基于FPGA的嵌入式图像处理系统设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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Donald G.Bailey 著，原魁，何文浩，肖晗 译

图书标签:

• FPGA
• 嵌入式系统
• 图像处理
• 数字图像处理
• 硬件设计
• Verilog
• VHDL
• 系统设计
• 嵌入式开发
• 图像算法

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121195976

版次：1

商品编码：11198227

包装：平装

开本：16开

出版时间：2013-02-01

页数：440

字数：700000

正文语种：中文

编辑推荐

　　对从事嵌入式图像处理和视觉系统设计和研究的工程师，科技工作者来说是很有用的参考书。《基于FPGA的嵌入式图像处理系统设计》也适用于研究图像处理系统，计算机工程，数字设计，电路设计或计算机科学的研究生的教材。也可用作在先进的数字设计，算法和硬件实现，数字信号处理和应用课程的辅助教材。

内容简介

　　《基于FPGA的嵌入式图像处理系统设计》详细介绍了FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）这种新型可编程电子器件的特点，对FPGA的各种编程语言的发展历程进行了回顾，并针对嵌入式图像处理系统的特点和应用背景，详细介绍了如何利用FPGA的硬件并行性特点研制开发高性能嵌入式图像处理系统。作者还结合自己的经验，介绍了研制开发基于FPGA的嵌入式图像处理系统所需要的正确思路以及许多实用性技巧，并给出了许多图像处理算法在FPGA上的具体实现方法以及多个基于FPGA实现嵌入式图像处理系统的应用实例。
　　《基于FPGA的嵌入式图像处理系统设计》对FPGA技术的初学者以及已经具有比较丰富的设计经验的读者来说都有很好的参考价值，也将为从事基于FPGA的嵌入式系统开发和应用的软硬件工程师和科研人员提供一本比较系统、全面的学习材料。

目录

图像处理
1.1 基本定义
1.2 图像形成
1.3 图像处理操作
1.4 应用实例
1.5 实时图像处理
1.6 嵌入式图像处理
1.7 串行处理
1.8 并行性
1.9 硬件图像处理系统

现场可编程门阵列
2.1 可编程逻辑器件
2.1.1 FPGA与ASIC
2.2 FPGA和图像处理
2.3 FPGA的内部
2.3.1 逻辑器件
2.3.2 互连
2.3.3 输入和输出
2.3.4 时钟
2.3.5 配置
2.3.6 功耗
2.4 FPGA产品系列及其特点
2.4.1 Xilinx
2.4.2 Altera
2.4.3 Lattice半导体公司
2.4.4 Achronix
2.4.5 SiliconBlue
2.4.6 Tabula
2.4.7 Actel
2.4.8 Atmel
2.4.9 QuickLogic
2.4.10 MathStar
2.4.11 Cypress
2.5 选择FPGA或开发板

编程语言
3.1 硬件描述语言
3.2 基于软件的语言
3.2.1 结构化方法
3.2.2 扩展语言
3.2.3 本地编译技术
3.3 Visual语言
3.3.1 行为式描述
3.3.2 数据流
3.3.3 混合型
3.4 小结

设计流程
4.1 问题描述
4.2 算法开发
4.2.1 算法开发过程
4.2.2 算法结构
4.2.3 FPGA开发问题
4.3 结构选择
4.3.1 系统级结构
4.3.2 计算结构
4.3.3 硬件和软件的划分
4.4 系统实现
4.4.1 映射到FPGA资源
4.4.2 算法映射问题
4.4.3 设计流程
4.5 为调整和调试进行设计
4.5.1 算法调整
4.5.2 系统调试

映射技术
5.1 时序约束
5.1.1 低级流水线
5.1.2 处理同步
5.1.3 多时钟域
5.2 存储器带宽约束
5.2.1 存储器架构
5.2.2 高速缓存
5.2.3 行缓冲
5.2.4 其他存储器结构
5.3 资源约束
5.3.1 资源复用
5.3.2 资源控制器
5.3.3 重配置性
5.4 计算技术
5.4.1 数字系统
5.4.2 查找表
5.4.3 CORDIC
5.4.4 近似
5.4.5 其他方法
5.5 小结

点操作
6.1 单幅图像上的点操作
6.1.1 对比度和亮度调节
6.1.2 全局阈值化和等高线阈值化
6.1.3 查找表实现
6.2 多幅图像上的点操作
6.2.1 图像均值
6.2.2 图像相减
6.2.3 图像比对
6.2.4 亮度缩放
6.2.5 图像掩模
6.3 彩色图像处理
6.3.1 伪彩色
6.3.2 色彩空间转换
6.3.3 颜色阈值化
6.3.4 颜色校正
6.3.5 颜色增强
6.4 小结

