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張義和 著

圖書標籤:

• FPGA
• 數字電路
• Verilog
• VHDL
• 硬件設計
• 可編程邏輯
• 嵌入式係統
• 電子工程
• 通信係統
• 信號處理

店鋪： 廣影圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030376039

商品編碼：29729418699

包裝：平裝

齣版時間：2013-07-01

基本信息

書名:FPGA設計

定價：52.00元

售價：36.4元,便宜15.6元,摺扣70

作者:張義和

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2013-07-01

ISBN：9787030376039

字數：360000

頁碼：285

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

內容提要

Altium Designer所提供的電路原理圖繪圖功能（簡稱電路繪圖），一直都是群雄，它提供各種電路圖結構的設計，包括單張式電路圖、平坦式電路圖、階層式電路圖，以及高效能的重復階層式電路圖，等等。
《FPGA設計》的主要目的是探討FPGA設計，包括以VHDL為主的數字邏輯基礎能力訓練與應用技巧，並搭配NanoBoard 3000進行係統設計。
《FPGA設計》內容豐富、結構閤理、圖文並茂、語言清晰。適閤各大中型院校電工、電子、自動化及相關專業師生參考閱讀，同時適閤作為電路設計工程師的參考用書。

目錄

作者介紹

文摘

序言

嵌入式係統硬件設計與實戰 作者： [作者姓名，例如：張偉、李明] 齣版社： [齣版社名稱，例如：電子工業齣版社、機械工業齣版社] 齣版日期： [齣版日期，例如：2023年10月] ISBN： [ISBN號] 內容簡介： 本書是一本專注於嵌入式係統硬件設計與實踐的深度指南，旨在為讀者提供構建高效、穩定、可靠嵌入式係統所需的核心知識與技能。本書跳齣瞭單一硬件平颱或開發工具的局限，從更宏觀的視角齣發，深入剖析嵌入式係統設計的各個環節，強調軟硬件協同工作的重要性，以及如何根據具體應用需求進行最優化的硬件選型和係統架構設計。 本書特色： 係統性理論與實踐結閤： 本書不僅詳細講解嵌入式係統硬件設計的理論基礎，如微控製器架構、存儲器接口、外設通信協議、電源管理等，更通過大量的實際案例和項目實踐，幫助讀者將理論知識轉化為解決實際問題的能力。 跨平颱通用性： 本書內容涵蓋瞭不同類型的嵌入式處理器（如ARM Cortex-M、RISC-V等）和常見的通信接口（如UART、SPI、I2C、USB、Ethernet等），強調設計的通用原則和方法，使讀者能夠觸類旁通，適應不同硬件平颱的設計需求。 注重係統整體優化： 嵌入式係統設計的成功不僅在於單個組件的性能，更在於整個係統的協同效率。本書從係統功耗、性能、成本、可靠性等多個維度齣發，講解如何進行係統級的設計權衡和優化。 前沿技術與發展趨勢： 本書緊密跟蹤嵌入式技術的發展前沿，包含對低功耗設計、實時操作係統（RTOS）在硬件設計中的應用、安全設計等熱門話題的深入探討，幫助讀者把握行業發展脈搏。 由淺入深，循序漸進： 內容設計從基礎概念入手，逐步深入到復雜係統的設計，適閤初學者入門，也為有一定經驗的工程師提供進階指導。 本書結構與內容詳述： 第一部分：嵌入式係統硬件設計基礎 1. 嵌入式係統概述與發展曆程： 什麼是嵌入式係統？其定義、特點及廣泛應用領域。 嵌入式係統與通用計算機係統的區彆與聯係。 嵌入式係統硬件技術的發展脈絡，從早期的微處理器到當今的多核、異構處理。 當前嵌入式係統設計的關鍵挑戰與未來趨勢，如物聯網（IoT）、人工智能（AI）在邊緣計算中的應用。 2. 微控製器（MCU）與微處理器（MPU）選型與應用： MCU與MPU的核心差異、架構特點（如ARM Cortex-M係列、RISC-V架構等）。 不同係列MCU/MPU的性能指標、功耗特性、外設集成度對比。 如何根據應用需求（如處理能力、實時性要求、功耗預算、成本限製）選擇閤適的MCU/MPU。 典型MCU/MPU的應用案例分析。 3. 存儲器係統設計： 嵌入式係統中的存儲器類型：RAM（SRAM、DRAM）、ROM（Flash、EEPROM）及其特點。 存儲器接口技術：並行接口、串行接口（如SPI Flash）。 存儲器容量、速度、功耗的權衡。 程序存儲與數據存儲的設計考慮。 內存管理單元（MMU）和內存保護單元（MPU）在MPU係統中的作用。 4. 時鍾與復位電路設計： 係統時鍾的來源：晶振、RC振蕩器、PLL（鎖相環）。 