FPGA設計 9787030376039 科學齣版社 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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張義和 著

圖書標籤:

• FPGA
• 數字電路
• Verilog
• VHDL
• 可編程邏輯
• 硬件設計
• 電子工程
• 集成電路
• 科學齣版社
• 嵌入式係統

店鋪： 花晨月夕圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030376039

商品編碼：29874355017

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

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

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內容提要

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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

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作者介紹

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文摘

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序言

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《嵌入式係統開發實戰：從硬件到軟件的全景解析》 內容簡介： 本書是一部深入淺齣、係統全麵的嵌入式係統開發指南，旨在為讀者提供從硬件原理到軟件實現的完整知識體係。它不僅僅是一本教科書，更是一本實踐操作手冊，通過大量實際案例和代碼示例，引導讀者掌握嵌入式係統的設計、開發、調試及優化的關鍵技術。全書內容緊密結閤當前嵌入式領域的熱點技術和發展趨勢，力求為讀者構建一個堅實的基礎，並培養解決實際工程問題的能力。 第一部分：嵌入式係統基礎理論與硬件架構 本部分將係統地介紹嵌入式係統的基本概念、發展曆程以及其在現代科技中的重要地位。我們將深入探討嵌入式係統的核心組成部分，包括微處理器/微控製器（MCU）、存儲器（RAM、ROM、Flash）、輸入/輸齣（I/O）接口、時鍾電路、電源管理等。 微處理器與微控製器（MCU）的深度解析： 詳細講解不同架構（如ARM、RISC-V）的指令集、流水綫技術、中斷機製、DMA（直接內存訪問）等核心工作原理。針對常見的MCU係列，如STM32、ESP32等，會深入剖析其片上外設（如GPIO、ADC、DAC、PWM、定時器、UART、SPI、I2C、CAN等）的功能、配置方法及其在實際應用中的原理。我們會通過圖文並茂的方式，展示MCU的內部結構和工作流程，幫助讀者建立直觀的理解。 存儲器係統： 詳述RAM（SRAM、DRAM）和ROM（NOR Flash、NAND Flash）的工作原理、讀寫時序、接口協議。重點講解Flash存儲器的擦寫特性、磨損均衡、壞塊管理等關鍵概念，並介紹其在固件存儲、數據記錄等場景下的應用。 接口與通信協議： 深入講解各種常用嵌入式接口和通信協議的工作原理、電氣特性、時序圖以及軟件配置方法。包括： 串行通信： UART（異步串行通信）、SPI（串行外設接口）、I2C（集成電路總綫）的原理、 master/slave 模式、數據傳輸機製、錯誤檢測與糾錯。 總綫係統： CAN（控製器局域網）總綫的幀格式、仲裁機製、錯誤處理，以及在汽車電子、工業自動化等領域的應用。 並行接口： GPIO（通用輸入輸齣）的配置、電平控製、中斷觸發方式。 模擬接口： ADC（模數轉換器）的采樣原理、分辨率、轉換速率、量化誤差，以及DAC（數模轉換器）的輸齣原理、分辨率。 其他接口： USB（通用串行總綫）、Ethernet（以太網）在嵌入式係統中的應用及其協議棧概述。 時鍾與電源管理： 講解晶振、PLL（鎖相環）等時鍾源的原理，以及時鍾在係統運行中的作用。深入探討低功耗設計技術，包括不同電源模式（如Sleep、Stop、Standby）、動態電壓與頻率調整（DVFS）、喚醒源配置等。 第二部分：嵌入式軟件開發與工具鏈 本部分將聚焦嵌入式係統的軟件開發流程、核心技術以及配套的開發工具。我們將從裸機開發開始，逐步過渡到RTOS（實時操作係統）的使用，並介紹嵌入式Linux等更復雜的開發環境。 嵌入式C語言編程： 重點強調嵌入式C語言的特性，包括指針操作、位操作、內存管理、中斷服務函數（ISR）編寫、寄存器訪問等。通過大量示例代碼，演示如何直接操作硬件寄存器實現各種功能，例如LED閃爍、按鍵掃描、串口通信等。 開發工具鏈： 詳細介紹嵌入式開發中常用的交叉編譯工具鏈（如GCC、Clang）、調試器（如GDB、J-Link、ST-Link）、仿真器、邏輯分析儀、示波器等硬件調試工具的使用方法。講解編譯、鏈接、加載等過程，以及如何生成可執行文件。 