直方图操作
7.1 灰度级直方图
7.1.1 数据汇集
7.1.2 直方图均衡化
7.1.3 自动曝光
7.1.4 阈值选择
7.1.5 直方图相似性
7.2 多维直方图
7.2.1 三角阵列
7.2.2 多维统计信息
7.2.3 颜色分割
7.2.4 颜色索引
7.2.5 纹理分析

局部滤波器
8.1 缓存
8.2 线性滤波器
8.2.1 噪声平滑
8.2.2 边缘检测
8.2.3 边缘增强
8.2.4 线性滤波器技术
8.3 非线性滤波器
8.3.1 边缘方向
8.3.2 非极大值抑制
8.3.3 零交点检测
8.4 排序滤波器
8.4.1 排序滤波器的排序网络
8.4.2 自适应直方图均衡化
8.5 颜色滤波器
8.6 形态学滤波器
8.6.1 二值图像的形态学滤波
8.6.2 灰度图像形态学
8.6.3 颜色形态学滤波
8.7 自适应阈值分割
8.7.1 误差扩散
8.8 小结

几何变换
9.1 前向映射
9.1.1 可分离映射
9.2 逆向映射
9.3 插值
9.3.1 双线性插值
9.3.2 双三次插值
9.3.3 样条插值
9.3.4 通过插值压缩数据
9.4 映射的优化
9.5 图像配准
9.5.1 基于特征的方法
9.5.2 基于区域的方法
9.5.3 应用

线性变换
10.1 傅里叶变换
10.1.1 快速傅里叶变换
10.1.2 滤波
10.1.3 逆滤波
10.1.4 插值
10.1.5 配准
10.1.6 特征提取
10.1.7 哥兹柔算法
10.2 离散余弦变换
10.3 小波变换
10.3.1 滤波实现
10.3.2 小波变换的应用
10.4 图像和视频编码

目标检测和标记
11.1 包围盒
11.2 游程编码
11.3 链码
11.3.1 串行实现算法
11.3.2 单次扫描算法
11.3.3 特征提取
11.4 连通域标注
11.4.1 随机读取算法
11.4.2 多次扫描算法
11.4.3 两次扫描算法
11.4.4 单次扫描算法
11.4.5 多输入标号
11.4.6 进一步优化
11.5 距离变换
11.5.1 形态学方法
11.5.2 倒角距离
11.5.3 可分离变换
11.5.4 应用
11.5.5 测地线距离变换
11.6 分水岭变换
11.6.1 流水算法
11.6.2 浸入算法
11.6.3 应用
11.7 哈夫变换
11.7.1 直线哈夫变换
11.7.2 圆哈夫变换
11.7.3 广义哈夫变换
11.8 小结

接口
12.1 摄像机输入
12.1.1 摄像机接口标准
12.1.2 消除隔行扫描
12.1.3 全局和卷帘快门的校正
12.1.4 Bayer模板处理
12.2 显示输出
12.2.1 显示器驱动
12.2.2 显示内容
12.3 串行通信
12.3.1 PS2接口
12.3.2 I2C总线
12.3.3 SPI总线
12.3.4 RS-232接口
12.3.5 USB接口
12.3.6 以太网
12.3.7 PCI Express
12.4 存储器
12.4.1 静态随机存储器（SRAM）
12.4.2 动态随机存储器
12.4.3 闪存
12.5 小结

测试、调整和调试
13.1 设计
13.1.1 随机噪声源
13.2 实现
13.2.1 常见的实现错误
13.3 调试
13.4 时序收敛

应用实例
14.1 彩色区域跟踪
14.2 镜头畸变校正
14.2.1 畸变描述
14.2.2 畸变校正
14.3 中央窝传感器
14.3.1 中央窝映射
14.3.2 使用传感器
14.4 深度成像
14.4.1 扩展精确测量范围
14.5 实时生产线分级
14.5.1 软件算法
14.5.2 硬件实现
14.6 小结
参考文献

