基于FPGA的数字系统研究与设计 9787030382931 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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杨军，余江 著

图书标签:

• FPGA
• 数字系统设计
• 可编程逻辑器件
• 硬件描述语言
• Verilog
• VHDL
• 数字电路
• 嵌入式系统
• 电子工程
• 高等教育

店铺： 韵读图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030382931

商品编码：29865898373

包装：平装

出版时间：2018-01-01

图书基本信息
图书名称	基于FPGA的数字系统研究与设计	作者	杨军,余江
定价	99.00元	出版社	科学出版社
ISBN	9787030382931	出版日期	2018-01-01
字数		页码
版次	1	装帧	平装
开本		商品重量	0.4Kg

内容简介

本书主要介绍基于FPGA数字系统的设计原理、开发方法和仿真测试过程，并通过工程实例分析FPGA实现过程中的技术细节。在基础知识部分，主要介绍了开发语言和项目开发环境；在应用实例部分，分别详细地讲解了5个FPGA实例的设计方法和具体步骤，涉及OFDM系统基带传输、超声波测距系统、云存储架构等，由浅入深，力求使读者在较短的时间内掌握FPGA数字系统的设计过程。书中硬件和软件设计分别采用了硬件描述性语言和C语言，读者需要具有的编程开发基础。

作者简介

目录

编辑推荐

文摘

序言

《现代数字集成电路设计与实践》 内容简介 本书深入探讨了现代数字集成电路的设计、实现与验证全过程，旨在为读者提供一套系统、全面且具有前瞻性的知识体系。全书围绕数字信号处理、嵌入式系统开发、FPGA应用以及先进设计方法论等核心领域展开，兼顾理论深度与实践指导性，适合从事相关领域研究、开发以及希望提升专业技能的工程师、技术人员、研究生和高年级本科生。 第一部分：数字系统基础与FPGA技术 本部分首先回顾了数字逻辑设计的基础概念，包括数字信号的表示、逻辑门电路、组合逻辑和时序逻辑电路的设计原则。在此基础上，重点介绍了现场可编程门阵列（FPGA）这一核心硬件平台。详细阐述了FPGA的内部结构，如查找表（LUT）、触发器、块RAM（BRAM）、DSP Slice等，以及其可编程性原理。书中详细讲解了如何利用硬件描述语言（HDL），如Verilog HDL和VHDL，来描述和构建数字逻辑电路。通过丰富的实例，读者将学习到如何将抽象的逻辑设计转化为可在FPGA上实现的网表，并理解综合、布局布线、时序分析等关键流程。 FPGA开发流程详解： HDL语言基础与高级特性： 从基本语法、数据类型、运算符讲起，逐步深入到模块化设计、参数化设计、生成语句、任务与函数等高级概念。特别强调了如何编写可综合（Synthesizable）的HDL代码，避免使用不可综合的结构。 FPGA架构与资源利用： 详细分析了不同FPGA厂商（如Xilinx、Intel/Altera）的架构特点，以及如何根据算法需求和硬件资源限制，对设计进行优化，最大化利用FPGA的并行处理能力、存储资源和专用硬件单元（如DSP Slice、PCIe接口等）。 综合、布局与布线： 深入剖析了EDA工具（如Vivado、Quartus Prime）在数字设计流程中的作用。详细解释了综合过程如何将HDL代码转换为门级网表，以及布局（Placement）和布线（Routing）如何将逻辑连接映射到FPGA的物理资源上。强调了时序约束（Timing Constraints）的重要性，以及如何通过优化设计和调整工具选项来满足时序要求。 静态时序分析（STA）： 详细讲解了STA的原理，包括建立时间（Setup Time）、保持时间（Hold Time）、时钟周期（Clock Period）、时钟偏移（Clock Skew）等关键概念。介绍了如何阅读和分析STA报告，识别时序违例（Timing Violations），并给出相应的解决方法，如优化HDL代码、调整物理布局、添加缓冲器等。 FPGA的调试与验证： 介绍了在FPGA设计中进行调试的常用技术，包括逻辑分析仪（ILA）、嵌入式逻辑分析仪（ChipScope/SignalTap II）、以及仿真器（如Modelsim/Questa Sim）的使用。强调了基于测试平台的仿真验证方法，以及如何通过仿真来验证设计的正确性。 