FPGA芯片架構設計與實現 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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圖書標籤:

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齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121306105

商品編碼：19241918212

商品基本信息，請以下列介紹為準
商品名稱：	FPGA芯片架構設計與實現
作者：	餘樂
定價：	56.0
齣版社：	電子工業齣版社
齣版日期：	2017-07-01
ISBN：	9787121306105
印次：
版次：	1
裝幀：	平裝-膠訂
開本：	16開

內容簡介

可編程通用邏輯門陣列芯片簡稱FPGA，與CPU，DSP並列為三大通用數字處理芯片，廣泛應用於通信、航空航天、、國防軍工以及安防視頻監控等領域。通過本書的學習，讀者可以全麵瞭解一顆FPGA芯片從設計、驗證到流片的全部開發過程。 本書共分10章，采取“總—分”的編排方式。第1章從架構的總體設計入題對FPGA進行介紹。第2~10章，分彆對其中的各個重要模塊逐一介紹，包括：時鍾網絡、電源/地綫網絡和漏電流、可編程邏輯單元、可編程I/O模塊、DDR存儲器接口、數字延時鎖定環、連綫連接盒、互連綫段長度分布以及配置模塊。 本書適閤從事集成電路設計的工程師、微電子專業研究生以及從事微電子專業教學研究的教師和科研人員閱讀。本書還可以作為高等院校教授集成電路設計的輔助資料。

目錄

第1 章 FPGA 架構總體設計 ········································································· 1 1.1 FPGA 芯片研製流程·········································································· 1 1.2 FPGA 架構設計流程·········································································· 7 1.3 FPGA 規模和資源劃分 ····································································· 17 1.4 FPGA 中功能模塊劃分 ····································································· 20 本章參考文獻 ······················································································ 26 第2 章 FPGA 中時鍾網絡 ·········································································· 30 2.1 簡介 ···························································································· 30 2.2 FPGA CDN 建模 ············································································· 33 2.3 時鍾網絡設計方法 ·········································································· 43 2.4 時鍾網絡的靈活性 ·········································································· 48 2.5 路由級聯 ······················································································ 51 2.6 仿真實驗 ······················································································ 55 2.7 時鍾網絡熱學建模 ·········································································· 61 2.8 仿真實驗 ······················································································ 62 本章參考文獻 ······················································································ 66 第3 章 FPGA 中電源/地綫網絡和漏電流 ··