前言/序言

　　基于FPGA的嵌入式系统具有体积小、功耗低、速度快等许多优点，在图像处理以及许多需要高速计算的嵌入式系统（例如智能相机、智能手机等）中有着广阔的应用前景，也是高性能嵌入式系统未来的技术发展趋势。
　　目前国内外关于FPGA应用系统开发的图书很少，各种技术资料也比较分散。因此，虽然许多科研人员和工程技术人员已经充分认识到了基于FPGA的嵌入式系统的重要性，但却因为缺乏比较系统完整的学习资料等原因而难以深入了解和掌握相关技术，也难以研制开发出具有实用价值的FPGA应用系统。
　　本书对FPGA的发展历程以及如何利用FPGA技术设计开发嵌入式视觉系统进行了比较详尽的介绍，不但介绍了相关方法，而且给出了许多具体算法和应用实例。本书对FPGA技术的初学者以及已经具有比较丰富的设计经验的读者来说都有很好的参考价值，也将为从事基于FPGA的嵌入式系统开发和应用的软、硬件工程师和科研人员提供一本比较系统、全面的学习材料。
　　本书的专业性很强，对于普通读者来说，理解书中给出的所有知识点可能存在一定的困难。作者在本书的前言中已经相当详细地介绍了他本人写作本书的出发点，以及面向的主要读者群。建议读者先认真读一下作者所写的前言，然后再根据自己的需要开始本书的学习。
　　对FPGA技术应用感兴趣的初学者可以先读一下本书的前4章和第14章，对FPGA及其应用建立一些感性认识，了解一下FPGA的基本特点及其主要用途，然后根据自己的需要选择书中的相关章节进行学习；而对于已经具有一定的FPGA知识并希望进行FPGA系统开发的读者来说，则可以根据自己的需要，直接选择书中的相关章节进行学习，重点了解相关算法的具体实现，以及是否可以根据书中所提供的方法来解决自己所面对或可能面对的问题。
　　译者所在的课题组近10年来一直在从事基于FPGA的嵌入式视觉系统的研究，完成了多种基于FPGA的图像处理算法，研制开发出两种基于FPGA和DSP技术的高性能嵌入式图像处理系统并在多种机器人系统中进行了成功应用，可以说已经在一定程度上掌握了基于FPGA的嵌入式图像处理系统的相关知识。为了尽可能准确地表达作者的原意，此次译者所在课题组中从事相关研究工作的主要研究人员都参加了本书的翻译工作，并由主要翻译人员原魁、何文浩、肖晗、徐正东、宋海涛、王照、高舒对译稿进行了认真校对。但由于译者的水平有限，仍然难免出现一些错误，因此，译文中如有不当之处，还希望能够得到读者的原谅。
　　原魁
　　2012.9