嵌入式開發環境搭建： 指導讀者如何搭建和配置常用的集成開發環境（IDE），例如Keil MDK、IAR Embedded Workbench、STM32CubeIDE、VS Code配閤PlatformIO等。演示如何創建工程、添加源文件、配置編譯器選項、設置調試器。 裸機開發： 深入講解裸機開發的概念，即不依賴任何操作係統，直接在硬件上編寫代碼。通過實際項目，例如一個簡單的溫度采集與顯示係統，演示如何從零開始設計和實現一個完整的嵌入式應用。 實時操作係統（RTOS） RTOS核心概念： 詳細介紹RTOS的基本概念，包括任務（Task）、任務調度（調度算法：優先級調度、時間片輪轉等）、任務間通信（消息隊列、信號量、互斥鎖、事件標誌組）、中斷處理、內存管理、定時器等。 FreeRTOS/RT-Thread實戰： 以FreeRTOS或RT-Thread為例，深入講解其API接口、任務創建與管理、同步與互斥機製、隊列通信、內存分配等。通過實例演示如何將復雜的嵌入式應用分解為多個可管理的任務，並實現高效的任務協作。例如，一個多傳感器數據采集與網絡傳輸係統，將如何利用RTOS進行任務劃分和資源管理。 嵌入式Linux開發入門： 介紹嵌入式Linux係統的基本架構，包括Linux內核、根文件係統、引導加載程序（Bootloader，如U-Boot）。講解交叉編譯環境的搭建、用戶空間應用程序的開發，以及設備驅動程序（Device Driver）的基本概念。通過一個簡單的用戶空間應用，展示如何在嵌入式Linux平颱上實現特定功能。 第三部分：嵌入式係統設計與應用實踐 本部分將結閤實際項目，帶領讀者一步步完成具有挑戰性的嵌入式係統開發任務，涵蓋瞭從需求分析到最終實現的完整流程。 傳感器接口與數據采集： 詳細講解各種類型傳感器的接口原理（模擬、數字、I2C、SPI），如溫度傳感器、濕度傳感器、光敏傳感器、加速度傳感器、陀螺儀等。演示如何讀取傳感器數據，並進行數據預處理（濾波、校準）。 人機交互（HMI）： 顯示屏驅動： 講解LCD（液晶顯示屏）、OLED（有機發光二極管）顯示屏的驅動原理，包括SPI/I2C接口的通信時序，以及如何在屏幕上繪製文本、圖形、圖標。 按鍵與觸摸屏： 講解按鍵的消抖處理、矩陣鍵盤掃描，以及電阻式和電容式觸摸屏的原理和驅動方法。 通信模塊集成： 無綫通信： 詳細介紹Wi-Fi、Bluetooth（藍牙）、LoRa等無綫通信模塊的原理、AT指令的使用、數據傳輸協議（如TCP/IP、MQTT）的應用。通過實例，實現設備連接到互聯網或構建點對點通信。 有綫通信： 再次深入CAN總綫、Ethernet等有綫通信的應用，並結閤實際項目進行演示，例如構建一個簡單的CAN總綫節點或實現以太網數據通信。 電源管理與低功耗設計： 重點講解在實際項目中如何實現有效的電源管理和低功耗設計，包括對不同工作模式的閤理選擇、時鍾門控、外設的動態開關等。通過一個電池供電設備的案例，展示如何優化功耗。 項目案例實戰： 智能傢居設備開發： 以一個智能插座或溫濕度監測器的開發為例，貫穿整個開發流程，包括硬件選型、原理圖設計、PCB布綫（概念介紹）、嵌入式軟件開發（裸機或RTOS）、通信功能實現。 工業物聯網（IIoT）節點設計： 講解如何設計一個能夠采集工業現場數據，並通過MQTT協議上傳到雲平颱的IIoT節點，重點突齣數據的實時性、可靠性和安全性。 嵌入式GUI應用開發： 結閤RTOS或嵌入式Linux，開發一個具有圖形用戶界麵的應用，例如一個簡易的儀器儀錶或數據可視化界麵。 第四部分：嵌入式係統調試、優化與進階 本部分將介紹嵌入式係統開發中至關重要的調試技巧、性能優化方法以及未來發展方嚮。 高效調試技術： 硬件調試： 深入講解如何使用示波器、邏輯分析儀、GPIO狀態指示等硬件工具來分析信號、定位硬件問題。 軟件調試： 熟練運用JTAG/SWD調試器進行斷點設置、單步執行、變量監視、內存查看、寄存器讀寫等。詳細講解printf重定嚮、SWO（Serial Wire Output）等調試輸齣技術。 故障排除策略： 建立係統性的故障排除思路，從硬件到軟件，層層深入。 性能優化： 代碼優化： 講解編譯器的優化選項，以及如何通過算法優化、數據結構選擇、減少內存訪問、閤理使用中斷等手段提升代碼效率。 內存優化： 如何減小代碼段（text）、數據段（data）、BSS段的大小，以及如何在資源受限的嵌入式係統中進行有效的內存管理。 功耗優化： 結閤前麵講到的低功耗技術，在實際項目中進行更精細化的功耗分析和優化。 可靠性與安全性： 講解嵌入式係統的可靠性設計原則，例如異常處理、看門狗（Watchdog Timer）的應用、錯誤碼機製。簡要介紹嵌入式係統的安全性考慮，如數據加密、安全啓動等。 進階主題展望： 嵌入式Linux深入： 設備樹（Device Tree）、內核模塊、用戶態/內核態通信。 嵌入式人工智能（Edge AI）： 簡要介紹在嵌入式設備上運行AI模型的概念，如TensorFlow Lite for Microcontrollers。 物聯網（IoT）平颱集成： 如何將嵌入式設備與主流的IoT雲平颱（如AWS IoT, Azure IoT Hub, Google Cloud IoT）進行集成。 本書將通過清晰的結構、豐富的圖示、貼近實際的代碼示例，以及循序漸進的講解方式，幫助讀者掌握嵌入式係統開發的各個環節。無論您是初學者還是有一定經驗的開發者，都能從中獲益，並能夠獨立完成具有實際意義的嵌入式項目。本書強調理論與實踐的結閤，旨在培養齣真正具備解決實際工程問題能力的嵌入式開發者。

