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张德学，张小军，郭华，陈新华 著

图书标签:

• FPGA
• 数字系统设计
• 现代数字系统
• Verilog
• VHDL
• 嵌入式系统
• 硬件设计
• 数字电路
• 可编程逻辑
• 应用开发

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302388562

版次：1

商品编码：11703063

品牌：清华大学

包装：平装

丛书名： 高等学校电子信息类专业系列教材

开本：16开

出版时间：2015-05-01

用纸：胶版纸

页数：209

编辑推荐

　　《FPGA现代数字系统设计及应用》根据作者多年的教学经验与工程实践编写，内容涉及大规模复杂系统的设计、验证及FPGA实现的全部过程，详细演示了FPGA系统设计的各项技术，有利于读者快速动手实践，对电子信息类学生系统掌握现代数字系统设计有重要的参考价值。《FPGA现代数字系统设计及应用》配有教学课件（PPT）和源文件等教辅资源，下载地址为清华大学出版社网站本书页面。

内容简介

　　随着EDA技术和工具的发展，现代数字系统的设计思想、设计工具和实现方式均发生了深刻的变化，基本设计流程主要包括： 硬件描述语言(HDL)输入； 仿真验证设计功能； 将HDL综合为门级网表； 静态时序分析验证时序； 后端ASIC或者FPGA实现。验证方法学、低功耗设计也是热点问题。随着系统规模增大，将整个系统在单片系统上实现（即片上系统，SoC）已逐渐成为主流。本书根据工程实践与教学经验，采用全新参考流程，指导读者完成大规模复杂系统的设计、验证和FPGA实现。本书注重实践，配套教学PPT与全部实例代码，详细演示各项技术，指导读者动手操作，对电子信息类学生系统掌握现代数字系统设计有重要的参考价值。

作者简介

　　张德学，2006年获中国科学技术大学电路与系统专业博士学位，2011－2014年在复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室做博士后。2011年，主导设计的“32位嵌入式SoC安全家电网关芯片”流片测试成功。长期工作在教学与科研第一线，主讲“EDA技术与应用”、“SoC设计方法学”等课程。

内页插图

前言/序言

　　随着EDA技术和工具的发展，现代数字系统的设计思想、设计工具和实现方式均发生了深刻的变化，系统规模不断增大，片上系统(SoC)已逐渐成为设计主流。本书根据工程实践与教学经验，采用主流工具与参考流程，帮助读者完成大规模复杂系统的设计、验证和FPGA实现。
　　本书在章节安排上，尽量按照现代数字系统开发流程和由浅入深的学习顺序来安排，让读者先了解FPGA器件原理，再学习基本的Verilog语法，采用Modelsim工具仿真调试，然后用Quartus Ⅱ工具综合适配，生成FPGA配置信息流，并将其下载到FPGA开发板上验证。基本流程掌握后，可进一步学习Verdi工具，提高调试效率； 使用TimeQuest时序约束与分析工具，评估设计的性能。