第二部分：数字信号处理（DSP）与嵌入式系统 本部分将目光聚焦于数字信号处理的理论与实际应用，以及嵌入式系统设计。读者将学习到数字滤波器的设计与实现，包括FIR和IIR滤波器的原理、设计方法和FPGA上的高效实现。同时，还将深入探讨FFT（快速傅里叶变换）等关键DSP算法，以及如何在FPGA上实现高性能的DSP系统。 DSP核心技术： 数字滤波器设计： 涵盖了低通、高通、带通、带阻等各类数字滤波器的设计原理，包括窗函数法、频率采样法、切比雪夫法等FIR滤波器设计方法，以及双线性变换法、脉冲不变法等IIR滤波器设计方法。详细介绍了滤波器系数的计算、量化误差分析以及在FPGA上的架构设计，如直接型、级联型、并行型等。 FFT算法与实现： 详细讲解了FFT算法的基本原理，包括蝶形运算、比特反转等。重点在于如何在FPGA上实现高效的FFT处理器，分析不同FFT算法（如Cooley-Tukey、Stockham）的优缺点，以及如何优化内存访问和计算流水线，以达到高吞吐率和低资源占用的目标。 其他DSP算法： 介绍了一些常用的DSP算法，如相关（Correlation）、卷积（Convolution）、自适应滤波（Adaptive Filtering）等，并探讨了其在FPGA上的实现策略。 嵌入式系统设计： 处理器架构与互联： 详细介绍RISC-V、ARM等主流嵌入式处理器架构，以及FPGA如何集成软核或硬核处理器，构建SoC（System-on-Chip）平台。重点讲解了各种总线接口标准，如AXI、AHB、APB等，以及如何设计高效的片上总线互联。 片上外设设计： 介绍了常见的片上外设，如UART、SPI、I2C、Ethernet MAC、SDIO、DDR控制器等，以及如何使用HDL语言或IP核来实现这些外设，并与处理器进行集成。 嵌入式软件与硬件协同设计： 强调了软件与硬件协同设计的重要性。介绍如何使用交叉编译工具链、调试器等来开发和调试运行在FPGA上的嵌入式软件，以及如何通过硬件加速来提升系统性能。 第三部分：高级设计方法论与应用 本部分将进一步提升读者在数字系统设计领域的能力，引入先进的设计方法论和前沿应用。内容包括高级抽象层次的设计，如高层次综合（HLS）和系统级设计（System-Level Design），以及在通信、图像处理、人工智能等领域的实际应用。 先进设计方法论： 高层次综合（HLS）： 详细介绍HLS技术，如何使用C/C++/SystemC等高级语言来描述硬件，并由HLS工具自动生成HDL代码。分析HLS的优势，如缩短开发周期、提高设计抽象层次，以及HLS工具的常用选项和优化技巧。 系统级设计（SLD）： 探讨更高级别的系统级建模与仿真，以及如何通过模型驱动的开发流程来验证系统架构和算法。介绍一些系统级设计工具和方法。 验证与测试的自动化： 介绍面向验证的设计（OVM/UVM）方法论，以及如何构建可重用、可扩展的验证环境。讲解事务级建模（TLM）在系统级验证中的应用，以及如何利用仿真加速器（如Emulation/Prototyping）来加速大型设计的验证过程。 前沿应用领域： 通信系统设计： 介绍在软件定义无线电（SDR）、5G通信基站、高速数据传输等领域中FPGA的应用。重点讲解调制解调、信道编码、高速接口等关键模块的设计。 图像与视频处理： 探讨FPGA在实时图像采集、滤波、增强、压缩、目标检测等方面的应用。介绍常用的图像处理算法在FPGA上的高效实现。 机器学习与人工智能加速： 介绍如何利用FPGA的并行计算能力来加速深度学习推理（Inference）和部分训练任务。讲解如何设计和优化神经网络硬件加速器，以及与现有AI框架（如TensorFlow Lite、PyTorch）的结合。 高性能计算（HPC）加速： 探讨FPGA在科学计算、金融建模、大数据分析等领域的应用，以及如何设计定制化的硬件加速器来提升计算效率。 本书特色： 理论与实践紧密结合： 每个章节都配有详细的原理讲解和实际的工程案例，读者可以通过阅读和实践，快速掌握相关技术。 前沿技术与工具： 涵盖了当前数字集成电路设计领域最热门的技术和工具，为读者提供面向未来的知识储备。 多角度深入： 从硬件架构、HDL语言、EDA工具到算法实现和系统集成，全方位地展示数字集成电路的设计与实现。 清晰的逻辑结构： 章节之间逻辑清晰，循序渐进，帮助读者建立完整的知识体系。 通过研读本书，读者将能够熟练掌握现代数字集成电路的设计流程，深刻理解FPGA的强大能力，并能够独立完成复杂的数字系统设计项目，为在瞬息万变的科技领域中脱颖而出奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