時鍾頻率與係統性能、功耗的關係。 時鍾信號的分配與同步。 復位電路的設計：上電復位、外部按鍵復位、看門狗復位。 復位時序與信號的可靠性。 5. 電源管理與低功耗設計： 嵌入式係統中的常見電源：電池、外部電源適配器。 電源轉換技術：LDO（低壓差綫性穩壓器）、DC-DC（開關穩壓器）及其效率比較。 低功耗設計策略：軟件層麵的休眠模式、硬件層麵的電源門控、時鍾門控。 功耗測量與分析方法。 電池壽命估算與優化。 第二部分：通信接口與外設集成 6. 串行通信接口設計： UART（通用異步收發器）： 原理、波特率、數據格式、校驗、中斷機製。 SPI（串行外設接口）： 主/從模式、時鍾極性（CPOL）與相位（CPHA）、多主設備、數據傳輸效率。 I2C（集成電路互聯總綫）： 主/從模式、多主、地址衝突、ACK/NACK機製、速率。 常用串行通信外設（如傳感器、EEPROM）的接口設計實踐。 7. 並行通信接口與總綫技術： 並行接口的基本原理與應用。 常見總綫標準（如GPIO、SDIO）。 總綫仲裁與握手信號。 高速並行數據傳輸的挑戰與解決方案。 8. USB（通用串行總綫）接口設計： USB協議概述：不同版本（USB 1.1, 2.0, 3.x）、設備類（HID, MSC, CDC）。 USB主機與設備的角色。 USB數據傳輸模式：中斷、批量、同步、控製。 USB接口在嵌入式設備中的應用，如數據采集、固件升級。 USB PHY（物理層）與控製器設計要點。 9. 網絡通信接口設計： Ethernet（以太網）： MAC層、PHY層、TCP/IP協議棧簡介。 嵌入式以太網接口控製器（如W5500, ENC28J60）的應用。 Wi-Fi和藍牙模塊的集成與驅動。 RS-485等工業通信協議。 10. 模數轉換（ADC）與數模轉換（DAC）設計： ADC的采樣原理、分辨率、采樣率、精度。 常見的ADC架構：逐次逼近型、Σ-Δ型。 DAC的原理、分辨率、建立時間。 ADC/DAC在信號采集與控製係統中的應用。 ADC/DAC的接口設計與驅動。 11. 輸入/輸齣（I/O）擴展與接口： GPIO（通用輸入/輸齣）的配置與使用。 中斷控製器與中斷處理。 PWM（脈衝寬度調製）在電機控製、LED調光等領域的應用。 定時器/計數器的工作原理與應用。 第三部分：係統集成、調試與優化 12. 嵌入式係統架構設計： 模塊化設計原則。 硬件抽象層（HAL）的設計理念。 如何構建可擴展、可維護的硬件架構。 係統性能瓶頸分析與優化。 13. 嵌入式係統調試與測試： 常用調試工具：JTAG/SWD接口、邏輯分析儀、示波器。 調試策略：單步執行、斷點設置、變量觀察。 硬件故障的定位與排除。 係統級集成測試與性能測試。 單元測試與集成測試在硬件設計中的重要性。 14. 嵌入式係統可靠性與安全性設計： EMC（電磁兼容性）設計原則。 過壓、過流保護。 看門狗（Watchdog）機製的應用。 軟件安全與固件更新的安全考量。 嵌入式係統中的安全漏洞與防範措施。 15. 嵌入式係統軟硬件協同設計： 硬件設計如何支撐軟件需求。 軟件驅動程序的設計與優化。 實時操作係統（RTOS）在硬件設計中的考量。 通過仿真與原型驗證加速開發進程。 16. 嵌入式係統項目實戰案例分析： 一個完整的嵌入式硬件項目開發流程演示，從需求分析到成品交付。 不同應用場景的硬件設計案例剖析，如智能傢居控製器、工業自動化設備、可穿戴設備等。 分析實際項目開發中遇到的挑戰以及解決方案。 緻讀者： 本書緻力於幫助讀者建立堅實的嵌入式係統硬件設計基礎，培養解決復雜工程問題的能力。通過深入淺齣的講解和豐富的實踐案例，希望本書能成為您在嵌入式係統硬件設計領域探索與創新的得力助手。無論您是初學者還是有經驗的工程師，都將從中受益匪淺。

評分☆☆☆☆☆

從一個純粹的“使用者”的角度來看，這本書在係統級驗證和調試方麵提供的思路也極具價值。以往我們做FPGA項目，驗證往往是耗時最長、最容易齣錯的一環，很多時候都是在仿真環境中打轉，很難定位到實際硬件上的問題。書中針對“跨域調試”（如FPGA與ARM處理器的交互）提供瞭一套非常實用的係統性檢查清單和故障排除流程。特彆是它關於片上邏輯分析儀（ILA）和硬件調試接口（如JTAG）的高級應用技巧，讓我意識到這些工具不僅僅是看看波形那麼簡單。作者詳細講解瞭如何利用這些工具來捕獲非預期的中斷信號或不規則的數據流，以及如何結閤軟件端的日誌輸齣進行交叉驗證，從而快速鎖定是軟件算法缺陷還是硬件初始化錯誤。這種從係統角度齣發，將軟硬件驗證緊密結閤的視角，極大地提升瞭我對復雜嵌入式加速係統調試的信心。這本書真的做到瞭理論與實踐的高度統一，讀完後感覺自己拿到瞭一個係統性的工程調試“工具箱”。

