正版现货 嵌入式高速串行总线技术-基于FPGA实现与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张峰 著

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121302794

商品编码：29312311105

包装：平装-胶订

出版时间：2016-11-01

基本信息

书名：嵌入式高速串行总线技术-基于FPGA实现与应用

：68元

作者：张峰

出版社：电子工业出版社

出版日期：2016-11-01

ISBN：9787121302794

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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总线，早始于计算机领域，是指汇集在一起的多种功能的线路；后经深化并延伸，则是指计算机各模块及计算机之间的一种通信系统，涉及硬件（器件、线缆、电平）和软件（通信协议），其应用被引入嵌入式领域后，用于嵌入式系统的芯片级、板级、设备级的互连。本书主要涉及嵌入式系统中的高速串行总线技术，传输速率在Gbps量级。本书首先按时间的先后顺序梳理出计算机和嵌入式系统中常用的总线技术；然后介绍并基于FPGA实现了目前嵌入式系统中常用的高速串行总线技术，如Serdes、JESD204、SRIO、PCIE、Aurora、SATA总线，侧重于终端技术实现；后论述嵌入式系统中的常用总线架构，涉及CPCIE、VPX、FC、Infiniband总线架构技术，侧重于整机设计。

目录

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作者介绍

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张峰，男，博士，高级工程师，从事通信领域10多年，对高速总线系统有深刻的理解，并且有丰富的科研和项目实践经验。

