FPGA芯片架构设计与实现 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121306105

商品编码：19241918212

商品基本信息，请以下列介绍为准
商品名称：	FPGA芯片架构设计与实现
作者：	余乐
定价：	56.0
出版社：	电子工业出版社
出版日期：	2017-07-01
ISBN：	9787121306105
印次：
版次：	1
装帧：	平装-胶订
开本：	16开

内容简介

可编程通用逻辑门阵列芯片简称FPGA，与CPU，DSP并列为三大通用数字处理芯片，广泛应用于通信、航空航天、、国防军工以及安防视频监控等领域。通过本书的学习，读者可以全面了解一颗FPGA芯片从设计、验证到流片的全部开发过程。 本书共分10章，采取“总—分”的编排方式。第1章从架构的总体设计入题对FPGA进行介绍。第2~10章，分别对其中的各个重要模块逐一介绍，包括：时钟网络、电源/地线网络和漏电流、可编程逻辑单元、可编程I/O模块、DDR存储器接口、数字延时锁定环、连线连接盒、互连线段长度分布以及配置模块。 本书适合从事集成电路设计的工程师、微电子专业研究生以及从事微电子专业教学研究的教师和科研人员阅读。本书还可以作为高等院校教授集成电路设计的辅助资料。

目录

第1 章 FPGA 架构总体设计 ········································································· 1 1.1 FPGA 芯片研制流程·········································································· 1 1.2 FPGA 架构设计流程·········································································· 7 1.3 FPGA 规模和资源划分 ····································································· 17 1.4 FPGA 中功能模块划分 ····································································· 20 本章参考文献 ······················································································ 26 第2 章 FPGA 中时钟网络 ·········································································· 30 2.1 简介 ···························································································· 30 2.2 FPGA CDN 建模 ············································································· 33 2.3 时钟网络设计方法 ·········································································· 43 2.4 时钟网络的灵活性 ·········································································· 48 2.5 路由级联 ······················································································ 51 2.6 仿真实验 ······················································································ 55 2.7 时钟网络热学建模 ·········································································· 61 2.8 仿真实验 ······················································································ 62 本章参考文献 ······················································································ 66 第3 章 FPGA 中电源/地线网络和漏电流 ··