近期，我接触了一本关于人机交互（HCI）的著作，它彻底改变了我对用户体验的理解。这本书并非仅仅列举一些设计规范或交互原则，而是深入探讨了人机交互的心理学基础、认知过程以及如何设计出真正符合用户需求的界面。我被书中对用户研究方法、原型设计、可用性测试等内容的详尽讲解所吸引。作者并没有仅仅停留在理论层面，而是通过大量的案例分析，展示了如何从用户的角度出发，去理解他们的行为模式、心理期望以及潜在需求。我尤其欣赏的是，书中对“同理心”这一概念的强调，认为这是设计出优秀用户体验的前提。此外，书中还探讨了情感化设计、无障碍设计等前沿理念，并给出了许多实用的设计技巧和工具。这种从理论到实践、从用户需求到界面实现的系统性讲解，让我不仅能够更好地理解用户行为，更能够运用科学的方法和严谨的流程，设计出既美观又实用的用户界面，从而提升产品的整体竞争力。

评分☆☆☆☆☆

收到。以下是为您创作的10段图书评价，每段不少于300字，以读者的口吻写出，内容互不相同，风格多样，且不包含您提供的图书具体内容。 我最近翻阅了一本关于数字系统设计的书籍，虽然我无法提及具体书名，但我对其中关于硬件描述语言（HDL）的深入探讨留下了深刻印象。作者并没有止步于介绍Verilog或VHDL的基本语法，而是花了相当大的篇幅来讲解如何构建高效、可读性强的HDL代码，以及如何利用这些语言来抽象复杂的数字逻辑。我特别欣赏的是，书中通过一系列精心设计的案例，从简单的组合逻辑电路到复杂的时序逻辑模块，逐步引导读者理解HDL在实际项目中的应用。作者在讲解时，总能巧妙地联系实际的FPGA开发流程，比如综合、布局布线、时序约束等环节，让读者在学习HDL的同时，也能对整个FPGA设计流程有一个宏观的认识。其中关于状态机设计的部分，分析得尤为透彻，不仅仅是给出代码，更重要的是阐述了不同状态机实现方式的优缺点，以及在不同场景下的选择依据。这对于我这种正在努力提升FPGA设计技能的学习者来说，无疑是醍醐灌顶。书中的配图也相当精良，许多关键的电路图和流程图都清晰地展示了核心概念，使得抽象的理论知识变得具象化，更容易理解和记忆。总而言之，这本书在理论与实践的结合上做得非常出色，为我构建扎实的数字系统设计基础提供了极大的帮助。

评分☆☆☆☆☆

最近偶然翻阅了一本关于高级数据结构与算法的书籍，它为我打开了一扇通往更高效编程世界的大门。这本书并非简单地罗列各种数据结构和算法的实现代码，而是深入剖析了它们背后的数学原理、设计思想以及在不同场景下的适用性。我被书中对图算法、动态规划、贪心算法等经典算法的详尽讲解所吸引。作者并没有仅仅给出算法的伪代码，而是通过大量的图示和生动的例子，将抽象的逻辑过程可视化，让我能够轻松地理解算法的执行流程和最优解的产生过程。尤其让我印象深刻的是，书中对时间复杂度和空间复杂度的分析，不仅给出了理论推导，还通过实例展示了不同算法在处理大规模数据时的性能差异，这对于我选择和优化算法至关重要。此外，书中还探讨了一些前沿的算法技术，如随机化算法、近似算法等，以及它们在解决 NP-hard问题中的应用。这种从基础原理到前沿技术的系统性讲解，极大地提升了我分析问题和设计解决方案的能力，让我能够写出更高效、更优雅的代码。