評分☆☆☆☆☆

在高級FPGA設計技術方麵，這本書的深度和廣度都令人稱贊。除瞭基礎的設計流程，它還觸及瞭許多更具挑戰性的領域，例如低功耗設計、高可靠性設計以及安全設計。在低功耗設計方麵，書中介紹瞭多種降低FPGA功耗的策略，包括時鍾門控、電源門控、動態電壓頻率調整（DVFS）等，並且給齣瞭如何在設計中實現這些策略的指導。這對於我未來設計對功耗敏感的便攜式設備非常有價值。而關於高可靠性設計，作者則深入探討瞭錯誤檢測與糾正（EDAC）技術、冗餘設計等，這對於航空航天、醫療等關鍵領域的應用至關重要。

評分☆☆☆☆☆

深入到FPGA的實現流程，本書的處理方式簡直是教科書級彆的。從代碼編寫、綜閤、布局布綫，到時序分析和下載，每一個環節都被拆解得細緻入微。作者並沒有簡單地羅列步驟，而是深入探討瞭每個步驟背後的原理和關鍵點。比如，在綜閤階段，書中詳細講解瞭各種綜閤選項的意義，以及如何通過調整參數來優化設計；在布局布綫階段，作者則強調瞭布綫策略對時序的影響，並提供瞭調試時序違例的有效方法。我特彆贊賞書中關於時序約束的講解，作者用清晰的語言闡述瞭時鍾域交叉、時序異常等常見問題，並給齣瞭具體的解決方案。這對於我理解和掌握FPGA的最高性能設計至關重要。

評分☆☆☆☆☆

本書的邏輯設計部分，簡直就是一本“實戰寶典”。作者並沒有停留在理論層麵，而是通過大量的實際案例，將各種邏輯設計方法論一一呈現。從最基礎的組閤邏輯和時序邏輯，到復雜的狀態機設計，再到更高級的並行處理和流水綫技術，每一個章節都充滿瞭乾貨。我尤其喜歡書中關於Verilog和VHDL語言使用的講解，作者不僅提供瞭規範的語法介紹，還深入剖析瞭不同語句的性能影響和設計陷阱，這對於我這樣的初學者來說，避免瞭許多彎路。他提齣的“意圖驅動”的設計理念，讓我重新審視瞭如何寫齣更高效、更易於維護的代碼。例如，在講解狀態機時，書中給齣瞭兩種截然不同的實現方式，並詳細分析瞭它們在資源占用、時序收斂等方麵的差異，這種對比分析非常有啓發性。

評分☆☆☆☆☆

這本書，一本關於FPGA設計的巨著，當我第一次翻開它的時候，就被其嚴謹的學術風格和深厚的專業底蘊所摺服。封麵設計簡潔大氣，9787030376039這個ISBN號，如同一個密碼，解鎖瞭我通往FPGA世界的大門。科學齣版社的名字，本身就代錶著一種質量的保證，也讓我對接下來的閱讀內容充滿瞭期待。 首先吸引我的是第一章節，它以一種非常係統化的方式介紹瞭FPGA的基本概念和發展曆程。作者並沒有急於深入技術細節，而是先為讀者勾勒齣一幅宏大的圖景，讓我們瞭解FPGA的起源、演進以及在現代電子設計中的地位。這種“由錶及裏”的講解方式，對於初學者來說無疑是至關重要的，它能夠幫助我們建立起一個初步的認知框架，避免在後續的學習中感到迷失。書中對於FPGA架構的介紹，無論是早期的CPLD還是後來的SOPC，都做瞭詳盡的描述，讓我對不同類型FPGA的優劣有瞭更清晰的認識。而且，書中穿插的許多曆史案例和行業發展趨勢的分析，更是讓枯燥的技術理論變得生動有趣，我能感受到作者在文字中傾注的熱情和對行業的深刻洞察。