《嵌入式係統軟硬件協同設計實戰》 內容簡介 在飛速發展的數字時代，嵌入式係統已滲透到我們生活的方方麵麵，從智能手機、汽車電子到工業自動化、物聯網設備，無處不在。而嵌入式係統的核心魅力，在於其軟硬件的高度集成與協同工作，實現特定功能的高效能與低功耗。本書正是圍繞這一核心理念，旨在為廣大嵌入式係統開發者、硬件工程師、軟件工程師，以及相關專業的學生提供一本集理論指導、實踐經驗與前沿技術於一體的深度學習指南。 本書並非對某一特定硬件平颱或某一款芯片進行泛泛的介紹，而是著眼於嵌入式係統開發的全景式視角，重點剖析軟硬件協同設計的關鍵技術、方法論以及落地實踐。我們相信，掌握瞭核心的設計思想與方法，纔能遊刃有餘地應對各種復雜的嵌入式係統挑戰，並能快速適應日新月異的技術變革。 第一篇：嵌入式係統設計基礎與方法論 本篇我們將從最基礎的層麵齣發，為讀者構建起對嵌入式係統設計的全麵認知。 第一章 嵌入式係統概述與發展趨勢： 深入探討嵌入式係統的定義、特點、分類，以及其在不同領域的典型應用。我們將分析當前嵌入式係統麵臨的機遇與挑戰，特彆是隨著人工智能、邊緣計算、5G等技術的發展，嵌入式係統正扮演著越來越重要的角色。我們會討論嵌入式係統設計的演進曆程，從早期的裸機編程到RTOS，再到Linux等復雜操作係統的應用，以及未來可能的演進方嚮，例如無操作係統、TinyML等。 第二章 嵌入式軟件開發模型與流程： 詳細講解嵌入式軟件開發的典型生命周期，包括需求分析、架構設計、編碼實現、測試驗證、部署維護等環節。我們將重點介紹多種主流的嵌入式軟件開發模型，如瀑布模型、敏捷開發模型在嵌入式領域的應用。同時，也會深入探討如何進行高效的嵌入式軟件架構設計，包括模塊化、接口定義、並發處理等關鍵考量。 第三章 嵌入式硬件基礎與接口技術： 本章將迴顧嵌入式係統常用的硬件組件，包括微處理器/微控製器、存儲器、外設接口控製器等。我們將重點介紹常見的硬件接口標準，如I2C、SPI、UART、USB、Ethernet等，並講解其工作原理、電氣特性以及在嵌入式係統中的典型應用場景。此外，還會涉及GPIO、ADC/DAC、定時器/計數器等基礎硬件模塊的功能與配置。 第四章 軟硬件協同設計方法論： 這是本書的核心章節之一。我們將係統地闡述軟硬件協同設計的理念與原則，強調在設計初期就將軟件和硬件緊密結閤的重要性。內容將涵蓋： 接口定義與標準化： 如何在軟件和硬件開發之間建立清晰、穩定、可擴展的接口。 硬件抽象層（HAL）： HAL在屏蔽底層硬件差異、提高軟件可移植性方麵的作用。 固件（Firmware）設計： 嵌入式係統中固件的設計考量，包括引導加載程序（Bootloader）、運行時環境等。 中斷機製與實時性： 嵌入式係統對實時性的要求，以及中斷處理、任務調度等技術如何滿足這些需求。 功耗與性能優化： 在軟硬件層麵進行功耗和性能的協同優化策略，例如通過軟件算法調整硬件配置，或硬件設計支持更精細的功耗控製。 第五章 調試與測試技術： 嵌入式係統調試的獨特性在於其軟硬件緊密耦閤的特性。本章將介紹多種調試手段，包括仿真器、JTAG/SWD接口調試、邏輯分析儀、示波器等硬件調試工具的應用。同時，也會深入探討嵌入式軟件測試策略，包括單元測試、集成測試、係統測試，以及一些針對嵌入式係統的特殊測試方法，如邊界值測試、壓力測試、功耗測試等。 第二篇：嵌入式係統軟硬件協同實踐 本篇將通過實際案例與技術解析，帶領讀者深入理解軟硬件協同設計的具體實踐。 第六章 嵌入式操作係統（RTOS）原理與應用： RTOS是構建復雜嵌入式係統的基石。本章將深入解析RTOS的核心概念，如任務管理、進程間通信（IPC）、同步機製（信號量、互斥鎖）、內存管理、中斷處理等。我們將以一款主流的RTOS（例如FreeRTOS或RT-Thread）為例，詳細講解其 API 使用、任務創建與調度、隊列通信、事件標誌組等關鍵功能。同時，也會探討如何根據應用需求選擇閤適的RTOS，以及RTOS在資源受限環境下的優化技巧。 第七章 Linux在嵌入式係統中的應用： 隨著嵌入式係統性能的提升，Linux已成為越來越重要的嵌入式操作係統平颱。本章將聚焦於Linux在嵌入式領域的應用，包括： 嵌入式Linux基礎： 交叉編譯工具鏈、根文件係統構建、引導加載程序（Bootloader）與Linux內核的移植。 設備驅動開發： Linux設備驅動模型，以及如何為常見硬件（如GPIO、UART、SPI、I2C、網絡接口）編寫設備驅動。 用戶空間應用程序開發： 使用C/C++、Python等語言在嵌入式Linux環境中進行應用開發，並與內核進行交互。 嵌入式Linux係統優化： 針對嵌入式設備進行內核裁剪、文件係統優化、啓動速度優化等。 第八章 嵌入式通信協議與網絡： 現代嵌入式係統往往需要與其他設備或雲端進行通信。本章將重點介紹嵌入式領域常用的通信協議： 串行通信： UART、RS-485等在工業控製中的應用。 總綫通信： CAN總綫在汽車電子和工業自動化中的應用。 物聯網通信協議： MQTT、CoAP等在物聯網設備間的通信。 網絡通信： TCP/IP協議棧在嵌入式設備上的實現與應用，包括Socket編程、HTTP/HTTPS客戶端/服務器開發。 第九章 傳感器與執行器接口設計： 傳感器是嵌入式係統的“感官”，執行器是其“行動”。本章將詳細講解如何將各類傳感器（如溫度、濕度、光照、加速度、陀螺儀、圖像傳感器等）和執行器（如電機、繼電器、LED、顯示屏等）集成到嵌入式係統中。重點將放在如何選擇閤適的傳感器/執行器，理解其工作原理，並編寫相應的驅動程序或接口函數，實現數據的采集與控製。 第十章 嵌入式係統安全設計： 隨著嵌入式係統連接性的增強，安全性成為日益重要的議題。本章將探討嵌入式係統的安全威脅，以及相應的防護策略： 安全啓動： 確保係統啓動過程的安全可信。 數據加密與認證： 保護通信過程中數據的隱私性和完整性。 訪問控製： 限製對係統資源的非法訪問。 安全更新與補丁： 確保設備能及時獲得安全更新。 硬件安全模塊（HSM）的應用： 利用專用硬件提升安全性。 第三篇：嵌入式係統高級技術與案例分析 本篇將進一步拓展讀者的視野，介紹一些嵌入式係統的高級技術，並通過實際案例展示軟硬件協同設計的強大能力。 第十一章 嵌入式圖形用戶界麵（GUI）開發： 對於需要人機交互的嵌入式設備，GUI的開發至關重要。本章將介紹嵌入式GUI的設計原理、常用框架（如Qt for Embedded, LVGL等），以及如何進行UI布局、事件處理、資源管理等。我們將重點討論如何優化GUI的性能，使其在資源受限的嵌入式平颱上流暢運行。 第十二章 嵌入式係統中的功耗優化技術： 功耗是許多嵌入式應用的生命綫，尤其是在電池供電的設備中。本章將深入探討各種功耗優化技術，包括： 低功耗硬件設計： 選擇低功耗元器件，優化電路設計。 軟件功耗管理： 策略性地關閉不使用的外設，采用低功耗模式，優化算法以減少CPU占用率。 動態電壓/頻率調整（DVFS）： 根據負載動態調整CPU的電壓和頻率。 實時功耗監控與分析： 利用工具監測和分析係統的功耗分布。 第十三章 嵌入式係統中的實時信號處理： 許多嵌入式應用，如音頻/視頻處理、通信係統、控製係統等，都需要進行實時的信號處理。本章將介紹數字信號處理（DSP）的基礎概念，以及如何在嵌入式平颱上實現高效的信號處理算法，例如濾波、FFT、特徵提取等。 第十四章 嵌入式AI與邊緣計算： 邊緣計算和嵌入式AI是當前最熱門的技術趨勢之一。本章將探討如何將AI模型部署到嵌入式設備上，實現本地化的智能處理。內容將涵蓋： 輕量級AI框架： TensorFlow Lite, PyTorch Mobile等。 模型壓縮與優化： 量化、剪枝等技術。 硬件加速： 利用NPU、GPU等硬件加速AI推理。 實際應用案例： 圖像識彆、語音識彆、智能預測等。 第十五章 綜閤案例分析： 本章將選取一到兩個具有代錶性的嵌入式係統項目，例如一個智能傢居控製器、一個工業物聯網網關或一個智能穿戴設備，詳細剖析其從概念設計到最終實現的全過程。我們將著重展示軟硬件如何協同工作，如何解決設計過程中遇到的關鍵技術難題，以及如何進行係統的性能調優和可靠性保障。通過這些實際案例，讀者可以更直觀地理解本書所介紹的各種技術和方法論的應用。 本書的編寫，力求理論與實踐相結閤，內容嚴謹又不失趣味性。我們不僅會深入講解技術原理，還會提供豐富的代碼示例、配置說明和實踐技巧，幫助讀者快速上手。無論您是初學者，還是有一定經驗的開發者，都將從本書中獲得寶貴的知識和啓發，提升您的嵌入式係統軟硬件協同設計能力，迎接更廣闊的技術未來。

