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张义和 著

图书标签:

• FPGA
• 数字电路
• Verilog
• VHDL
• 硬件设计
• 可编程逻辑
• 嵌入式系统
• 电子工程
• 通信系统
• 信号处理

店铺： 广影图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030376039

商品编码：29729418699

包装：平装

出版时间：2013-07-01

基本信息

书名:FPGA设计

定价：52.00元

售价：36.4元,便宜15.6元,折扣70

作者:张义和

出版社：科学出版社

出版日期：2013-07-01

ISBN：9787030376039

字数：360000

页码：285

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

内容提要

Altium Designer所提供的电路原理图绘图功能（简称电路绘图），一直都是群雄，它提供各种电路图结构的设计，包括单张式电路图、平坦式电路图、阶层式电路图，以及高效能的重复阶层式电路图，等等。
《FPGA设计》的主要目的是探讨FPGA设计，包括以VHDL为主的数字逻辑基础能力训练与应用技巧，并搭配NanoBoard 3000进行系统设计。
《FPGA设计》内容丰富、结构合理、图文并茂、语言清晰。适合各大中型院校电工、电子、自动化及相关专业师生参考阅读，同时适合作为电路设计工程师的参考用书。

目录

作者介绍

文摘

序言

嵌入式系统硬件设计与实战 作者： [作者姓名，例如：张伟、李明] 出版社： [出版社名称，例如：电子工业出版社、机械工业出版社] 出版日期： [出版日期，例如：2023年10月] ISBN： [ISBN号] 内容简介： 本书是一本专注于嵌入式系统硬件设计与实践的深度指南，旨在为读者提供构建高效、稳定、可靠嵌入式系统所需的核心知识与技能。本书跳出了单一硬件平台或开发工具的局限，从更宏观的视角出发，深入剖析嵌入式系统设计的各个环节，强调软硬件协同工作的重要性，以及如何根据具体应用需求进行最优化的硬件选型和系统架构设计。 本书特色： 系统性理论与实践结合： 本书不仅详细讲解嵌入式系统硬件设计的理论基础，如微控制器架构、存储器接口、外设通信协议、电源管理等，更通过大量的实际案例和项目实践，帮助读者将理论知识转化为解决实际问题的能力。 跨平台通用性： 本书内容涵盖了不同类型的嵌入式处理器（如ARM Cortex-M、RISC-V等）和常见的通信接口（如UART、SPI、I2C、USB、Ethernet等），强调设计的通用原则和方法，使读者能够触类旁通，适应不同硬件平台的设计需求。 注重系统整体优化： 嵌入式系统设计的成功不仅在于单个组件的性能，更在于整个系统的协同效率。本书从系统功耗、性能、成本、可靠性等多个维度出发，讲解如何进行系统级的设计权衡和优化。 前沿技术与发展趋势： 本书紧密跟踪嵌入式技术的发展前沿，包含对低功耗设计、实时操作系统（RTOS）在硬件设计中的应用、安全设计等热门话题的深入探讨，帮助读者把握行业发展脉搏。 由浅入深，循序渐进： 内容设计从基础概念入手，逐步深入到复杂系统的设计，适合初学者入门，也为有一定经验的工程师提供进阶指导。 本书结构与内容详述： 第一部分：嵌入式系统硬件设计基础 1. 嵌入式系统概述与发展历程： 什么是嵌入式系统？其定义、特点及广泛应用领域。 嵌入式系统与通用计算机系统的区别与联系。 嵌入式系统硬件技术的发展脉络，从早期的微处理器到当今的多核、异构处理。 当前嵌入式系统设计的关键挑战与未来趋势，如物联网（IoT）、人工智能（AI）在边缘计算中的应用。 2. 微控制器（MCU）与微处理器（MPU）选型与应用： MCU与MPU的核心差异、架构特点（如ARM Cortex-M系列、RISC-V架构等）。 不同系列MCU/MPU的性能指标、功耗特性、外设集成度对比。 如何根据应用需求（如处理能力、实时性要求、功耗预算、成本限制）选择合适的MCU/MPU。 典型MCU/MPU的应用案例分析。 3. 存储器系统设计： 嵌入式系统中的存储器类型：RAM（SRAM、DRAM）、ROM（Flash、EEPROM）及其特点。 存储器接口技术：并行接口、串行接口（如SPI Flash）。 存储器容量、速度、功耗的权衡。 程序存储与数据存储的设计考虑。 内存管理单元（MMU）和内存保护单元（MPU）在MPU系统中的作用。 4. 时钟与复位电路设计： 系统时钟的来源：晶振、RC振荡器、PLL（锁相环）。 时钟频率与系统性能、功耗的关系。 时钟信号的分配与同步。 复位电路的设计：上电复位、外部按键复位、看门狗复位。 复位时序与信号的可靠性。 5. 电源管理与低功耗设计： 嵌入式系统中的常见电源：电池、外部电源适配器。 电源转换技术：LDO（低压差线性稳压器）、DC-DC（开关稳压器）及其效率比较。 低功耗设计策略：软件层面的休眠模式、硬件层面的电源门控、时钟门控。 功耗测量与分析方法。 电池寿命估算与优化。 第二部分：通信接口与外设集成 6. 串行通信接口设计： UART（通用异步收发器）： 原理、波特率、数据格式、校验、中断机制。 