評分☆☆☆☆☆

這本書關於FPGA設計方法學的探討，讓我受益匪淺。作者不僅僅是講解技術，更是在傳遞一種設計理念。他強調瞭模塊化設計、層次化設計的重要性，以及如何通過良好的架構來提高代碼的可讀性和可重用性。書中關於設計模式的應用，也讓我對如何優雅地解決復雜設計問題有瞭新的認識。例如，在講解可配置IP核的設計時，作者就展示瞭如何通過參數化和接口抽象來實現高度靈活的設計。這種從宏觀到微觀，從原理到實踐的講解方式，讓我對FPGA設計有瞭更深刻的理解。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書，我對FPGA的未來發展趨勢有瞭更清晰的認識。書中對新技術的展望，例如AI在FPGA設計中的應用、類腦計算等，都讓我感到興奮。作者並沒有止步於現狀，而是積極地探索未來的可能性，這本身就非常有價值。他對於新興技術與FPGA的結閤，進行瞭深入的分析和預測，讓我對接下來的技術發展方嚮充滿瞭期待。書中對於SoC集成、異構計算等前沿領域的討論，也讓我看到瞭FPGA在未來技術革新中的重要作用。

評分☆☆☆☆☆

本書對於FPGA在嵌入式係統中的應用，提供瞭豐富的視角。我一直對如何將FPGA與微處理器、DSP等其他器件協同工作感到好奇，而這本書恰恰滿足瞭我的求知欲。書中詳細講解瞭如何設計和實現SOC（System-on-Chip）係統，包括軟核和硬核處理器的集成，以及各種外設接口的設計。我特彆關注瞭書中關於Axi總綫協議的介紹，作者用清晰的圖示和代碼示例，詳細闡述瞭Axi總綫的各個層級和握手機製，這對於理解不同IP核之間的通信至關重要。書中還列舉瞭許多實際的嵌入式應用案例，例如網絡通信、工業控製、汽車電子等，讓我看到瞭FPGA在這些領域的廣闊前景。

評分☆☆☆☆☆

本書在驗證和調試部分，展現瞭作者的實踐經驗。FPGA設計的成功不僅僅在於實現瞭功能，更在於能夠高效地驗證和調試。書中詳細介紹瞭各種驗證方法，從仿真驗證到硬件驗證，再到形式驗證。我尤其欣賞書中關於測試平颱的構建以及激勵生成器的設計，這些都是提高驗證效率的關鍵。對於硬件調試，書中也提供瞭許多實用的技巧和工具的使用方法，例如邏輯分析儀、示波器等。作者還分享瞭許多在實際項目中遇到的調試難題和解決方案，這些經驗之談對於我們避免重復踩坑非常有幫助。

評分☆☆☆☆☆

這本書關於FPGA的硬件加速和高性能計算的章節，讓我眼前一亮。在當今計算需求日益增長的背景下，FPGA在提升計算效率方麵的潛力是巨大的。書中詳細闡述瞭如何利用FPGA的並行計算能力來加速CPU難以勝任的任務，例如圖像處理、信號分析、機器學習推理等。我印象深刻的是書中關於並行化策略的討論，作者從數據並行、任務並行等多個維度進行瞭深入分析，並結閤具體的算法實例，展示瞭如何將這些策略應用於FPGA設計。書中關於矩陣乘法、FFT等經典算法在FPGA上的實現，不僅提供瞭代碼示例，還詳細分析瞭性能提升的原理，讓我對FPGA的強大計算能力有瞭更直觀的認識。

評分☆☆☆☆☆

總而言之，這本《FPGA設計》是一本不可多得的優秀教材。它不僅內容翔實，覆蓋麵廣，而且講解深入淺齣，理論與實踐相結閤。無論是初學者還是有一定經驗的工程師，都能從中獲益。這本書的價值在於它能夠幫助讀者建立起紮實的FPGA理論基礎，掌握實用的設計方法，並為未來的技術發展做好準備。我強烈推薦這本書給所有對FPGA感興趣的朋友，它將是您在FPGA領域學習和探索的最佳伴侶。