工具都熟悉后，可再学习有限状态机设计方法，自检测Testbench设计方法，测试覆盖率分析方法，理解多种良好的编码风格，了解功耗来源构成和低功耗设计方法等。随后可学习基于NiosⅡ的SOPC系统开发过程，以及自定制IP核的设计与集成。最后的综合设计中，详细介绍了基于OR1200的SoC系统设计过程，包括系统架构、硬件搭建、软件开发、软硬件联合仿真、FPGA实现、u�瞓oot移植、Linux移植等，从最小系统开始，逐步添加功能模块，成为较为实用的SoC系统，是较好的SoC系统开发示范。
　　全书章节安排如下：
　　第1章介绍了现代数字系统设计流程、FPGA/CPLD器件原理和商用FPGA/CPLD器件。
　　第2章介绍了Verilog标准与基本语法、Testbench设计方法、仿真器工作原理，并列举了一些设计实例，介绍了设计中的常见问题。
　　第3章介绍了Modelsim仿真工具，主要采用命令行和脚本方式，并介绍了VCD输出、测试覆盖率相关操作。
　　第4章介绍了Verdi工具，以及如何与Modelsim联合调试等问题。
　　第5章介绍了Quartus Ⅱ工具使用、FPGA开发流程，以及如何进行功能仿真与时序仿真。
　　第6章介绍了时序约束与时序分析概念，以及TimeQuest工具使用。
　　第7章介绍了Synplify Pro工具使用。
　　第8章介绍了部分Verilog高级设计，包括编码风格、自检测Testbench设计、FSM设计、多时钟域设计，以及PLI编程。
　　第9章介绍了功耗来源、功耗估算方法，以及常见的低功耗设计方法。
　　第10章介绍了基于NiosⅡ的SOPC系统设计，从系统搭建到μCLinux操作系统移植，并介绍了如何进行IP核开发与集成。
　　第11章介绍了基于OR1200的SoC系统设计过程，采用“OR1200 CPU + Wishbone总线+其他功能模块”结构，从构建基本平台开始，逐步添加外围模块，并移植了u�瞓oot和Linux系统，最终实现了功能较为完备的实用SoC系统。
　　本书配套教学PPT与全部实例代码，以便于教师教学及学生练习。
　　本书可用作EDA技术与应用、SOPC系统设计、SoC设计方法学等课程的参考教材。EDA技术与应用课程可重点讲解第1、2、3、5、6、8章，SOPC系统设计课程可重点讲解第3、4、6、8、9、10章，SoC设计方法学课程可重点讲解第3、4、6、8、9、11章。
　　本书注重实践，配套教学PPT与全部实例代码，详细演示各项技术，指导读者动手操作，对电子信息类学生系统地掌握现代数字系统设计有一定帮助。
　　全书行文力求简洁实用，阅读过程中，可能需要读者查阅相关标准、规范文档。
　　本书撰写中，直接或间接引用了不少专家、学者的文献，以及EDA厂商的培训教材等，它们精辟的分析、简明的风格，让作者受益匪浅，在此表示感谢！书中引用处已做了说明，疏漏之处敬请谅解。
　　全书由张德学博士、张小军博士、郭华博士编写，王维克、肖风玉检验了全书实例，提出了修改意见，并对文字描述、图片做了一些修正，陈新华教授审校了全书。全书由张德学负责统稿。
　　作者教学、实践经验尚浅，加之水平有限，谬误和疏漏之处在所难免，敬请读者指正。
　　张德学2015年1月