《 FPGA嵌入式系统原理与实践 》 第一章 FPGA基础知识与发展概览 本章旨在为读者打下坚实的FPGA理论基础，并勾勒出FPGA技术的发展脉络。我们将从数字逻辑电路的基本概念出发，深入浅出地介绍组合逻辑和时序逻辑电路的设计原理。通过分析各种基本逻辑门、触发器、寄存器、计数器等核心单元的工作方式，读者能够理解构成复杂数字系统的基石。 接着，本章将重点阐述FPGA（Field Programmable Gate Array）的核心结构与工作原理。我们将详细解析FPGA内部的逻辑块（Logic Block）、可编程互连线（Programmable Interconnect）、输入/输出块（I/O Block）以及时钟管理模块（Clock Management Tile）等关键组成部分的功能。通过对查找表（LUT）、触发器（Flip-Flop）、多路选择器（Multiplexer）等基本逻辑单元在逻辑块内的组织方式进行剖析，读者将能够理解FPGA如何实现其“现场可编程”的特性。 此外，本章还将梳理FPGA技术的发展历程，从早期简单的可编程逻辑器件（PLD）到如今高度集成、高性能的先进FPGA架构，分析其在性能、功耗、集成度以及设计复杂性方面的演进。我们将探讨不同FPGA厂商（如Xilinx、Intel/Altera）及其主流产品线的主要特点和技术优势，帮助读者建立对当前FPGA市场格局的宏观认识。 最后，本章将简要介绍FPGA在现代电子系统设计中的应用领域，例如通信、计算、消费电子、工业控制以及航空航天等，为后续章节深入探讨具体应用打下铺垫。理解FPGA的这些基础知识，是掌握后续嵌入式系统设计与实现的关键。 第二章 硬件描述语言（HDL）与逻辑综合 本章聚焦于FPGA设计中至关重要的两个方面：硬件描述语言（HDL）和逻辑综合。我们将重点介绍目前主流的两种HDL——Verilog HDL和VHDL。 在Verilog HDL部分，我们将从其基本语法结构入手，包括模块定义、端口声明、信号类型（wire, reg）、赋值语句（assign, always）、运算符、条件语句（if-else, case）以及循环语句（for, while）等。通过大量实例，我们将演示如何用Verilog描述组合逻辑（如加法器、译码器）和时序逻辑（如寄存器、计数器、有限状态机FSM）。我们将强调不同建模风格（如行为级、寄存器传输级RTL、门级）的区别及其适用场景，并重点讲解RTL级建模的重要性，因为它直接对应着综合后的硬件电路。 VHDL部分，我们将遵循类似的教学路径，介绍其面向对象和强类型的特性。我们将阐述实体（Entity）、架构（Architecture）、端口（Port）、信号（Signal）、变量（Variable）、组件（Component）以及进程（Process）等核心概念。通过对比Verilog，读者将能理解两种语言在表达逻辑功能时的异同，并能够根据项目需求和个人偏好选择合适的HDL。 逻辑综合是HDL代码转化为实际FPGA硬件配置的关键步骤。本章将深入讲解逻辑综合的原理和流程。我们将解释综合器如何将抽象的HDL代码解析并优化成逻辑门和触发器组成的网表（Netlist）。我们将探讨综合过程中可能遇到的挑战，如时序约束（Timing Constraints）的设置、面积优化（Area Optimization）和功耗优化（Power Optimization）等。我们将介绍如何通过编写高效、可综合的HDL代码来指导综合器生成最优化的硬件设计。 通过本章的学习，读者将能够熟练运用HDL进行FPGA逻辑功能的描述，并理解逻辑综合在硬件实现中的作用，为后续更复杂的嵌入式系统设计打下坚实的基础。 第三章 FPGA开发流程与工具链 本章将全面介绍FPGA项目的开发流程以及常用的EDA（Electronic Design Automation）工具链。我们将以一个典型的FPGA项目生命周期为例，详细阐述各个阶段的关键任务和技术要点。 首先，我们将详细介绍项目规划与需求分析阶段的重要性，包括确定系统功能、性能指标、功耗预算以及开发周期等。 接着，我们将深入讲解基于HDL的代码编写与仿真。我们将介绍仿真器的作用，包括功能仿真（Functional Simulation）和时序仿真（Timing Simulation）。读者将学习如何编写激励模块（Testbench）来验证HDL代码的正确性，如何设置仿真时间、波形查看等仿真操作。 之后，我们将重点讲解综合（Synthesis）和实现（Implementation）过程。综合是将HDL代码转换为门级网表的阶段，而实现则包括布局（Placement）和布线（Routing），即将网表映射到FPGA芯片的物理资源上。我们将解释综合器和实现工具（如Xilinx Vivado、Intel Quartus Prime）的核心功能，以及如何处理约束文件（Constraint Files），如时序约束（XDC/SDC）和物理约束。 本章还将详细介绍FPGA项目中的时序分析（Timing Analysis）与时序收敛（Timing Closure）。我们将讲解建立时间（Setup Time）、保持时间（Hold Time）、时钟周期（Clock Period）、传播延迟（Propagation Delay）等关键时序概念，以及如何通过时序报告来识别和解决时序违例问题。 