SPI（串行外设接口）： 主/从模式、时钟极性（CPOL）与相位（CPHA）、多主设备、数据传输效率。 I2C（集成电路互联总线）： 主/从模式、多主、地址冲突、ACK/NACK机制、速率。 常用串行通信外设（如传感器、EEPROM）的接口设计实践。 7. 并行通信接口与总线技术： 并行接口的基本原理与应用。 常见总线标准（如GPIO、SDIO）。 总线仲裁与握手信号。 高速并行数据传输的挑战与解决方案。 8. USB（通用串行总线）接口设计： USB协议概述：不同版本（USB 1.1, 2.0, 3.x）、设备类（HID, MSC, CDC）。 USB主机与设备的角色。 USB数据传输模式：中断、批量、同步、控制。 USB接口在嵌入式设备中的应用，如数据采集、固件升级。 USB PHY（物理层）与控制器设计要点。 9. 网络通信接口设计： Ethernet（以太网）： MAC层、PHY层、TCP/IP协议栈简介。 嵌入式以太网接口控制器（如W5500, ENC28J60）的应用。 Wi-Fi和蓝牙模块的集成与驱动。 RS-485等工业通信协议。 10. 模数转换（ADC）与数模转换（DAC）设计： ADC的采样原理、分辨率、采样率、精度。 常见的ADC架构：逐次逼近型、Σ-Δ型。 DAC的原理、分辨率、建立时间。 ADC/DAC在信号采集与控制系统中的应用。 ADC/DAC的接口设计与驱动。 11. 输入/输出（I/O）扩展与接口： GPIO（通用输入/输出）的配置与使用。 中断控制器与中断处理。 PWM（脉冲宽度调制）在电机控制、LED调光等领域的应用。 定时器/计数器的工作原理与应用。 第三部分：系统集成、调试与优化 12. 嵌入式系统架构设计： 模块化设计原则。 硬件抽象层（HAL）的设计理念。 如何构建可扩展、可维护的硬件架构。 系统性能瓶颈分析与优化。 13. 嵌入式系统调试与测试： 常用调试工具：JTAG/SWD接口、逻辑分析仪、示波器。 调试策略：单步执行、断点设置、变量观察。 硬件故障的定位与排除。 系统级集成测试与性能测试。 单元测试与集成测试在硬件设计中的重要性。 14. 嵌入式系统可靠性与安全性设计： EMC（电磁兼容性）设计原则。 过压、过流保护。 看门狗（Watchdog）机制的应用。 软件安全与固件更新的安全考量。 嵌入式系统中的安全漏洞与防范措施。 15. 嵌入式系统软硬件协同设计： 硬件设计如何支撑软件需求。 软件驱动程序的设计与优化。 实时操作系统（RTOS）在硬件设计中的考量。 通过仿真与原型验证加速开发进程。 16. 嵌入式系统项目实战案例分析： 一个完整的嵌入式硬件项目开发流程演示，从需求分析到成品交付。 不同应用场景的硬件设计案例剖析，如智能家居控制器、工业自动化设备、可穿戴设备等。 分析实际项目开发中遇到的挑战以及解决方案。 致读者： 本书致力于帮助读者建立坚实的嵌入式系统硬件设计基础，培养解决复杂工程问题的能力。通过深入浅出的讲解和丰富的实践案例，希望本书能成为您在嵌入式系统硬件设计领域探索与创新的得力助手。无论您是初学者还是有经验的工程师，都将从中受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读体验非常具有启发性，它最大的优点在于其前瞻性和对未来趋势的把握。我注意到书中花了不少篇幅探讨了基于高层次综合（HLS）的设计流程。这对于我们这些习惯于门级描述的“老派”工程师来说，是一个重要的提醒和学习方向。书中详细对比了HLS生成代码与手动编写Verilog代码在资源消耗和性能上的异同，并且给出了一套成熟的HLS设计优化方法论，比如如何通过OpenCL或C++语言特性来明确表达并行度，以期获得更优的硬件映射。这部分内容虽然相对较新，但作者的论述逻辑清晰，引用了多个业界知名的HLS工具链的实际案例，让我感受到了这项技术的巨大潜力。它不仅仅是提高了开发效率，更重要的是，它让更多具备软件背景的工程师能够快速介入硬件加速领域，这无疑是未来IC设计的一个重要方向。这本书没有回避技术热点和演变，反而积极地将其纳入体系进行深入探讨，这点让我非常赞赏。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和广度确实令人印象深刻，我花了好几天时间仔细研读了其中关于高速接口和定制化IP核开发的部分。我原本以为它会侧重于基础逻辑的实现，但没想到在高级应用领域也有如此详尽的论述。最让我眼前一亮的是它对AXI总线协议的剖析，作者没有停留在协议规范的罗列上，而是深入分析了不同模式（如Burst Read/Write）下的仲裁机制和延迟分析，甚至还提供了一些优化数据传输效率的底层代码片段，这对于需要对接高性能SoC系统的工程师来说，简直是宝典级别的参考资料。我记得我曾经在一个项目中为了调试一个数据流阻塞问题，熬了好几个通宵，如果当时有这本书在手，我相信很多弯路都可以避免。另外，书中对定制化浮点运算单元（FPU）的设计案例分析得极其透彻，它不仅展示了如何用VHDL描述复杂的数学运算，更重要的是，它讨论了资源利用率和关键路径延迟之间的权衡取舍，这才是体现一个工程师功底的地方。总的来说，这本书已经超越了一本入门指南的范畴，更像是一本面向实际工程挑战的“高级算法实现参考手册”。