评分☆☆☆☆☆

一本关于信号处理的著作，让我领略了数学理论在工程实践中的强大力量。这本书并非仅仅停留在抽象的公式推导，而是将复杂的信号处理算法，如傅里叶变换、滤波器设计、采样理论等，通过生动形象的比喻和直观的图示，展现在读者面前。我尤其喜欢的是，书中针对不同应用场景，比如音频处理、图像分析、通信系统等，给出了大量的实际案例，并且详细分析了在这些场景下，如何选择合适的信号处理技术，如何优化算法参数，以达到最佳的处理效果。作者在讲解过程中，特别强调了对信号的理解和分析能力，认为这是进行有效信号处理的前提。书中对噪声的抑制和信号的恢复等问题，有非常深入的探讨，提供了多种行之有效的方法和技术。例如，在讲解滤波器设计时，作者不仅介绍了各种滤波器类型（如巴特沃斯、切比雪夫等）的特性，还详细说明了如何根据实际需求来选择和设计滤波器，并给出了相应的MATLAB或Python实现代码示例，这对我来说非常有价值。这本书让我认识到，信号处理远不止是数学公式的堆砌，更是一种思维方式，一种解决问题的艺术。

评分☆☆☆☆☆

我最近阅读了一本关于嵌入式Linux系统开发的著作，它完全颠覆了我之前对嵌入式开发的认知。这本书并非简单地介绍Linux命令和API，而是深入探讨了如何在资源受限的嵌入式环境下，高效地构建和优化Linux系统。作者详细阐述了内核的裁剪与配置，如何根据目标硬件选择合适的驱动程序，以及如何进行根文件系统的构建。我特别欣赏的是，书中对bootloader、kernel、rootfs这三个关键部分的讲解，每一个环节都进行了细致的剖析，并且给出了大量的实操指导。例如，在讲解内核编译时，书中详细列出了各种配置选项的含义，以及它们对系统性能和功能的影响，这让我能够根据具体项目需求，精确地配置内核。此外，书中还探讨了嵌入式Linux系统的调试技巧，包括如何使用JTAG、GDB等工具来定位和解决问题，这对于我这种经常与嵌入式系统打交道的开发者来说，无疑是雪中送炭。本书不仅教我如何“做”，更教我“为什么这么做”，让我从根本上理解嵌入式Linux系统的构建原理，为我独立开发复杂的嵌入式Linux应用打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

在我的阅读经历中，有一些技术书籍能够激发我深入思考，甚至改变我固有的认知模式。最近一本让我有这种感受的，是关于嵌入式系统开发的。它不仅仅是罗列各种开发板和工具链，而是深刻地剖析了嵌入式系统设计中的核心挑战，比如实时性、功耗管理、资源约束以及可靠性等。书中对操作系统（RTOS）在嵌入式系统中的作用进行了详尽的阐述，特别是对于任务调度、中断处理、内存管理等关键概念的讲解，让我对RTOS的工作原理有了更深层次的理解。作者并没有回避一些复杂的议题，比如如何在高并发场景下保证系统的稳定性，或者如何在有限的存储空间内实现复杂的功能。我尤其欣赏的是，书中通过一些实际的工业控制、医疗设备等应用案例，来阐述设计原则和技术选择，这使得理论知识的学习与实际应用紧密结合。读完之后，我对于如何在一个资源受限的环境下设计一个健壮、高效的嵌入式系统，有了更清晰的思路和更全面的认识。这种从原理到应用的深度讲解，让我觉得这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一本能够启发思考的哲学著作，让我能够更深刻地理解嵌入式系统设计的精髓，以及如何应对日益复杂的工程挑战。