此外，我们还将介绍比特流生成（Bitstream Generation）和目标板下载（Board Download）的过程，包括配置FPGA的JTAG接口、使用编程器等。 最后，本章将探讨一些高级的开发技术，如IP核（Intellectual Property Cores）的复用、IP集成流程、以及版本控制系统（如Git）在FPGA项目中的应用，以提高开发效率和代码管理水平。通过本章的学习，读者将掌握完整的FPGA项目开发流程，并熟悉主流的EDA工具链的使用。 第四章 FPGA片上系统（SoC）架构与原理 本章将深入探讨FPGA片上系统（System on Chip, SoC）的架构与核心原理。FPGA SoC将传统的FPGA可编程逻辑与高性能的嵌入式处理器（如ARM Cortex系列）集成在同一颗芯片上，极大地拓展了FPGA的应用范围，使其能够承担更复杂的计算密集型任务。 我们将首先介绍FPGA SoC的基本组成部分。除了可编程逻辑阵列（PLA）之外，FPGA SoC通常包含一个或多个软核或硬核处理器。硬核处理器（Hard Processor Core）是指直接集成在FPGA芯片上的专用处理器，通常性能更高，功耗更低。我们将重点介绍ARM Cortex-A系列或Cortex-M系列处理器在FPGA SoC中的集成方式，包括其流水线结构、指令集架构（ISA）、内存管理单元（MMU）、缓存（Cache）等。 接着，我们将详细讲解FPGA SoC中的互联结构，特别是片上总线（On-Chip Bus）的设计。常见的片上总线包括AXI（Advanced eXtensible Interface）总线族（AXI4, AXI4-Lite, AXI Stream）等。我们将阐述AXI总线的协议规范，包括读写通道、握手信号、突发传输等，以及它如何有效地连接处理器、外设和FPGA逻辑。 本章还将探讨FPGA SoC的内存系统。我们将介绍片上存储器（On-Chip Memory），如Block RAM（BRAM）和UltraRAM（URAM）在SoC中的作用，以及它们如何作为处理器缓存或用户自定义存储器。我们还将讨论与外部DDR SDRAM等高速存储器接口的设计与实现。 此外，我们还将讲解FPGA SoC中常用的外设接口，如UART、SPI、I2C、Ethernet、USB、PCIe等，以及它们如何与处理器和FPGA逻辑进行交互。我们将介绍如何利用FPGA的灵活性来定制和扩展这些外设。 最后，我们将讨论FPGA SoC的开发环境和工具链，包括软硬件协同设计（Hardware-Software Co-Design）的概念，以及如何使用相应的SDK（Software Development Kit）和调试工具链（如GDB）来进行软件开发和调试。通过本章的学习，读者将能够深刻理解FPGA SoC的架构精髓，并为设计集成处理器和可编程逻辑的复杂嵌入式系统奠定基础。 第五章 FPGA嵌入式系统开发实战：平台搭建与基础应用 本章将带领读者进入FPGA嵌入式系统开发的实战环节，从搭建开发平台开始，逐步实现一些基础的嵌入式应用。我们将以一个典型的FPGA开发板（例如基于Xilinx Zynq系列或Intel Cyclone V SoC的开发板）为例，详细演示整个开发过程。 首先，我们将介绍如何为目标FPGA开发板配置和搭建开发环境，包括安装相应的EDA软件（如Vivado、Quartus Prime），配置交叉编译工具链（Cross-Compilation Toolchain）用于处理器端的软件开发，以及配置硬件调试工具。 接下来，我们将重点讲解如何在FPGA SoC中集成一个简单的软硬件结合的应用。例如，我们可以设计一个将FPGA逻辑产生的计数器数据通过AXI接口传递给ARM处理器，并在处理器端通过UART串口输出显示。这将使读者初步体验软硬件协同工作的流程。 本章还将深入讲解如何为FPGA SoC开发和集成自定义的IP核。我们将演示一个简单的LED控制IP核的设计，包括其RTL描述、AXI接口的实现、以及如何将其集成到SoC的顶层设计中。 我们还将探讨嵌入式Linux操作系统在FPGA SoC上的移植与应用。读者将学习如何构建一个基本的Linux BSP（Board Support Package），如何加载Linux内核和根文件系统到SoC的存储器中，以及如何在Linux环境下进行应用程序开发和调试。 为了进一步加深理解，本章还将设计一个简单的ADC（模数转换器）数据采集应用。我们将演示如何编写FPGA逻辑来控制ADC采样，并将采集到的数据通过DMA（Direct Memory Access）传输到ARM处理器内存中进行后续处理。 此外，本章还将涵盖一些基础的嵌入式系统调试技巧，包括使用逻辑分析仪、示波器等硬件工具，以及利用软件调试器进行在线调试。 通过本章的实战演练，读者将能够亲手搭建FPGA嵌入式开发环境，理解软硬件协同设计的基本流程，并掌握实现基础嵌入式应用的关键技术。 第六章 FPGA嵌入式系统中的高速接口与通信 本章将专注于FPGA嵌入式系统中常见的高速接口和通信协议的设计与实现。在现代嵌入式系统中，数据吞吐量和实时性要求越来越高，因此掌握这些高速接口技术至关重要。 我们将首先介绍PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）接口。