《嵌入式系统软硬件协同设计实战》 内容简介 在飞速发展的数字时代，嵌入式系统已渗透到我们生活的方方面面，从智能手机、汽车电子到工业自动化、物联网设备，无处不在。而嵌入式系统的核心魅力，在于其软硬件的高度集成与协同工作，实现特定功能的高效能与低功耗。本书正是围绕这一核心理念，旨在为广大嵌入式系统开发者、硬件工程师、软件工程师，以及相关专业的学生提供一本集理论指导、实践经验与前沿技术于一体的深度学习指南。 本书并非对某一特定硬件平台或某一款芯片进行泛泛的介绍，而是着眼于嵌入式系统开发的全景式视角，重点剖析软硬件协同设计的关键技术、方法论以及落地实践。我们相信，掌握了核心的设计思想与方法，才能游刃有余地应对各种复杂的嵌入式系统挑战，并能快速适应日新月异的技术变革。 第一篇：嵌入式系统设计基础与方法论 本篇我们将从最基础的层面出发，为读者构建起对嵌入式系统设计的全面认知。 第一章 嵌入式系统概述与发展趋势： 深入探讨嵌入式系统的定义、特点、分类，以及其在不同领域的典型应用。我们将分析当前嵌入式系统面临的机遇与挑战，特别是随着人工智能、边缘计算、5G等技术的发展，嵌入式系统正扮演着越来越重要的角色。我们会讨论嵌入式系统设计的演进历程，从早期的裸机编程到RTOS，再到Linux等复杂操作系统的应用，以及未来可能的演进方向，例如无操作系统、TinyML等。 第二章 嵌入式软件开发模型与流程： 详细讲解嵌入式软件开发的典型生命周期，包括需求分析、架构设计、编码实现、测试验证、部署维护等环节。我们将重点介绍多种主流的嵌入式软件开发模型，如瀑布模型、敏捷开发模型在嵌入式领域的应用。同时，也会深入探讨如何进行高效的嵌入式软件架构设计，包括模块化、接口定义、并发处理等关键考量。 第三章 嵌入式硬件基础与接口技术： 本章将回顾嵌入式系统常用的硬件组件，包括微处理器/微控制器、存储器、外设接口控制器等。我们将重点介绍常见的硬件接口标准，如I2C、SPI、UART、USB、Ethernet等，并讲解其工作原理、电气特性以及在嵌入式系统中的典型应用场景。此外，还会涉及GPIO、ADC/DAC、定时器/计数器等基础硬件模块的功能与配置。 第四章 软硬件协同设计方法论： 这是本书的核心章节之一。我们将系统地阐述软硬件协同设计的理念与原则，强调在设计初期就将软件和硬件紧密结合的重要性。内容将涵盖： 接口定义与标准化： 如何在软件和硬件开发之间建立清晰、稳定、可扩展的接口。 硬件抽象层（HAL）： HAL在屏蔽底层硬件差异、提高软件可移植性方面的作用。 固件（Firmware）设计： 嵌入式系统中固件的设计考量，包括引导加载程序（Bootloader）、运行时环境等。 中断机制与实时性： 嵌入式系统对实时性的要求，以及中断处理、任务调度等技术如何满足这些需求。 功耗与性能优化： 在软硬件层面进行功耗和性能的协同优化策略，例如通过软件算法调整硬件配置，或硬件设计支持更精细的功耗控制。 第五章 调试与测试技术： 嵌入式系统调试的独特性在于其软硬件紧密耦合的特性。本章将介绍多种调试手段，包括仿真器、JTAG/SWD接口调试、逻辑分析仪、示波器等硬件调试工具的应用。同时，也会深入探讨嵌入式软件测试策略，包括单元测试、集成测试、系统测试，以及一些针对嵌入式系统的特殊测试方法，如边界值测试、压力测试、功耗测试等。 第二篇：嵌入式系统软硬件协同实践 本篇将通过实际案例与技术解析，带领读者深入理解软硬件协同设计的具体实践。 第六章 嵌入式操作系统（RTOS）原理与应用： RTOS是构建复杂嵌入式系统的基石。本章将深入解析RTOS的核心概念，如任务管理、进程间通信（IPC）、同步机制（信号量、互斥锁）、内存管理、中断处理等。我们将以一款主流的RTOS（例如FreeRTOS或RT-Thread）为例，详细讲解其 API 使用、任务创建与调度、队列通信、事件标志组等关键功能。同时，也会探讨如何根据应用需求选择合适的RTOS，以及RTOS在资源受限环境下的优化技巧。 第七章 Linux在嵌入式系统中的应用： 随着嵌入式系统性能的提升，Linux已成为越来越重要的嵌入式操作系统平台。本章将聚焦于Linux在嵌入式领域的应用，包括： 嵌入式Linux基础： 交叉编译工具链、根文件系统构建、引导加载程序（Bootloader）与Linux内核的移植。 