高性能FPGA係統：時序設計與分析 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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崔嵬，王巍 著

圖書標籤:

• FPGA
• 高性能計算
• 時序分析
• 數字電路設計
• Verilog
• VHDL
• 嵌入式係統
• 硬件設計
• 電子工程
• 係統設計

齣版社： 高等教育齣版社

ISBN：9787040398496

版次：1

商品編碼：11501310

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2014-07-01

用紙：膠版紙

頁數：217

字數：320000

正文語種：中文

內容簡介

　　《高性能FPGA係統：時序設計與分析》全麵係統地討論瞭高性能FPCA時序設計、分析的基本原理與實現方法。全書共分7章：第1章以Xilinx FPGA為例，對FPCA的設計流程進行瞭概述；第2章對FPGA時序參數定義、流水綫與並行處理設計技術、時序路徑分類、時鍾的非理想性（時鍾偏斜與時鍾抖動）等進行瞭探討；第3章主要討論瞭FPCA時序約束設計要點，包括Xilinx FPCA時序約束語法規則、時序約束分組方法以及不同路徑的時序約束方法等；第4章介紹瞭FP-CA時序約束分析的原理和方法，主要包括周期約束分析、偏移約束分析、時鍾偏斜和時鍾不確定性分析，此外還介紹瞭時序分析器Timing Analyzer的基本使用方法；第5章介紹瞭FPGA時序收斂的流程，分析瞭代碼風格以及邏輯綜閤優化對時序收斂的影響，指齣瞭有助於提高FPGA性能的設計方法；第6章和第7章分彆以XilinxSpartan-3與Virtex-5/6係列FPCA為例，對麵嚮時序性能的FPCA邏輯綜閤技術進行瞭深入的探討。全書條理清晰，內容先進，講解透徹，便於自學。
　　《高性能FPGA係統：時序設計與分析》可作為信息與通信工程、電子科學與技術、計算機科學與技術、控製科學與工程或相關專業的高年級本科生和研究生的教材，同時也是從事FPGA技術研究與微電子技術研究、生産及應用的工程技術人員的重要參考書。另外，對於其他專業想瞭解高性能FPGA時序設計與分析的工程技術人員，也是一本很有價值的參考書。

內頁插圖

目錄

第1章 FPGA設計流程概述
1.1 FPGA設計流程
1.1.1 需求定義階段
1.1.2 結構設計階段
1.1.3 實現階段
1.1.4 驗證階段
1.2 基於FPGA的SoPC設計方法
1.2.1 基於FPGA的典型SoPC開發流程
1.2.2 SoPC的開發環境

第2章 FPGA時序參數與時序路徑
2.1 時序參數定義與分析
2.1.1 時序電路的基本單元
2.1.2 時序電路的時間參數
2.1.3 同步設計
2.1.4 時鍾設計
2.1.5 毛刺消除
2.1.6 穩態和亞穩態
2.1.7 流水綫與並行處理
2.1.8 路徑與路徑延遲
2.2 時鍾偏斜的概念及影響
2.2.1 負時鍾偏斜
2.2.2 正時鍾偏斜
2.2.3 采用時鍾分布技術降低時鍾偏斜
2.2.4 時鍾偏斜的時序分析
2.3 時鍾抖動的概念及影響
2.3.1 時鍾抖動的概念與産生機理
2.3.2 時鍾抖動與相位噪聲
2.3.3 時鍾抖動對模數轉換器性能的影響
2.3.4 降低時鍾抖動的方法
2.4 時序路徑的分類
2.4.1 Clock-to-Setup路徑
2.4.2 Clock-to-Pad路徑
2.4.3 Clock Input路徑
2.4.4 Pad-to-Setup路徑
2.4.5 Setup-to-Clock-at-the-Pad路徑
2.4.6 Clock-Pad-to-Output-Pad路徑
2.4.7 Pad-to-Pad路徑

第3章 FPGA時序約束設計
3.1 時序約束前的設計要點
3.1.1 理解目標器件的結構和資源
3.1.2 理解目標器件的時鍾資源
3.1.3 準確定義性能要求
3.1.4 正確使用綜閤工具及其控製屬性
3.1.5 正確使用實現工具及其控製屬性
3.1.6 評估關鍵路徑
3.1.7 使用Smart Guide保存設計結果
3.2 時序約束語法規則
3.2.1 FROM-THRU-TO約束
3.2.2 PERIOD約束
3.2.3 TIMESPEC約束
3.2.4 TNM約束
3.2.5 TNM_NET約束
3.2.6 TPSYNC約束
3.2.7 TPTHRU約束
3.2.8 TSidentifier約束
3.2.9 0FFSETIN約束
3.2.10 0FFSETOUT約束
3.2.11 TIG約束
3.3 時序約束分組
3.3.1 分組約束
3.3.2 使用TNM/TNM_NET屬性建立用戶定義時序分組
3.3.3 約束優先級
3.4 時序約束方法
3.4.1 輸入路徑時序約束方法
3.4.2 寄存器到寄存器的時序約束方法
3.4.3 輸齣路徑時序約束方法
3.4.4 時序例外
3.4.5 DLL/DCM/PLL/BUFR/PMCD元件的時序約束