PCIe是目前高性能计算和嵌入式系统中应用最广泛的串行总线接口之一。我们将详细讲解PCIe协议的物理层、链路层和事务层，以及如何在FPGA中实现PCIe端点（Endpoint）或根端口（Root Port）。我们将介绍使用FPGA厂商提供的PCIe IP核，并讲解如何进行配置和集成，以及相关的时序约束和验证。 接着，我们将深入讲解以太网（Ethernet）接口的设计。我们将讨论10/100/1000 Mbps以太网MAC（Media Access Control）层的实现，以及如何与PHY（Physical Layer）芯片协同工作。我们将介绍如何利用FPGA设计自定义的以太网协议栈，或集成现有的IP核来实现TCP/IP通信。 本章还将涉及USB（Universal Serial Bus）接口的设计。我们将探讨USB 2.0和USB 3.0（SuperSpeed）协议的关键特性，以及如何在FPGA中实现USB主控（Host）或设备（Device）功能。我们将重点介绍USB数据传输模式（控制、中断、批量、同步）和握手机制。 此外，我们还将探讨串行RapidIO（sRIO）等在工业和通信领域常用的高速串行通信技术。 对于每种接口，我们都将重点讲解其设计流程，包括IP核的选择与配置、RTL代码编写（如果需要自定义部分）、约束文件的设置、以及仿真和硬件验证的策略。我们还将讨论相关的时钟域交叉（Clock Domain Crossing, CDC）处理问题，以及如何保证数据传输的可靠性和实时性。 通过本章的学习，读者将能够为FPGA嵌入式系统设计并实现各种高速通信接口，满足不同应用场景下的数据传输需求。 第七章 FPGA在高性能计算与加速中的应用 本章将探讨FPGA在高性能计算（High-Performance Computing, HPC）和硬件加速领域的广泛应用。FPGA以其高度并行化的计算能力和灵活的可重构性，在处理大规模并行任务方面展现出独特优势，能够显著提升特定算法的执行效率。 我们将从FPGA的并行计算模型出发，解释其与传统CPU的架构差异。我们将阐述如何将计算密集型的算法，如矩阵运算、信号处理、图像分析、机器学习推理等，映射到FPGA的硬件资源上，实现大规模并行加速。 本章将重点介绍几种典型的FPGA加速应用场景： 数字信号处理（DSP）加速： 讲解FFT（快速傅里叶变换）、滤波器、卷积等DSP算法在FPGA上的实现，以及在通信、雷达、医疗成像等领域的应用。 图像与视频处理加速： 探讨FPGA在图像滤波、特征提取、目标检测、视频编解码等任务上的加速能力，及其在安防监控、自动驾驶、医疗影像等领域的应用。 机器学习（ML）与深度学习（DL）推理加速： 分析神经网络模型（如CNN, RNN）在FPGA上的推理过程，介绍量化、剪枝等优化技术，以及FPGA在边缘计算、智能终端等场景下的优势。 金融交易与高频交易（HFT）加速： 讲解FPGA在低延迟金融数据处理、订单匹配、风险管理等方面的应用。 科学计算与模拟： 探讨FPGA在流体动力学、天气预报、分子动力学等科学计算领域的加速潜力。 我们将分析在FPGA上实现这些加速任务的关键技术，包括： 高效的RTL设计与优化： 如何编写高度并行化、流水线化的HDL代码，充分利用FPGA的并行性。 浮点与定点数运算： 探讨在FPGA中实现高精度浮点运算以及在性能和资源约束下的定点数优化策略。 数据流编程模型： 介绍如何利用数据流（Dataflow）的思想来组织和实现FPGA上的并行计算任务。 高性能IP核的应用： 讲解如何利用FPGA厂商提供的DSP、FFT、AXI DMA等高性能IP核来加速开发。 HLS（High-Level Synthesis）工具的应用： 介绍如何使用C/C++/OpenCL等高级语言通过HLS工具自动生成FPGA硬件逻辑，从而降低开发门槛，提高开发效率。 通过本章的学习，读者将能够理解FPGA在高性能计算领域的独特价值，并掌握将特定计算任务移植到FPGA上进行加速的关键技术和方法。 第八章 FPGA嵌入式系统中的功耗与可靠性设计 本章将聚焦于FPGA嵌入式系统中至关重要的两个方面：功耗管理和系统可靠性设计。随着嵌入式系统集成度的不断提高和应用场景的多样化，功耗和可靠性成为制约系统性能和生命周期的关键因素。 在功耗管理方面，我们将从FPGA的功耗模型出发，分析其静态功耗和动态功耗的来源。我们将介绍多种降低FPGA功耗的策略，包括： 时钟门控（Clock Gating）： 通过选择性地停止不活动的模块的时钟来降低动态功耗。 电源门控（Power Gating）： 在系统空闲时关闭不使用的逻辑模块的电源。 低功耗设计技术： 例如采用低漏电工艺的FPGA器件，优化布线策略，降低信号切换频率等。 动态电压和频率调节（DVFS）： 根据系统负载动态调整FPGA的运行电压和时钟频率。 利用FPGA内置的低功耗模式： 探讨不同FPGA器件提供的睡眠模式、待机模式等。 我们将讨论如何在设计阶段就考虑功耗问题，例如通过仿真工具进行功耗估算，并根据结果进行设计优化。 在系统可靠性设计方面，我们将探讨FPGA在恶劣环境下和长期运行中可能遇到的各种挑战，并介绍相应的防护措施： 单粒子效应（Single Event Effects, SEE）防护： 讲解SEE对FPGA内部配置存储器的影响，以及位翻转（Bit Flip）的发生机制。