设备驱动开发： Linux设备驱动模型，以及如何为常见硬件（如GPIO、UART、SPI、I2C、网络接口）编写设备驱动。 用户空间应用程序开发： 使用C/C++、Python等语言在嵌入式Linux环境中进行应用开发，并与内核进行交互。 嵌入式Linux系统优化： 针对嵌入式设备进行内核裁剪、文件系统优化、启动速度优化等。 第八章 嵌入式通信协议与网络： 现代嵌入式系统往往需要与其他设备或云端进行通信。本章将重点介绍嵌入式领域常用的通信协议： 串行通信： UART、RS-485等在工业控制中的应用。 总线通信： CAN总线在汽车电子和工业自动化中的应用。 物联网通信协议： MQTT、CoAP等在物联网设备间的通信。 网络通信： TCP/IP协议栈在嵌入式设备上的实现与应用，包括Socket编程、HTTP/HTTPS客户端/服务器开发。 第九章 传感器与执行器接口设计： 传感器是嵌入式系统的“感官”，执行器是其“行动”。本章将详细讲解如何将各类传感器（如温度、湿度、光照、加速度、陀螺仪、图像传感器等）和执行器（如电机、继电器、LED、显示屏等）集成到嵌入式系统中。重点将放在如何选择合适的传感器/执行器，理解其工作原理，并编写相应的驱动程序或接口函数，实现数据的采集与控制。 第十章 嵌入式系统安全设计： 随着嵌入式系统连接性的增强，安全性成为日益重要的议题。本章将探讨嵌入式系统的安全威胁，以及相应的防护策略： 安全启动： 确保系统启动过程的安全可信。 数据加密与认证： 保护通信过程中数据的隐私性和完整性。 访问控制： 限制对系统资源的非法访问。 安全更新与补丁： 确保设备能及时获得安全更新。 硬件安全模块（HSM）的应用： 利用专用硬件提升安全性。 第三篇：嵌入式系统高级技术与案例分析 本篇将进一步拓展读者的视野，介绍一些嵌入式系统的高级技术，并通过实际案例展示软硬件协同设计的强大能力。 第十一章 嵌入式图形用户界面（GUI）开发： 对于需要人机交互的嵌入式设备，GUI的开发至关重要。本章将介绍嵌入式GUI的设计原理、常用框架（如Qt for Embedded, LVGL等），以及如何进行UI布局、事件处理、资源管理等。我们将重点讨论如何优化GUI的性能，使其在资源受限的嵌入式平台上流畅运行。 第十二章 嵌入式系统中的功耗优化技术： 功耗是许多嵌入式应用的生命线，尤其是在电池供电的设备中。本章将深入探讨各种功耗优化技术，包括： 低功耗硬件设计： 选择低功耗元器件，优化电路设计。 软件功耗管理： 策略性地关闭不使用的外设，采用低功耗模式，优化算法以减少CPU占用率。 动态电压/频率调整（DVFS）： 根据负载动态调整CPU的电压和频率。 实时功耗监控与分析： 利用工具监测和分析系统的功耗分布。 第十三章 嵌入式系统中的实时信号处理： 许多嵌入式应用，如音频/视频处理、通信系统、控制系统等，都需要进行实时的信号处理。本章将介绍数字信号处理（DSP）的基础概念，以及如何在嵌入式平台上实现高效的信号处理算法，例如滤波、FFT、特征提取等。 第十四章 嵌入式AI与边缘计算： 边缘计算和嵌入式AI是当前最热门的技术趋势之一。本章将探讨如何将AI模型部署到嵌入式设备上，实现本地化的智能处理。内容将涵盖： 轻量级AI框架： TensorFlow Lite, PyTorch Mobile等。 模型压缩与优化： 量化、剪枝等技术。 硬件加速： 利用NPU、GPU等硬件加速AI推理。 实际应用案例： 图像识别、语音识别、智能预测等。 第十五章 综合案例分析： 本章将选取一到两个具有代表性的嵌入式系统项目，例如一个智能家居控制器、一个工业物联网网关或一个智能穿戴设备，详细剖析其从概念设计到最终实现的全过程。我们将着重展示软硬件如何协同工作，如何解决设计过程中遇到的关键技术难题，以及如何进行系统的性能调优和可靠性保障。通过这些实际案例，读者可以更直观地理解本书所介绍的各种技术和方法论的应用。 本书的编写，力求理论与实践相结合，内容严谨又不失趣味性。我们不仅会深入讲解技术原理，还会提供丰富的代码示例、配置说明和实践技巧，帮助读者快速上手。无论您是初学者，还是有一定经验的开发者，都将从本书中获得宝贵的知识和启发，提升您的嵌入式系统软硬件协同设计能力，迎接更广阔的技术未来。

