic），以及如何高效地进行两者之间的通信。此外，对于一个初学者或者希望进一步提升技能的开发者来说，清晰的步骤指导、丰富的代码示例以及实际应用案例的分析将是至关重要的。我对书中可能包含的关于操作系统移植（如Linux）、驱动程序开发、以及如何优化系统性能的部分充满了好奇。我相信，如果这本书能够做到这一点，它将成为我开启Zynq-7000开发之旅的宝贵指南，让我能够快速上手，并自信地构建出自己的嵌入式系统。

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