我们将介绍常用的防护技术，如EDAC（Error Detection and Correction）码、重构（Reconfiguration）技术、以及基于冗余的设计方法。 温度与电压的敏感性： 分析温度和电压变化对FPGA性能和稳定性的影响，以及如何在设计中进行补偿和容错。 硬件安全与防篡改： 讨论FPGA的安全设计，包括加密配置、防克隆、防篡改等机制，以及在敏感应用中的重要性。 自检与故障诊断： 介绍如何在FPGA系统中集成自检功能，用于检测硬件故障，以及实现故障隔离和报告。 系统级冗余与容错： 探讨如何通过硬件冗余（如双机热备、多模块冗余）和软件容错策略来提高系统的可用性和鲁棒性。 我们将结合实际案例，讲解如何在FPGA设计中应用这些功耗和可靠性技术，以确保嵌入式系统在各种复杂工况下能够稳定、高效、持久地运行。 第九章 FPGA嵌入式系统安全性与固件保护 本章将深入探讨FPGA嵌入式系统的安全性问题，以及如何保护系统的固件和知识产权。随着嵌入式系统越来越广泛地应用于安全敏感领域，如军事、金融、工业控制、物联网等，保障系统的安全性变得至关重要。 我们将从FPGA器件本身的安全性特性出发，介绍其在防止恶意攻击方面的能力。我们将详细讲解FPGA的加密配置功能，包括使用AES等加密算法对比特流进行加密，以防止未经授权的复制和篡改。我们还将讨论密钥管理机制，如安全熔丝（Secure Fuse）和密钥存储器（Key Storage）的使用。 本章将重点关注固件保护技术。我们将探讨： 固件加密与签名： 如何对运行在FPGA上的软件固件进行加密，以及如何使用数字签名来验证固件的完整性和来源，防止恶意软件的注入。 安全启动（Secure Boot）： 讲解安全启动流程，确保只有经过验证的固件才能在FPGA上加载和执行，从而抵御Bootloader级别的攻击。 运行时安全监控： 介绍如何在FPGA逻辑中集成运行时安全监控模块，用于检测异常行为、非法访问和潜在的攻击企图，并触发相应的安全响应机制（如系统复位、报警）。 防克隆与防篡改技术： 探讨FPGA的物理不可克隆函数（PUF）等技术，用于生成唯一的硬件身份标识，防止硬件被非法复制。同时，介绍防篡改传感器和机制，用于检测硬件被物理篡改的企图。 访问控制与权限管理： 讲解如何在FPGA SoC中实现细粒度的访问控制，限制不同模块和处理器对敏感资源的访问权限，以及如何隔离不同的安全域。 供应链安全： 讨论在FPGA器件的生产、制造和部署过程中，如何确保供应链的安全性，防止器件在供应链环节被植入后门或进行篡改。 我们将结合具体的安全威胁模型（如侧信道攻击、差分功耗分析、硬件木马等），分析FPGA在抵御这些威胁方面的能力，并介绍相应的防御策略。 通过本章的学习，读者将能够全面了解FPGA嵌入式系统的安全风险，并掌握设计和实现安全固件、抵御各种安全威胁的关键技术和方法。 第十章 FPGA嵌入式系统在新兴领域的应用前沿 本章将放眼未来，探讨FPGA嵌入式系统在当前和新兴技术领域的前沿应用。我们将分析FPGA如何赋能人工智能、边缘计算、5G通信、自动驾驶、物联网（IoT）等前沿技术的发展，并展望其未来的发展趋势。 人工智能与边缘AI： 详细阐述FPGA作为AI推理硬件在边缘设备的优势，如低功耗、低延迟、高能效比。我们将讨论FPGA如何加速深度学习模型的推理，包括CNN、RNN、Transformer等，以及在智能摄像头、自动驾驶传感器、工业机器人等场景下的应用。我们将探讨FPGA与ASIC、GPU在AI加速领域的互补性。 边缘计算与分布式智能： 探讨FPGA如何在边缘节点实现数据预处理、特征提取、模型推理等计算任务，从而降低对云端计算的依赖，实现更快的响应速度和更低的带宽需求。我们将分析FPGA在构建分布式智能系统中的作用。 5G通信与下一代网络： 介绍FPGA在5G基站、核心网设备、终端设备中的应用，如基带处理、信道编码/解码、波束成形、网络功能虚拟化（NFV）等。我们将分析FPGA如何满足5G对高吞吐量、低延迟和灵活性的需求。 自动驾驶与智能交通： 详细阐述FPGA在自动驾驶汽车中的关键作用，如传感器数据融合（雷达、激光雷达、摄像头）、感知算法加速、路径规划、决策控制等。我们将分析FPGA如何实现实时、可靠的感知和控制。 物联网（IoT）与智能互联： 探讨FPGA在构建大规模物联网设备中的作用，如智能传感器节点、网关设备、数据采集与分析平台等。我们将关注FPGA在低功耗、高安全性、灵活连接方面的优势，以及如何实现海量设备的高效管理和数据处理。 其他新兴应用： 简要介绍FPGA在生物信息学、区块链、量子计算接口等领域的潜在应用。 本章还将讨论FPGA技术未来的发展方向，例如： 更高性能与更低功耗的FPGA架构： 预测新一代FPGA在集成度、处理能力、能效方面的提升。 软硬件协同设计与异构计算的进一步融合： 探讨FPGA与其他计算单元（CPU, GPU, NPU）更紧密的集成与协同工作。 HLS技术的成熟与普及： 预测高级综合工具将成为主流的FPGA设计方法，极大地降低设计门槛。 AI驱动的FPGA设计自动化： 探索利用AI技术来优化FPGA的设计流程，如自动布局布线、智能时序收敛等。 通过本章的学习，读者将能够把握FPGA嵌入式系统在各前沿技术领域的最新动态，并对未来的技术发展方向有更清晰的认识。