好的，以下是一本聚焦于微处理器架构与嵌入式系统开发的图书简介： --- 书名：高性能微处理器架构与嵌入式系统实践 作者：[此处填写作者名] 出版社：[此处填写出版社名] 内容概要： 在当今飞速发展的数字时代，微处理器已成为几乎所有电子设备的核心。从智能手机、物联网节点到工业自动化和汽车电子系统，对高效能、低功耗处理器的需求日益迫切。本书旨在为读者提供一个全面、深入的视角，剖析现代高性能微处理器（如ARM、RISC-V等主流架构）的设计原理、指令集架构（ISA）的演变，以及如何将这些架构应用于实际的嵌入式系统开发中。 本书的起点是处理器基础知识，但迅速深入到现代微处理器所面临的挑战与解决方案。我们不仅仅关注于理论上的概念，更强调动手实践的重要性，力求将前沿的计算机体系结构知识与实际的工程应用紧密结合。 第一部分：微处理器体系结构基础与演进 本部分将为读者构建坚实的理论基础。我们将从最基本的冯·诺依曼与哈佛结构讲起，详细阐述指令的获取、译码、执行过程。重点将放在现代处理器中提高性能的关键技术上，包括流水线（Pipelining）的深度与结构冒险、分支预测（Branch Prediction）的算法及其对性能的影响。读者将了解到，为什么仅仅提高时钟频率已不足以满足性能需求，而内存访问效率和指令级并行性（ILP）才是现代CPU设计的核心驱动力。 特别地，我们将探讨超标量（Superscalar）设计、乱序执行（Out-of-Order Execution）的工作机制，以及如何通过寄存器重命名（Register Renaming）等技术来最大化指令吞吐量。对于特定应用领域（如数字信号处理或人工智能推理），我们还将介绍向量处理单元（Vector Processing Units）的设计思路及其在SIMD（单指令多数据）操作中的应用。 第二部分：指令集架构（ISA）的深度解析——以RISC-V为例 指令集架构是软件与硬件之间的契约。本书选择深入剖析RISC-V架构，因为它代表了开放性、模块化和可扩展性的未来趋势。我们将详细解读RISC-V的基础整数指令集（RV32I/RV64I），理解其定长与变长指令格式的优势。 更重要的是，我们将超越基础指令集，探讨RISC-V的模块化设计哲学。读者将学习如何根据特定应用的需求（如嵌入式控制、DSP、或嵌入式AI加速）来选择或定制扩展指令集（如M、A、F、D、V扩展）。本书将提供实际的汇编代码示例，演示如何利用这些指令集特性进行高效的底层编程，包括上下文切换、中断处理和特权级管理。 对于ARM架构，本书将侧重于最新的Cortex-M系列（用于嵌入式控制）和Cortex-A系列（用于高性能应用），对比其与RISC-V在能效比、生态系统成熟度以及内存模型上的差异。 第三部分：内存系统、缓存与一致性 在现代处理器中，性能的瓶颈往往不在于CPU的计算速度，而在于数据获取的速度。本部分将聚焦于内存系统的优化。我们将详细介绍多级缓存（L1, L2, L3）的组织结构、工作原理，包括直接映射、组相联和全相联缓存的优缺点。 核心内容将包括缓存一致性协议（如MESI协议）的运作机制，理解多核系统中数据同步的复杂性。读者将通过实例理解缓存未命中（Cache Miss）的成本，并学习如何通过代码优化（如数据结构对齐、循环展开、空间局部性与时间局部性）来最大化缓存命中率，从而显著提升应用性能。此外，对虚拟内存管理、TLB（转译后备缓冲区）以及MMU（内存管理单元）的工作原理也将进行系统性的介绍。 第四部分：嵌入式系统与异构计算实践 理论知识最终需要落地于实际的嵌入式平台。本部分将重点介绍如何将前述的处理器架构知识应用于资源受限的环境。我们将涵盖实时操作系统（RTOS）的内核结构、任务调度算法（如优先级继承、时间片轮转），以及中断服务程序（ISR）的设计原则。 此外，本书将深入探讨异构计算的趋势。现代SoC（系统级芯片）往往集成了CPU核心、GPU、DSP甚至NPU。我们将阐述如何利用这些不同处理单元的优势，通过工具链（如OpenCL或特定厂商的SDK）进行任务划分与调度，实现并行加速。针对物联网（IoT）场景，本书还将讨论低功耗设计策略，如动态电压与频率调整（DVFS）和睡眠模式管理。 实践项目与案例分析： 全书穿插了丰富的实践案例，涵盖了从裸机启动代码编写到复杂外设驱动的开发。读者将通过实际操作，学习使用交叉编译工具链、硬件调试器（如JTAG/SWD）和性能分析工具来定位瓶颈。案例包括但不限于：设计一个高性能中断控制器、实现一个简单的内存保护单元（MPU）、以及优化一个实时数据流处理算法。 本书适合对象： 计算机体系结构专业学生、对底层硬件编程感兴趣的软件工程师、寻求提升嵌入式系统性能的开发人员、以及希望深入理解现代处理器设计与工作机制的技术人员。 通过本书的学习，读者不仅能掌握主流处理器的“是什么”，更能理解其“为什么”以及“如何用”，为未来更复杂的硬件-软件协同设计打下坚实基础。 ---