文摘

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序言

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《嵌入式高速串行总线技术——基于FPGA实现与应用》：深入探索高性能数据通信的核心原理与实践 在当今飞速发展的数字时代，数据传输的速度和效率已成为衡量系统性能的关键指标。从高性能计算到嵌入式物联网设备，从航空航天到消费电子，对高速、可靠数据通信的需求与日俱增。本书《嵌入式高速串行总线技术——基于FPGA实现与应用》正是为了满足这一时代需求而应运而生，它系统地、深入地剖析了嵌入式系统中至关重要的“高速串行总线技术”，并结合了当下最主流的硬件实现平台——FPGA，为读者提供了一个从理论到实践的全面学习路径。 本书的内容聚焦于那些构筑现代高速数据链路的基石技术。它不仅仅是简单罗列各种串行总线协议，而是旨在帮助读者理解这些协议的设计哲学、核心工作原理，以及在实际工程中如何应用这些技术。因此，本书的编写风格注重理论的严谨性与实践的可操作性相结合，力求让读者在掌握理论知识的同时，也能具备将这些知识转化为实际工程能力。 第一部分：基础概念与理论基石 在正式进入具体高速串行总线协议之前，本书首先构建了一个坚实的基础理论框架。这部分内容对于理解后续更复杂的章节至关重要，它涵盖了： 通信系统的基本原理： 从信息论的角度出发，探讨信号的产生、编码、传输、解码和接收等一系列基本过程。深入理解噪声、失真、误码率等概念，以及它们对数据传输质量的影响。 数字信号处理基础： 介绍傅里叶变换、滤波、采样等数字信号处理（DSP）中的关键技术，这些技术是理解高速信号完整性、时钟恢复等问题的基础。 数字电路与逻辑设计： 回顾数字逻辑设计的基本原理，包括组合逻辑和时序逻辑，以及用Verilog HDL或VHDL等硬件描述语言（HDL）进行电路设计的入门知识。这为后续在FPGA上实现串行总线逻辑打下基础。 高速信号的物理特性： 探讨高频信号在传输线上传播时面临的挑战，如阻抗匹配、信号反射、串扰、衰减等。理解这些物理限制对于设计高速接口至关重要。 第二部分：核心高速串行总线协议深度解析 本书的核心内容集中于当前业界最常用、最具代表性的几种高速串行总线协议。每一种协议都进行了深入细致的剖析，使其不仅仅是协议标准的介绍，更是一份包含设计思路和工程考量的指南。 PCI Express (PCIe)： 作为桌面和服务器领域事实上的标准，PCIe的最新版本已经达到了极高的带宽。本书将详细讲解PCIe的协议栈，包括事务层、数据链路层和物理层。重点会放在其分层架构、包交换机制、纠错机制（ECC）、流控制、以及各种配置空间和寄存器。对于FPGA实现，会重点讲解如何构建PCIe端点（Endpoint）和根复合体（Root Complex）的逻辑，包括事务处理单元、链路训练、CDR（Clock Data Recovery）等关键模块。 USB (Universal Serial Bus)： 特别是USB 3.0及以上版本，其带宽已经足以满足许多嵌入式应用的需求。本书将介绍USB的拓扑结构、设备枚举过程、各种传输类型（控制、批量、中断、同步），以及其供电和总线管理机制。在FPGA实现方面，会涉及USB主控制器（Host Controller）和设备控制器（Device Controller）的设计要点，包括端点管理、数据包构建与解析、以及与应用层的数据交互。 SATA (Serial ATA)： 主要应用于存储设备连接，SATA提供了高带宽和低延迟的传输能力。本书将剖析SATA的协议栈，重点介绍其物理层（PHY）的编码（如8b/10b编码）、信号调制、以及链路层的帧结构和握手协议。对于FPGA实现，会着重于如何设计SATA控制器，包括串行器/解串器（SerDes）的接口设计、命令/数据流的管理、以及与主机系统的交互。 Ethernet (千兆/万兆)： 以太网早已不是局限于网络连接，在许多嵌入式系统中，它被用作高性能的数据通信接口。本书将重点关注支持高速数据传输的以太网标准，如Gigabit Ethernet和10 Gigabit Ethernet。内容包括MAC层（Media Access Control）的帧格式、冲突检测与避免（在半双工模式下）、流量控制、CRC校验，以及物理层接口（如RGMII, SGMII, XGMII等）。对于FPGA实现，会深入讲解如何构建高性能的以太网MAC核，包括数据包的接收和发送流水线、缓冲管理、以及对IEEE 802.3标准的遵循。 MIPI Alliance 协议族（CSI/DSI/D-PHY/C-PHY）： 随着移动设备和嵌入式视觉系统的普及，MIPI协议族的应用越来越广泛。本书会介绍MIPI Camera Serial Interface (CSI) 用于摄像头数据传输，MIPI Display Serial Interface (DSI) 用于显示器连接，以及底层的物理层接口 D-PHY 和 C-PHY。在FPGA实现方面，将重点讲解如何解析和生成MIPI数据流，包括低功耗模式、数据打包、时钟控制等。 SerDes (Serializer/Deserializer) 技术： SerDes是实现高速串行通信的关键组件。本书将详细探讨SerDes的设计原理，包括时钟数据恢复（CDR）、锁相环（PLL）、预加重（Pre-emphasis）、均衡（Equalization）等技术。在FPGA实现方面，会介绍如何利用FPGA内部的硬核SerDes单元，或者如何利用软核IP（Intellectual Property）来构建高性能的串行接口。 第三部分：基于FPGA的实现策略与技巧 理论知识最终需要转化为实际的硬件设计。本书的这一部分将重点放在如何在FPGA平台上实现上述高速串行总线技术。 FPGA架构与高速接口能力： 介绍现代FPGA架构中支持高速串行通信的关键资源，如高速串行收发器（SerDes）、时钟管理单元（PLL/MMCM）、高性能逻辑资源等。 HDL语言在高速串行接口设计中的应用： 强调如何使用Verilog或VHDL语言来描述高速串行接口的逻辑，包括状态机设计、流水线设计、时序约束的应用，以及如何避免亚稳态等问题。 IP核的选用与集成： 介绍如何利用FPGA厂商提供的IP核（如PCIe控制器IP、Ethernet MAC IP、SerDes IP等）来加速设计流程。讲解IP核的配置、集成和与用户逻辑的接口设计。 仿真与验证策略： 高速串行接口的设计对仿真和验证的要求极高。本书将介绍各种仿真技术，如事务级仿真（TLM）、门级仿真，以及常用的验证方法学（如UVM）。强调在FPGA实现过程中进行充分验证的重要性。 时序分析与优化： 在高速设计中，时序收敛是关键。本书将详细讲解如何进行静态时序分析（STA），如何理解时序报告，以及常用的时序优化技巧，如逻辑复制、流水线插入、资源共享等。 低功耗设计与功耗管理： 针对嵌入式系统，低功耗设计是重要考量。本书将介绍如何在高速串行接口设计中考虑功耗，如利用FPGA的低功耗模式，优化数据传输效率以降低整体功耗。 第四部分：实际应用案例与工程实践 理论和实现方法论最终需要通过实际应用来检验和深化。本书将结合多个典型的嵌入式系统应用场景，展示高速串行总线技术的具体应用。 嵌入式系统中的数据采集与处理： 如使用高速ADC/DAC与FPGA接口，通过高速串行总线将采集到的数据传输到处理器或存储设备。 高性能通信模块设计： 如设计基于FPGA的Ethernet Switch，或与其他FPGA/ASIC进行高速数据互联。 嵌入式视觉系统： 利用MIPI CSI/DSI接口与摄像头和显示器进行高速数据交换，实现图像的实时采集和显示。 嵌入式存储解决方案： 设计基于SATA或NVMe接口的嵌入式存储控制器。 高性能计算中的互联： 在一些边缘计算或专用加速器中，PCIe作为高性能数据互联的常见选择。 总结 《嵌入式高速串行总线技术——基于FPGA实现与应用》旨在为广大从事嵌入式系统设计、FPGA开发、通信工程师以及相关领域的研究生提供一本全面、深入、实用的参考书籍。本书的内容覆盖了从底层物理信号传输到高层协议栈的各个层面，并通过FPGA这一灵活强大的平台，将理论知识转化为可实现的设计。通过学习本书，读者将能够： 深刻理解 各大主流高速串行总线协议的核心工作原理、设计思想和技术特点。 掌握 在FPGA平台上实现这些高速串行总线的关键技术和工程方法。 具备 分析和解决高速串行接口设计中常见问题的能力。 能够 将所学知识应用于实际的嵌入式系统设计项目，推动高性能数据通信在各类应用中的发展。 本书力求从基础概念出发，循序渐进，理论与实践并重，并通过丰富的实例，帮助读者构建起对嵌入式高速串行总线技术的系统认知，从而在快速发展的技术浪潮中，掌握核心竞争力。