评分☆☆☆☆☆

刚拿到这本书，就被书名吸引了。虽然我本人不是FPGA领域的专家，但对嵌入式系统和图像处理一直充满兴趣。这本书听起来就像是一座桥梁，连接了我一直想深入了解的两个前沿领域。我尤其好奇书中对于“嵌入式”这个词的解读，它通常意味着资源受限，那么如何在FPGA这样高度并行的硬件平台上实现高效的图像处理算法，将是一个巨大的挑战。我猜测书中可能会详细介绍如何根据FPGA的特性，优化图像处理算法的硬件实现，例如数据通路的设计、流水线技术的应用，甚至可能涉及到一些低功耗和实时性方面的考量。我期待书中能够给出一些具体的案例研究，展示如何在实际应用中，比如安防监控、工业视觉或者无人驾驶等领域，利用FPGA实现高性能的嵌入式图像处理系统。当然，如果书中还能涉及一些FPGA开发流程的介绍，比如Verilog/VHDL的设计、仿真、综合以及实现过程，那就更好了，这样即便是初学者也能快速上手。

评分☆☆☆☆☆

我是一名正在攻读计算机视觉方向硕士的学生，在学习过程中，经常会遇到一些计算量巨大的图像处理算法，而传统的CPU计算能力往往会成为瓶颈。因此，我一直在寻找能够加速这些算法的解决方案。当看到这本书的书名时，我眼前一亮。FPGA以其独特的硬件可编程性，在处理并行计算密集型任务方面有着天然的优势。我特别想知道，书中是如何将复杂的图像处理算法，例如卷积神经网络、图像滤波、特征提取等，映射到FPGA硬件上的。我猜想书中应该会详细讲解如何利用FPGA的逻辑单元和DSP模块来实现这些算法，并且可能会提供一些优化技巧，比如如何减少算法的复杂度、提高数据吞吐量等。如果书中还能介绍一些常用的图像处理IP核（Intellectual Property Core）的利用，或者如何自己设计和实现这些IP核，那对我来说将是极大的帮助。我对书中能够提供一些实际的代码示例和性能分析报告非常期待，这样我才能更直观地理解FPGA在图像处理中的强大威力。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对前沿科技充满好奇的爱好者，对人工智能和物联网等领域非常感兴趣。最近我听说FPGA在边缘计算和智能硬件方面有着越来越重要的作用，特别是在图像识别和处理方面。这本书的书名《基于FPGA的嵌入式图像处理系统设计》听起来就非常高大上，让我充满了探索的欲望。我希望这本书能够从一个相对浅显易懂的角度，向我介绍FPGA的基本原理，以及它为什么适合用于图像处理。我尤其想知道，书中是如何解释FPGA的并行计算能力如何帮助我们更快地分析和理解图像的，比如实时人脸识别、物体检测或者场景分类等。如果书中能够介绍一些具体的应用案例，并且用通俗易懂的语言解释其背后的技术原理，那我会非常感激。我也期待书中能提供一些关于学习FPGA和图像处理的入门建议，让我能够一步步地走进这个迷人的领域。

评分☆☆☆☆☆

作为一名有多年嵌入式系统开发经验的工程师，我一直关注着硬件加速在嵌入式领域的应用。FPGA在图像处理方面一直备受瞩目，但如何将其高效地集成到嵌入式系统中，并且满足实际应用的需求，一直是业界探索的重点。这本书的出现，让我看到了理论与实践相结合的希望。我非常希望书中能够深入探讨FPGA在嵌入式图像处理系统中的核心挑战，例如如何与CPU协同工作、如何进行数据传输和通信、以及如何保证系统的稳定性和可靠性。我也期待书中能够提供一些关于FPGA芯片选型、开发板选择以及系统集成方面的指导。尤其是在软件与硬件的结合方面，如果书中能够给出一些跨平台开发、嵌入式操作系统集成以及驱动程序设计的经验，那将对我非常有价值。我很想了解书中是如何权衡性能、功耗和成本的，从而设计出满足各种嵌入式应用场景的图像处理系统。

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这本书的主题非常有吸引力，因为它触及了当前技术发展的一个热点。在人工智能飞速发展的今天，图像数据的处理能力和效率变得至关重要，而FPGA作为一种高度灵活和可定制的硬件平台，在加速图像处理方面展现出了巨大的潜力。我特别关注书中是否会深入探讨FPGA在处理深度学习模型推理时的优势，比如如何在FPGA上高效地实现卷积、池化等操作，以及如何针对特定的神经网络架构进行硬件优化。同时，我也对书中如何将FPGA与其他嵌入式组件（如传感器、存储器、通信接口等）进行系统集成非常感兴趣，希望它能提供关于整体系统架构设计的指导。如果书中能够包含一些关于FPGA开发工具链和软件流程的介绍，以及如何进行性能评估和功耗分析，那将是对我的学习和实践非常有益的补充。我期待书中能够提供一些关于如何设计出兼顾高性能、低功耗和低延迟的嵌入式图像处理解决方案的深度见解。

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都是理论，耐心学习。

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开阔视野用 还算不错的

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Qwerty

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挺好的

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很好，值得购买。内容丰富。

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质量一般，价格贵 质量一般，价格贵

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还行还行还行还行还行

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很好

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书籍到货很快 包装好可以 希望再接再厉