評分☆☆☆☆☆

哇，我最近終於拿到瞭這本傳說中的《FPGA設計》！說實話，剛翻開它的時候，我心裏其實挺沒底的，畢竟FPGA這東西聽起來就蠻硬核的，網上各種資料看得我雲裏霧裏。這本書的排版很舒服，不是那種密密麻麻的教科書風格，而且很多關鍵概念都有圖示輔助，這對我這種視覺學習者來說簡直是福音。我最喜歡的是它對基礎概念的講解，不是那種生硬的理論堆砌，而是結閤實際的例子，讓我能立刻明白為什麼需要這樣做，比如在介紹Verilog HDL的並發性時，作者沒有直接拋齣復雜的語法，而是先用一個很直觀的時序圖來闡述信號是如何獨立執行的，這種循序漸進的方式，真的讓我感覺踏實瞭很多。特彆是關於狀態機的設計部分，書中提供的層次化狀態機（HSM）的實現方法，清晰地展示瞭如何管理復雜係統中的多個並發事件，這在我的上一個項目中一直是個痛點，現在感覺豁然開朗瞭。而且，這本書對工具鏈的使用也提到瞭不少實用的技巧，比如如何有效地進行時序約束和優化，這些都是課本上不太會深入講，但實際工作裏極其重要的內容。我打算用這本書作為我接下來的係統性學習指南，相信它能幫我把零散的知識點串聯起來，真正掌握FPGA設計的精髓。

評分☆☆☆☆☆

這本書的深度和廣度確實令人印象深刻，我花瞭好幾天時間仔細研讀瞭其中關於高速接口和定製化IP核開發的部分。我原本以為它會側重於基礎邏輯的實現，但沒想到在高級應用領域也有如此詳盡的論述。最讓我眼前一亮的是它對AXI總綫協議的剖析，作者沒有停留在協議規範的羅列上，而是深入分析瞭不同模式（如Burst Read/Write）下的仲裁機製和延遲分析，甚至還提供瞭一些優化數據傳輸效率的底層代碼片段，這對於需要對接高性能SoC係統的工程師來說，簡直是寶典級彆的參考資料。我記得我曾經在一個項目中為瞭調試一個數據流阻塞問題，熬瞭好幾個通宵，如果當時有這本書在手，我相信很多彎路都可以避免。另外，書中對定製化浮點運算單元（FPU）的設計案例分析得極其透徹，它不僅展示瞭如何用VHDL描述復雜的數學運算，更重要的是，它討論瞭資源利用率和關鍵路徑延遲之間的權衡取捨，這纔是體現一個工程師功底的地方。總的來說，這本書已經超越瞭一本入門指南的範疇，更像是一本麵嚮實際工程挑戰的“高級算法實現參考手冊”。

評分☆☆☆☆☆

說實話，拿到《FPGA設計》之前，我對“設計收斂”這個概念一直有些模糊的理解，總覺得它是一個玄學，是仿真過瞭就行。但讀完這本書中關於綜閤與布局布綫（Place and Route）的章節後，我對整個後端流程的理解發生瞭質的飛躍。作者極其細緻地解釋瞭為什麼同一個RTL代碼，在不同的約束條件下，最終的物理實現會産生天壤之彆。書中有一張圖，非常形象地展示瞭時鍾樹綜閤（CTS）如何影響整個係統的時序裕度，這讓我明白瞭早期設計階段如何通過閤理的模塊劃分和輸入延遲的預估，能極大程度地減輕後端優化的壓力。我特彆欣賞作者對於“設計意圖”和“物理約束”之間關係的闡述，他強調瞭RTL代碼的美觀和簡潔性並不能保證高性能，必須用恰當的pragma和XDC/SDC文件來“馴服”綜閤工具，引導它做齣符閤係統要求的結構。對於那些隻懂Verilog語法，卻在時序收斂上屢屢碰壁的同行來說，這本書簡直就是一劑強心針，它教會我們如何與工具“對話”，而不是被工具牽著鼻子走。

評分☆☆☆☆☆

這本書的閱讀體驗非常具有啓發性，它最大的優點在於其前瞻性和對未來趨勢的把握。我注意到書中花瞭不少篇幅探討瞭基於高層次綜閤（HLS）的設計流程。這對於我們這些習慣於門級描述的“老派”工程師來說，是一個重要的提醒和學習方嚮。書中詳細對比瞭HLS生成代碼與手動編寫Verilog代碼在資源消耗和性能上的異同，並且給齣瞭一套成熟的HLS設計優化方法論，比如如何通過OpenCL或C++語言特性來明確錶達並行度，以期獲得更優的硬件映射。這部分內容雖然相對較新，但作者的論述邏輯清晰，引用瞭多個業界知名的HLS工具鏈的實際案例，讓我感受到瞭這項技術的巨大潛力。它不僅僅是提高瞭開發效率，更重要的是，它讓更多具備軟件背景的工程師能夠快速介入硬件加速領域，這無疑是未來IC設計的一個重要方嚮。這本書沒有迴避技術熱點和演變，反而積極地將其納入體係進行深入探討，這點讓我非常贊賞。