评分☆☆☆☆☆

从技术的深度和广度来看，这本书绝对是一本值得拥有的FPGA设计宝典。作者在内容的组织上，展现出了极高的专业素养。他从FPGA的基本原理出发，逐步深入到高级设计技巧和前沿应用。我对书中关于“高级时序分析与优化”和“低功耗FPGA设计”等章节尤为印象深刻。这些内容往往是大多数初级书籍会忽略或者一带而过的，但对于追求高性能和高效率的现代数字系统设计而言，却是至关重要的。作者在这方面讲解得既专业又透彻，不仅阐述了理论基础，还提供了大量的实操建议和优化方法，帮助读者理解如何在复杂的应用场景下实现最优的设计。此外，书中对一些行业内普遍采用的设计流程和方法论也有提及，这对于想要系统性学习并进入FPGA设计行业的读者来说，非常有指导意义。阅读过程中，我感觉作者仿佛是一位循循善诱的老师，他不仅仅是在传授知识，更是在引导读者进行独立的思考和创新。书中的每一个案例都经过精心设计，不仅能够验证相关的技术点，还能激发读者进一步的探索欲望。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的感受是它的“应用导向”和“实战性”。很多FPGA的书籍，虽然理论知识扎实，但在实际应用方面却显得有些“纸上谈兵”。然而，《FPGA现代数字系统设计及应用》在这方面做得非常出色。它不仅仅是教授我们如何写代码，更重要的是教会我们如何将FPGA技术应用于解决实际的工程问题。书中涉及的案例非常广泛，涵盖了从嵌入式系统开发到高性能计算，再到通信和图像处理等多个领域。我个人对嵌入式FPGA应用非常感兴趣，书中对相关案例的深入剖析，让我对如何将FPGA作为核心控制器，与其他外设进行交互有了更清晰的认识。例如，书中关于SDRAM接口设计和PCIe接口设计的章节，虽然篇幅不长，但信息量巨大，对于有志于从事相关领域工作的读者来说，无疑是一份宝贵的参考资料。作者在讲解过程中，并没有回避工程实践中的难点，反而主动将其提出来，并给出解决方案，这种严谨的治学态度和丰富的实战经验，在书中得到了充分的体现。读这本书，不仅仅是在学习技术，更像是在与一位经验丰富的工程师进行深度交流，从中汲取宝贵的经验和智慧。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计非常吸引人，深邃的蓝色背景搭配银色的书名，给人一种专业、现代的感觉，一下子就抓住了我的眼球。拿到手后，纸张的质感也很好，厚实且光滑，印刷清晰，即使长时间阅读也不会感到疲劳。翻开第一页，目录结构清晰明了，章节划分也很合理，从基础概念的介绍到高级应用的探讨，循序渐进，让初学者能够轻松入门，同时也能满足有一定基础的读者深入学习的需求。内容涵盖了FPGA设计的方方面面，从硬件描述语言（Verilog/VHDL）的语法、流程，到时序分析、逻辑优化、综合与布局布线等关键技术，都有详尽的阐述。作者在讲解过程中，不仅提供了理论知识，还结合了大量的实例，这些实例都非常贴近实际工程应用，比如在数字信号处理、通信系统、嵌入式系统等领域的应用，让我能够清晰地看到FPGA在实际工作中的价值和作用。而且，书中对一些复杂概念的解释，都做到了深入浅出，使用了许多形象的比喻和图示，使得原本抽象的技术变得生动易懂。我尤其喜欢书中对一些常见设计误区和调试技巧的介绍，这对于实际项目开发来说简直是宝藏，能帮助我们少走弯路，提高效率。这本书不仅仅是一本教材，更像是一位经验丰富的工程师，在手把手地教你如何进行FPGA设计。

评分☆☆☆☆☆

我一直在寻找一本能够系统性地提升我的FPGA设计能力的图书，终于在这本《FPGA现代数字系统设计及应用》中找到了期望中的那本书。它并非仅仅罗列枯燥的技术术语，而是将FPGA的应用场景描绘得淋漓尽致。从最基础的逻辑门电路搭建，到复杂的微处理器核设计，书中都提供了清晰的逻辑脉络和实操指导。作者的写作风格严谨而又不失趣味，他擅长将复杂的概念拆解成易于理解的单元，并通过生动的语言和精心设计的图示，将抽象的数字逻辑世界具象化。我特别欣赏书中关于时序约束和时序优化的部分，这部分内容是FPGA设计中的难点，但作者通过实例分析，循序渐进地讲解了如何处理时序问题，以及如何通过合理的代码结构和设计策略来优化时序性能。这一点对于我目前正在进行的某个项目至关重要，它为我提供了解决实际工程问题的有效方法。此外，书中对FPGA开发流程的介绍也相当完整，从需求分析、架构设计，到代码编写、仿真验证，再到硬件实现和调试，每一步都讲解得十分细致。书中提供的配套资源（如果作者有提供的话）更是极大地增强了学习效果，我可以通过实际操作来巩固和深化对理论知识的理解。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，为我打开了FPGA技术应用的一个全新视角。我之前对FPGA的理解可能还停留在相对基础的层面，但通过阅读这本书，我看到了FPGA在更广阔、更复杂的数字系统中的无限潜力。作者并没有仅仅局限于介绍FPGA的开发工具和语言语法，而是着重于“设计”的理念和方法。从系统级的架构设计，到具体的IP核选择和集成，再到性能的评估和验证，书中的内容贯穿了整个数字系统设计的生命周期。我特别喜欢书中关于“面向应用的FPGA架构设计”的探讨，它强调了根据具体应用需求来选择和构建FPGA架构的重要性，而不是简单地套用通用的设计模板。这种思维方式对于我来说是一种颠覆性的启发。书中对诸如“可重构计算”和“异构计算”等前沿技术在FPGA上的实现也进行了介绍，虽然这些内容可能对初学者来说有一定挑战，但对于希望跟上技术发展步伐的读者，绝对是极具价值的参考。总而言之，这本书不仅是一本技术手册，更是一本能够激发读者创新思维、拓展技术视野的优秀著作，我非常推荐给所有对FPGA技术感兴趣的读者。