評分☆☆☆☆☆

這是一本讓我從“使用者”升華為“架構者”的 FPGA 設計聖經。我之前隻是在利用 FPGA 實現一些既定的功能，但對於其內部精妙的架構一直所知甚少。這本書徹底改變瞭我的看法。作者以一種庖丁解牛般的精妙，將 FPGA 的架構分解成一個個可理解的模塊，然後又將它們有機地整閤起來，展示瞭整個係統的運行邏輯。我尤其對書中關於層次化設計、模塊化復用以及設計流程自動化的講解印象深刻。這些都是在大型 FPGA 項目中提高效率和降低風險的關鍵。作者還深入探討瞭 FPGA 的互連結構和路由機製，這對於理解設計的性能瓶頸和進行優化非常有幫助。書中的插圖豐富且精美，清晰地展示瞭 FPGA 的內部構造和信號流嚮，大大降低瞭理解難度。我最欣賞的是，作者並沒有局限於某個特定的 FPGA 廠商或係列，而是從普遍適用的 FPGA 架構原理齣發，這使得這本書具有極高的通用性和指導意義。讀完這本書，我感覺自己對 FPGA 的理解更加深刻，也更有信心去應對更復雜的架構設計挑戰。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是我 FPGA 之旅的一盞明燈！我一直認為 FPGA 的學習是一個很碎片化的過程，但這本書就像一本完整的“武林秘籍”，將 FPGA 的架構設計巧妙地編織成瞭一個完整的體係。從最基礎的門級電路到高級的 SoC (System on Chip) 集成，作者都進行瞭詳盡的闡述。我特彆喜歡書中關於可編程邏輯單元 (PLU)、DSP 塊和 BRAM (Block RAM) 等核心 IP 核的講解，它們的功能、特性以及在不同設計中的應用都講解得非常透徹。而且，作者還特彆強調瞭 FPGA 設計中的驗證和仿真策略，這對於保證設計的正確性和可靠性至關重要。書中的實例代碼都非常貼閤實際，並且提供瞭詳細的注釋，讓我可以邊學邊練，快速掌握相關的設計技巧。我感覺這本書最大的價值在於，它不僅講解瞭 FPGA 的“硬件”層麵，還融入瞭“軟件”和“係統”的思維，讓我們能夠從更全麵的角度去理解和設計 FPGA。讀完這本書，我對 FPGA 的理解從“一塊闆子”提升到瞭“一個高度集成的計算平颱”，這是一種質的飛躍。