评分☆☆☆☆☆

哇，这本书简直是为我这种 FPGA 菜鸟量身定做的！我之前一直对 FPGA 架构设计有些模糊的概念，觉得它深不可测，但这本书用一种非常系统且循序渐进的方式，把一个原本复杂的东西拆解得明明白白。从最基础的逻辑单元，到各种存储器、时序控制，再到更高级的片上总线和接口，每一个概念都辅以清晰的图示和贴切的比喻，让我这个“小白”也能轻松理解。而且，书中的例子都非常实用，不仅仅是理论的堆砌，还结合了实际项目开发中的常见问题和解决方案，读完之后，我感觉自己已经掌握了构建一个简单 FPGA 项目的核心思路和技巧。作者在讲解中，特别强调了设计效率和可维护性，这对于后续的项目迭代和团队协作来说，是无价的经验。我最欣赏的一点是，作者并没有回避 FPGA 设计中的一些“坑”，反而坦诚地指出了潜在的陷阱，并提供了规避方法，这让我在学习过程中少走了很多弯路。这本书的价值，远不止于理解 FPGA 的“怎么做”，更在于理解“为什么这么做”，它给了我一种“授人以渔”的感觉，让我不再仅仅是模仿，而是能真正地思考和创新。

评分☆☆☆☆☆

这是一本让我从“使用者”升华为“架构者”的 FPGA 设计圣经。我之前只是在利用 FPGA 实现一些既定的功能，但对于其内部精妙的架构一直所知甚少。这本书彻底改变了我的看法。作者以一种庖丁解牛般的精妙，将 FPGA 的架构分解成一个个可理解的模块，然后又将它们有机地整合起来，展示了整个系统的运行逻辑。我尤其对书中关于层次化设计、模块化复用以及设计流程自动化的讲解印象深刻。这些都是在大型 FPGA 项目中提高效率和降低风险的关键。作者还深入探讨了 FPGA 的互连结构和路由机制，这对于理解设计的性能瓶颈和进行优化非常有帮助。书中的插图丰富且精美，清晰地展示了 FPGA 的内部构造和信号流向，大大降低了理解难度。我最欣赏的是，作者并没有局限于某个特定的 FPGA 厂商或系列，而是从普遍适用的 FPGA 架构原理出发，这使得这本书具有极高的通用性和指导意义。读完这本书，我感觉自己对 FPGA 的理解更加深刻，也更有信心去应对更复杂的架构设计挑战。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是我 FPGA 之旅的一盏明灯！我一直认为 FPGA 的学习是一个很碎片化的过程，但这本书就像一本完整的“武林秘籍”，将 FPGA 的架构设计巧妙地编织成了一个完整的体系。从最基础的门级电路到高级的 SoC (System on Chip) 集成，作者都进行了详尽的阐述。我特别喜欢书中关于可编程逻辑单元 (PLU)、DSP 块和 BRAM (Block RAM) 等核心 IP 核的讲解，它们的功能、特性以及在不同设计中的应用都讲解得非常透彻。而且，作者还特别强调了 FPGA 设计中的验证和仿真策略，这对于保证设计的正确性和可靠性至关重要。书中的实例代码都非常贴合实际，并且提供了详细的注释，让我可以边学边练，快速掌握相关的设计技巧。我感觉这本书最大的价值在于，它不仅讲解了 FPGA 的“硬件”层面，还融入了“软件”和“系统”的思维，让我们能够从更全面的角度去理解和设计 FPGA。读完这本书，我对 FPGA 的理解从“一块板子”提升到了“一个高度集成的计算平台”，这是一种质的飞跃。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读体验可以用“酣畅淋漓”来形容。我是一名有一定 FPGA 开发经验的工程师，一直希望能从更宏观的角度理解 FPGA 的架构，这本书恰好满足了我的需求。作者以一种全局的视角，将 FPGA 的内部组成部分——逻辑资源、布线资源、时钟网络、I/O 接口等——有机地联系起来，阐述了它们如何协同工作来完成复杂的数字逻辑设计。书中对片上调试 (On-Chip Debugging) 和功耗优化等方面的讲解，更是让我眼前一亮。这些都是在实际项目中非常关键，但往往被忽视的细节。作者通过丰富的图例和流程图，将抽象的设计流程可视化，极大地增强了理解的直观性。我特别欣赏书中的案例分析，它们都来源于真实的工程实践，能够帮助我们理解理论知识如何在实际应用中落地，以及如何应对各种挑战。而且，作者在讲解中，并没有停留在“做什么”，而是深入探讨了“为什么这么做”，解释了各种设计决策背后的原理和权衡，这对于培养我们的架构设计思维至关重要。这本书绝对是一本值得反复研读的 FPGA 宝典，它不仅能提升我们的技术能力，更能开阔我们的设计视野。

评分☆☆☆☆☆

这是一本让我脑洞大开的 FPGA 架构设计著作。我本来以为 FPGA 就是一块块的逻辑门拼起来的，但这本书彻底颠覆了我的认知。作者深入剖析了 FPGA 内部的微观结构，比如 LUT 的工作原理，各种触发器的特性，以及 CLB (Configurable Logic Block) 和 DSP (Digital Signal Processing) 块是如何被设计来支持高效并行计算的。特别是关于时序分析和优化部分，简直是我的福音！之前我总是在时序约束上栽跟头，这本书详细讲解了时钟域交叉 (CDC) 的问题，以及如何进行时序收敛，提供了多种实用的技巧和工具使用指南。我尤其喜欢作者对不同 FPGA 厂商架构的对比分析，让我对业界主流的 FPGA 器件有了更深入的了解，也为我未来选择合适的 FPGA 芯片提供了宝贵的参考。书中的章节安排非常合理，从基础概念到高级应用，层层递进，让读者在掌握了前置知识后，能够更好地理解后续内容。虽然里面涉及的数学和数字逻辑知识量不小，但作者的讲解清晰易懂，即使是初学者也能逐步跟上。总之，这是一本内容扎实、视野开阔的 FPGA 架构设计指南，强烈推荐给所有想要深入了解 FPGA 内部机制的工程师！