评分☆☆☆☆☆

对于一名在通信设备领域工作多年的工程师来说，高速串行总线技术早已不是什么新鲜事物，但随着技术迭代的加速，新的接口标准层出不穷，性能要求也越来越高。我一直关注着FPGA在这些高性能接口实现中的应用，因为FPGA在灵活性、可重构性和性能方面具有得天独厚的优势。看到这本书的题目，我的第一反应是它可能涵盖了当前最新的高速串行技术，并且提供了基于FPGA的实现方案，这正是我想深入了解的。我尤其对书中可能涉及到的物理层设计和协议栈实现感兴趣。例如，书中是否会详细介绍差分信号的传输特性，阻抗匹配，EMI/EMC的抑制措施，以及针对不同高速接口（如Ethernet、SFP/SFP+、QSFP+等）的FPGA实现细节。此外，我也想知道书中在“应用”部分会给出哪些具体的案例，比如在网络交换机、高性能服务器、或者某些特种通信设备中，这些技术是如何被集成和优化的。这本书的出现，让我看到了一个集理论与实践于一体的宝藏，它很可能成为我解决工作中遇到的复杂高速接口设计难题的利器，让我能够站在行业技术的前沿。

评分☆☆☆☆☆

最近在研究工业自动化领域，对数据传输的实时性和带宽提出了很高的要求，传统的并行总线已经显得力不从心。听朋友推荐了这本书，说是专门讲嵌入式高速串行总线技术的，而且还结合了FPGA来实现，这正是我想了解的方向。我之前接触过一些串行通信，但主要是基于微控制器的UART或者I2C，速度和复杂度都远不及现在工业界广泛使用的那些高速接口。我非常好奇这本书是如何将FPGA这种硬件描述语言的工具，与高速串行总线这样对时序要求极高的技术结合起来的。我猜想书中可能会深入讲解FPGA的硬件架构，以及如何利用其内部的DSP模块、Block RAM等资源来高效地实现串行接口的发送和接收逻辑。此外，书中提到的“应用”部分也让我很感兴趣，它意味着不仅仅是理论讲解，还会有实际的案例分析，比如在工业相机、高性能传感器、实时控制系统等场景下，如何设计和应用这些高速串行总线。我希望它能提供一些代码示例或者参考设计，这样我就可以将书中的知识快速地应用到我的项目中，解决实际遇到的技术难题。这本书的出现，让我看到了提升我项目性能和稳定性的希望，相信它能给我带来很多启发。