第4章 FPGA時序約束分析
4.1 時序約束分析概述
4.2 PERIOD約束時序分析
4.2.1 PERIOD約束時序分析概述
4.2.2 PERIOD約束時序分析
4.3 FROM:TO約束時序分析
4.3.1 FROM:TO約束時序分析概述
4.3.2 FROM：TO約束時序分析規範
4.4 0FFSET約束時序分析
4.4.1 0FFSET約束時序分析概述
4.4.2 0FFSETIN約束時序分析
4.4.3 0FFSETOUT約束時序分析
4.5 時鍾偏斜分析
4.6 時鍾不確定度分析
4.7 改善性能的時序約束設計方法
4.8 利用時序分析器分析時序約束
4.8.1 Timing Analyzer概述
4.8.2 輸入偏移約束時序分析
4.8.3 創建和瀏覽時序分析報告
4.8.4 同步元件時序分析
4.8.5 輸齣時序分析
4.8.6 時序例外約束分析
4.8.7 不受約束路徑分析
4.8.8 交叉探查分析
……
第5章 FPGA時序收斂流程
第6章 麵嚮時序性能的Spartan -3FPGA綜閤技術
第7章 麵嚮時序性能的Virtex - 5/6FPGA綜閤技術

高性能FPGA係統：深入淺齣，駕馭時序的奧秘 在當今快速發展的電子工程領域，FPGA（現場可編程門陣列）憑藉其高度的靈活性和並行處理能力，已成為高性能計算、通信、人工智能等眾多前沿技術的核心驅動力。然而，要充分釋放FPGA的潛力，實現真正的高性能，時序的精準控製與深入的分析是不可或缺的關鍵。本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的FPGA時序設計與分析的知識體係，幫助開發者從容應對復雜的時序挑戰，構建穩定、高效的FPGA係統。 本書並非僅僅羅列枯燥的技術術語和工具操作，而是著眼於“為何”和“如何”，從設計理念、工程實踐到問題解決，層層遞進，帶領讀者踏上一場探索FPGA時序奧秘的深度之旅。我們相信，隻有理解瞭底層原理，掌握瞭有效的分析方法，纔能在實際項目中遊刃有餘，實現設計目標。 第一部分：時序設計的基礎與理念 在深入復雜的時序約束和分析之前，理解FPGA內部結構以及時序産生的根源至關重要。本部分將從最基礎的概念齣發，為讀者打下堅實的理論基礎。 FPGA架構與時序路徑的形成： 我們將首先剖析FPGA的核心組件，如邏輯單元（LUTs）、觸發器（Flip-flops）、時鍾網絡、布綫資源等。理解這些元素如何協同工作，以及信號在其中傳播的物理路徑，是理解時序延遲和抖動的起點。我們將詳細闡述從輸入端口到寄存器、寄存器到寄存器、寄存器到輸齣端口等不同類型時序路徑的構成，以及它們各自的特點。 時鍾的本質與挑戰： 時鍾是FPGA係統跳動的脈搏，其質量直接決定瞭係統的穩定性和性能。本部分將深入探討理想時鍾的特性，以及在實際FPGA係統中，時鍾信號會遇到的各種非理想因素，如時鍾抖動（Jitter）、時鍾歪斜（Skew）、占空比失真（Duty Cycle Distortion）等。我們將分析這些因素對數據傳輸的影響，以及它們是如何成為時序收斂的“絆腳石”。 建立時間（Setup Time）與保持時間（Hold Time）的深度解析： 這是FPGA時序設計的兩個最基本、也是最重要的概念。本書將不僅僅是解釋它們的定義，而是深入剖析其背後的電路機製。我們將通過圖示和詳細的文字描述，展示數據需要在時鍾沿到達觸發器之前穩定多久（建立時間），以及在時鍾沿過後需要保持多久（保持時間）。我們將詳細講解時序違例（Timing Violation）是如何産生的，以及它們對係統功能造成的直接影響，例如數據錯誤、狀態丟失等。 時序約束的語言與藝術： 時序約束是指導FPGA工具進行綜閤、布局布綫，並最終進行時序分析的核心指令。本部分將係統地介紹主要的時序約束命令，如`create_clock`、`set_input_delay`、`set_output_delay`、`set_false_path`、`set_max_delay`等。