評分☆☆☆☆☆

這本書的閱讀體驗可以用“酣暢淋灕”來形容。我是一名有一定 FPGA 開發經驗的工程師，一直希望能從更宏觀的角度理解 FPGA 的架構，這本書恰好滿足瞭我的需求。作者以一種全局的視角，將 FPGA 的內部組成部分——邏輯資源、布綫資源、時鍾網絡、I/O 接口等——有機地聯係起來，闡述瞭它們如何協同工作來完成復雜的數字邏輯設計。書中對片上調試 (On-Chip Debugging) 和功耗優化等方麵的講解，更是讓我眼前一亮。這些都是在實際項目中非常關鍵，但往往被忽視的細節。作者通過豐富的圖例和流程圖，將抽象的設計流程可視化，極大地增強瞭理解的直觀性。我特彆欣賞書中的案例分析，它們都來源於真實的工程實踐，能夠幫助我們理解理論知識如何在實際應用中落地，以及如何應對各種挑戰。而且，作者在講解中，並沒有停留在“做什麼”，而是深入探討瞭“為什麼這麼做”，解釋瞭各種設計決策背後的原理和權衡，這對於培養我們的架構設計思維至關重要。這本書絕對是一本值得反復研讀的 FPGA 寶典，它不僅能提升我們的技術能力，更能開闊我們的設計視野。

評分☆☆☆☆☆

哇，這本書簡直是為我這種 FPGA 菜鳥量身定做的！我之前一直對 FPGA 架構設計有些模糊的概念，覺得它深不可測，但這本書用一種非常係統且循序漸進的方式，把一個原本復雜的東西拆解得明明白白。從最基礎的邏輯單元，到各種存儲器、時序控製，再到更高級的片上總綫和接口，每一個概念都輔以清晰的圖示和貼切的比喻，讓我這個“小白”也能輕鬆理解。而且，書中的例子都非常實用，不僅僅是理論的堆砌，還結閤瞭實際項目開發中的常見問題和解決方案，讀完之後，我感覺自己已經掌握瞭構建一個簡單 FPGA 項目的核心思路和技巧。作者在講解中，特彆強調瞭設計效率和可維護性，這對於後續的項目迭代和團隊協作來說，是無價的經驗。我最欣賞的一點是，作者並沒有迴避 FPGA 設計中的一些“坑”，反而坦誠地指齣瞭潛在的陷阱，並提供瞭規避方法，這讓我在學習過程中少走瞭很多彎路。這本書的價值，遠不止於理解 FPGA 的“怎麼做”，更在於理解“為什麼這麼做”，它給瞭我一種“授人以漁”的感覺，讓我不再僅僅是模仿，而是能真正地思考和創新。

評分☆☆☆☆☆

這是一本讓我腦洞大開的 FPGA 架構設計著作。我本來以為 FPGA 就是一塊塊的邏輯門拼起來的，但這本書徹底顛覆瞭我的認知。作者深入剖析瞭 FPGA 內部的微觀結構，比如 LUT 的工作原理，各種觸發器的特性，以及 CLB (Configurable Logic Block) 和 DSP (Digital Signal Processing) 塊是如何被設計來支持高效並行計算的。特彆是關於時序分析和優化部分，簡直是我的福音！之前我總是在時序約束上栽跟頭，這本書詳細講解瞭時鍾域交叉 (CDC) 的問題，以及如何進行時序收斂，提供瞭多種實用的技巧和工具使用指南。我尤其喜歡作者對不同 FPGA 廠商架構的對比分析，讓我對業界主流的 FPGA 器件有瞭更深入的瞭解，也為我未來選擇閤適的 FPGA 芯片提供瞭寶貴的參考。書中的章節安排非常閤理，從基礎概念到高級應用，層層遞進，讓讀者在掌握瞭前置知識後，能夠更好地理解後續內容。雖然裏麵涉及的數學和數字邏輯知識量不小，但作者的講解清晰易懂，即使是初學者也能逐步跟上。總之，這是一本內容紮實、視野開闊的 FPGA 架構設計指南，強烈推薦給所有想要深入瞭解 FPGA 內部機製的工程師！