评分☆☆☆☆☆

长期以来，我对“嵌入式系统”和“高速数据传输”这两个概念一直有一种模糊的认识，总觉得它们是两个相对独立但又密不可分的技术领域。直到最近接触到一些对传输速率要求极高的应用，比如高清视频编码、雷达数据采集等，我才意识到深入理解高速串行总线技术的重要性。而“FPGA实现”这几个字，更是让我眼前一亮，因为我一直认为FPGA是实现高性能嵌入式系统不可或缺的硬件平台。我期待这本书能够帮我搭建起一个完整的知识体系，从理解串行通信的基本原理，到掌握高速信号的物理层特性，再到学会如何利用FPGA的强大能力来实现各种复杂的串行协议。我希望书中能够包含一些图文并茂的讲解，用清晰的逻辑线索来梳理那些看似繁琐的技术细节。比如，对于时钟同步、误码率控制、链路状态管理等关键环节，书中能否提供一些直观的解释和实用的调试技巧？此外，我非常看重“应用”这个部分，它能让我了解这些理论知识在现实世界中是如何发挥作用的，并且为我提供一些实际项目设计的思路和参考。这本书的出现，让我看到了将理论知识转化为实际工程能力的希望，我非常期待它能成为我通往高级嵌入式系统工程师道路上的指路明灯。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是为我量身定做的！我一直对嵌入式系统里的高速串行通信技术很感兴趣，特别是那些能让数据传输速度飙升的黑魔法。市面上很多书要么讲得太理论，要么就是零散地介绍一些基础知识，根本无法满足我想要深入理解并亲手实践的需求。当我看到这本书的标题时，心里就咯噔一下，这不就是我梦寐以求的那种吗？“正版现货”四个字更是让我吃了一颗定心丸，不用担心买到盗版或者缺货。我尤其看重“基于FPGA实现”这一点，因为FPGA的灵活性和强大的并行处理能力，正是实现高速串行总线这种对时序要求极高的技术的理想平台。我非常期待书中能够详细介绍如何利用FPGA来实现各种主流的高速串行总线，比如PCIe、USB 3.0，甚至是更前沿的SerDes技术。我知道这些技术的硬件设计非常复杂，涉及到信号完整性、时钟恢复、链路训练等等，如果这本书能将这些概念讲得清晰易懂，并提供实际的FPGA工程案例，那将是无价之宝。我之前也尝试过自己学习，但往往是看了几篇论文，看了几个官方文档，就被其中的术语和复杂的流程弄得晕头转向。这本书的出现，让我看到了一个能够系统性地学习这些高级技术的曙光，我迫不及待地想翻开它，开始我的探索之旅。

评分☆☆☆☆☆

作为一个初入FPGA开发领域的新手，我一直觉得高速串行通信是个遥不可及的高级话题，那些动辄几十Gbps的速率，听起来就让人望而却步。然而，随着项目需求的不断提升，我意识到掌握这些技术是职业发展的必然。当我在书店看到这本书的瞬间，一种强烈的吸引力让我驻足。书名中的“嵌入式”、“高速串行总线”、“FPGA实现”这几个关键词，精准地概括了我目前最想攻克的知识盲区。我最担心的是，这本书会不会过于晦涩难懂，充斥着各种晦深的公式和抽象的概念。但从书名来看，它似乎更侧重于“实现与应用”，这让我对书中内容的实践性抱有很大期望。我希望它能从最基础的串行通信原理讲起，逐步深入到高速串行接口的设计细节，并能清晰地解释FPGA在其中扮演的角色。例如，书中会不会介绍如何进行高速信号的编码解码，如何处理时钟域的切换，以及如何进行链路的同步和校验。如果它能提供一些适合新手入门的FPGA工程模板，或者是一些常见高速串行总线的IP核的使用指南，那对我来说将是极大的福音。这本书的出现，让我觉得自己不再是孤军奋战，终于找到了一个可以循序渐进学习的优秀资源。