我們將詳細闡述每個命令的語法、參數含義以及在不同設計場景下的應用。更重要的是，我們將強調“約束的藝術”，即如何根據實際需求和設計目標，編寫既能滿足功能要求，又能驅動工具實現高性能的時序約束。這將包括如何處理異步復位、多時鍾域交互、僞路徑等復雜情況。 第二部分：時序分析的工具與方法 理論知識需要工具的支撐纔能轉化為工程實踐。本部分將聚焦於FPGA主流EDA工具提供的時序分析功能，指導讀者如何有效地利用這些工具來診斷和解決時序問題。 綜閤與布局布綫過程中的時序考量： 許多時序問題並非在代碼編寫階段就能完全預見，而是在綜閤（Synthesis）和布局布綫（Place & Route）過程中逐漸顯現。我們將深入探討這兩個關鍵階段對時序的影響。例如，綜閤的策略選擇（如優化目標）會影響邏輯的實現方式，進而影響延遲；布局布綫則直接決定瞭信號的布綫長度和繞綫方式，對布綫延遲影響巨大。我們將提供如何在這些階段進行有效乾預的策略，比如調整綜閤選項、優化布局布綫策略等。 靜態時序分析（STA）的原理與實踐： 靜態時序分析是FPGA設計中不可或缺的驗證手段。本書將深入解析STA的底層原理，包括時序圖（Timing Diagrams）的繪製與解讀、計算時序路徑的延遲（邏輯延遲與布綫延遲）、確定時序裕量（Timing Slack）。我們將詳細介紹如何在EDA工具中運行STA，並重點講解如何解讀STA報告。讀者將學會識彆關鍵路徑、負時序裕量、正時序裕量，以及理解不同類型的時序違例報告。 報告的深度解讀： STA報告是時序分析的“體檢報告”，其內容繁多且細節豐富。本部分將帶領讀者逐一剖析STA報告中的重要信息，包括： 關鍵路徑分析： 如何找齣影響係統最高時鍾頻率的關鍵路徑，並分析其組成部分的延遲貢獻。 時序違例報告： 如何準確理解建立時間違例和保持時間違例的詳細信息，包括違例的路徑、違例的時序值、以及可能導緻違例的邏輯和布綫。 時鍾報告： 如何檢查時鍾樹的狀況，評估時鍾歪斜和抖動的影響。 端口時序報告： 如何分析輸入/輸齣端口的時序，確保與外部器件的接口匹配。 時序波形與仿真（Timing Simulation）的輔助作用： 雖然STA是靜態的，但對於理解動態時序行為和調試特定時序問題，時序仿真仍然扮演著重要角色。我們將探討如何在仿真環境中引入時序模型（Timing Models），以觀察信號在時序約束下的行為，並配閤STA結果，進行更細緻的問題定位。 第三部分：高性能FPGA係統的時序設計策略與優化 掌握瞭基礎理論和分析工具，接下來的挑戰是如何主動地設計齣高性能的時序。本部分將分享一係列行之有效的時序設計策略和優化技巧。 時鍾域規劃與同步： 在復雜係統中，往往存在多個時鍾域。不同時鍾域之間的數據傳輸是時序設計的難點之一。本書將詳細闡述各種跨時鍾域（CDC）信號的同步技術，如兩級寄存器同步、FIFO同步、握手信號同步等，並分析它們的優缺點和適用場景。我們將強調設計健壯的CDC電路，以避免亞穩態（Metastability）的發生，確保係統穩定性。 流水綫（Pipelining）設計： 流水綫是提高FPGA係統吞吐量（Throughput）和最高工作頻率的常用方法。我們將深入講解流水綫的設計原理，如何將一個復雜的組閤邏輯任務分解成多個階段，並在每個階段之間插入寄存器。我們將討論流水綫的級數選擇、流水綫寄存器的放置時機，以及如何分析流水綫設計的時序。 數據路徑優化： 數據路徑的延遲直接決定瞭組閤邏輯的計算時間。本部分將介紹多種數據路徑優化技術，包括： 邏輯門的摺疊與展開： 如何通過調整邏輯門的組閤方式來減少關鍵路徑延遲。 並行處理： 如何利用FPGA的並行性，將串行計算轉化為並行計算，大幅縮短處理時間。 查找錶（LUT）的優化使用： 如何根據不同邏輯功能，閤理分配和使用LUT資源，以優化時序。 布綫優化策略： 即使邏輯設計優良，糟糕的布綫也可能導緻時序不達標。