评分☆☆☆☆☆

从一个纯粹的“使用者”的角度来看，这本书在系统级验证和调试方面提供的思路也极具价值。以往我们做FPGA项目，验证往往是耗时最长、最容易出错的一环，很多时候都是在仿真环境中打转，很难定位到实际硬件上的问题。书中针对“跨域调试”（如FPGA与ARM处理器的交互）提供了一套非常实用的系统性检查清单和故障排除流程。特别是它关于片上逻辑分析仪（ILA）和硬件调试接口（如JTAG）的高级应用技巧，让我意识到这些工具不仅仅是看看波形那么简单。作者详细讲解了如何利用这些工具来捕获非预期的中断信号或不规则的数据流，以及如何结合软件端的日志输出进行交叉验证，从而快速锁定是软件算法缺陷还是硬件初始化错误。这种从系统角度出发，将软硬件验证紧密结合的视角，极大地提升了我对复杂嵌入式加速系统调试的信心。这本书真的做到了理论与实践的高度统一，读完后感觉自己拿到了一个系统性的工程调试“工具箱”。

评分☆☆☆☆☆

哇，我最近终于拿到了这本传说中的《FPGA设计》！说实话，刚翻开它的时候，我心里其实挺没底的，毕竟FPGA这东西听起来就蛮硬核的，网上各种资料看得我云里雾里。这本书的排版很舒服，不是那种密密麻麻的教科书风格，而且很多关键概念都有图示辅助，这对我这种视觉学习者来说简直是福音。我最喜欢的是它对基础概念的讲解，不是那种生硬的理论堆砌，而是结合实际的例子，让我能立刻明白为什么需要这样做，比如在介绍Verilog HDL的并发性时，作者没有直接抛出复杂的语法，而是先用一个很直观的时序图来阐述信号是如何独立执行的，这种循序渐进的方式，真的让我感觉踏实了很多。特别是关于状态机的设计部分，书中提供的层次化状态机（HSM）的实现方法，清晰地展示了如何管理复杂系统中的多个并发事件，这在我的上一个项目中一直是个痛点，现在感觉豁然开朗了。而且，这本书对工具链的使用也提到了不少实用的技巧，比如如何有效地进行时序约束和优化，这些都是课本上不太会深入讲，但实际工作里极其重要的内容。我打算用这本书作为我接下来的系统性学习指南，相信它能帮我把零散的知识点串联起来，真正掌握FPGA设计的精髓。

评分☆☆☆☆☆

说实话，拿到《FPGA设计》之前，我对“设计收敛”这个概念一直有些模糊的理解，总觉得它是一个玄学，是仿真过了就行。但读完这本书中关于综合与布局布线（Place and Route）的章节后，我对整个后端流程的理解发生了质的飞跃。作者极其细致地解释了为什么同一个RTL代码，在不同的约束条件下，最终的物理实现会产生天壤之别。书中有一张图，非常形象地展示了时钟树综合（CTS）如何影响整个系统的时序裕度，这让我明白了早期设计阶段如何通过合理的模块划分和输入延迟的预估，能极大程度地减轻后端优化的压力。我特别欣赏作者对于“设计意图”和“物理约束”之间关系的阐述，他强调了RTL代码的美观和简洁性并不能保证高性能，必须用恰当的pragma和XDC/SDC文件来“驯服”综合工具，引导它做出符合系统要求的结构。对于那些只懂Verilog语法，却在时序收敛上屡屡碰壁的同行来说，这本书简直就是一剂强心针，它教会我们如何与工具“对话”，而不是被工具牵着鼻子走。