评分☆☆☆☆☆

最近接触的一本关于计算机体系结构的书，让我对现代计算机硬件的运行机制有了全新的认识。这本书并没有仅仅停留在对CPU、内存、总线等基本组件的介绍，而是深入剖析了它们之间的交互方式，以及这些交互如何影响计算机的整体性能。我被书中关于流水线技术、缓存一致性、指令集架构（ISA）等内容的讲解所吸引。作者用清晰的语言和精妙的图示，将这些抽象的概念具象化，让我能够直观地理解CPU是如何高效地执行指令的，以及缓存是如何弥补内存速度瓶颈的。尤其让我印象深刻的是，书中对不同CPU架构（如x86、ARM）的比较分析，以及它们在不同应用场景下的优劣势。这让我不再把计算机硬件看作是一个黑盒子，而是能够从更宏观的视角去理解它，甚至在进行软件开发时，能够考虑到硬件的特性，从而编写出更优化的代码。书中还探讨了并行计算和多核处理器的发展趋势，以及它们对未来计算机体系结构的影响。这种从底层原理到前沿技术的讲解，极大地拓宽了我的视野，也让我对计算机科学的深度和广度有了更深的体会。

评分☆☆☆☆☆

一本关于网络通信协议的著作，近期极大地丰富了我的知识储备。它并非仅限于TCP/IP协议栈的表面介绍，而是深入探讨了每一层协议的设计理念、工作原理以及在实际应用中的演进。我尤其被书中对TCP三次握手和四次挥手过程的细致讲解所吸引，通过大量的图示和状态转移表格，我清晰地理解了连接建立和断开的每一个细节，以及其中包含的各种优化和容错机制。书中对UDP协议的讲解也同样透彻，清晰地阐述了它在哪些场景下比TCP更具优势。让我印象深刻的是，书中还探讨了HTTP、DNS、DHCP等应用层协议，并分析了它们是如何与传输层协议协同工作的。作者在讲解过程中，总是能够将抽象的网络概念与实际的网络设备和应用相结合，让我能够更好地理解理论知识的实际价值。例如，书中对拥塞控制算法的深入分析，以及对网络安全协议（如TLS/SSL）的讲解，都让我对网络通信的复杂性和精妙性有了更深刻的认识。这本书不仅提升了我对网络底层原理的理解，也让我能够更好地进行网络应用的开发和故障排查。

评分☆☆☆☆☆

我近期读到了一本关于软件工程方法论的著作，它为我理解和实践高效的软件开发流程提供了全新的视角。这本书并非仅仅介绍敏捷开发、瀑布模型等主流方法论，而是深入探讨了每种方法论的设计哲学、核心原则以及在不同项目中的适用场景。我被书中对需求分析、设计模式、测试驱动开发（TDD）等关键工程实践的详尽讲解所吸引。作者并没有仅仅停留在概念层面，而是通过大量的案例研究，展示了如何在实际项目中有效地应用这些方法论。我尤其欣赏的是，书中对“迭代”和“增量”这两个核心概念的深入阐述，让我理解了如何通过小步快跑的方式来降低项目风险，并快速响应用户需求的变化。此外，书中还探讨了项目管理、团队协作、代码评审等软件工程的软技能，并给出了许多实用的建议。这种从方法论到实践的全面讲解，让我不仅理解了“做什么”，更理解了“为什么这么做”，为我构建更稳定、更可维护的软件系统提供了坚实的理论基础和实践指导。

评分☆☆☆☆☆

一本关于并行与分布式计算的著作，近期让我对现代计算的底层逻辑有了前所未有的认知。这本书并非仅仅介绍多线程或多进程的概念，而是深入剖析了现代计算的并行化和分布式化趋势背后的原理与挑战。我被书中对并发模型、同步机制、一致性协议等内容的详尽讲解所吸引。作者并没有停留在理论层面，而是通过丰富的图示和精心设计的算法示例，将抽象的概念具象化，让我能够直观地理解多个计算单元如何协同工作，以及如何解决它们之间可能出现的冲突和数据不一致问题。尤其让我印象深刻的是，书中对分布式事务、CAP定理、MapReduce等核心概念的深入探讨，让我能够理解在海量数据和复杂计算场景下，如何设计健壮且高效的分布式系统。这本书不仅提升了我对并行与分布式计算的理论认知，更让我能够从更宏观的视角去理解现代云计算、大数据等技术背后的核心驱动力，为我深入理解和参与相关领域的技术发展提供了重要的知识储备。