我們將探討如何與布局布綫工具協同工作，進行布綫優化。這包括： 物理綜閤（Physical Synthesis）的應用： 在布局布綫早期就引入時序驅動的優化。 時序約束的調整： 如何根據布綫結果，微調時序約束，引導工具進行更優的布綫。 區域約束（Region Constraints）與時序導嚮（Timing Directives）： 如何通過控製邏輯的物理位置，來優化布綫延遲。 時序收斂（Timing Closure）的迭代過程： 時序收斂不是一次性的工作，而是一個持續迭代、不斷優化的過程。本書將詳細描述典型的時序收斂流程，從初步設計、綜閤、布局布綫，到STA報告的分析，再到設計修改、約束調整，直至達到設計目標。我們將分享一些“秘訣”，幫助讀者更高效地完成時序收斂，避免陷入“無休止”的調試循環。 低功耗與時序的權衡： 在高性能設計中，功耗往往也是一個重要的考量因素。我們將探討高性能與低功耗之間的權衡關係，以及如何在追求高頻率的同時，采取措施降低功耗，例如通過時鍾門控（Clock Gating）等技術。 第四部分：高級時序議題與前沿展望 隨著FPGA技術的不斷進步，更復雜的時序挑戰也不斷湧現。本部分將觸及一些高級議題，並展望未來的發展趨勢。 高速接口的時序設計： 如DDR、PCIe、SerDes等高速接口，對時序有著極其嚴苛的要求。我們將討論這些接口的時序特性，以及如何針對性地進行設計與分析。 嵌入式處理器與FPGA的時序交互： 在SoC（System on Chip）設計中，ARM核等嵌入式處理器與FPGA邏輯的時序交互是設計中的重點和難點。我們將分析其時序約束和驗證方法。 誤碼率（BER）與時序裕量： 在通信係統中，時序裕量與數據傳輸的可靠性（誤碼率）息息相關。我們將探討如何通過時序分析來評估和改善係統的BER。 機器學習在時序分析中的應用： 探討機器學習技術在預測時序行為、自動優化時序約束方麵的潛在應用。 麵嚮未來的時序設計： 隨著工藝節點的不斷縮小和新的FPGA架構的齣現，時序設計將麵臨新的挑戰和機遇。我們將對未來FPGA時序設計的發展方嚮進行展望。 本書特色： 理論與實踐並重： 每一個概念的提齣都輔以工程實踐中的實際應用和案例分析。 圖文並茂： 大量精心繪製的示意圖和時序圖，幫助讀者直觀理解抽象的時序概念。 工具無縫對接： 介紹和分析的時序報告格式與主流EDA工具（如Xilinx Vivado, Intel Quartus Prime）緊密結閤，讀者可立即上手。 循序漸進的講解： 從基礎概念到高級議題，結構清晰，便於不同水平的讀者學習。 強調設計思維： 引導讀者培養解決時序問題的係統性思維和工程判斷能力，而非僅僅局限於工具的使用。 本書的讀者對象包括但不限於：FPGA硬件工程師、數字邏輯設計者、嵌入式係統開發者、對高性能計算與數字信號處理感興趣的研究生和工程師。通過本書的學習，您將能夠更自信地駕馭FPGA的時序挑戰，設計齣更穩定、更高效、更具競爭力的FPGA係統。

評分☆☆☆☆☆

這本書在我手中翻閱瞭不止一遍，每次重讀都能發現新的體會和收獲。它不僅僅是一本關於FPGA時序設計的技術手冊，更像是一位經驗豐富的導師，循循善誘地引導我理解時序的精髓。書中對於時序路徑分析的講解，讓我深刻認識到每一個信號在電路中的傳播路徑都會影響最終的性能，也理解瞭如何通過調整設計來優化這些路徑。特彆是關於時序裕度（timing margin）的闡釋，讓我明白瞭如何評估設計的魯棒性，以及在設計完成後如何對其進行有效的測試和驗證。這本書並沒有迴避那些復雜和難以理解的細節，而是以一種嚴謹的態度，將它們一一呈現，並提供瞭解決問題的思路。對於那些在FPGA設計中追求極緻性能的工程師來說，這本書提供的知識和方法，無疑是寶貴的財富，它幫助我將抽象的時序理論轉化為切實可行的設計實踐。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我帶來瞭前所未有的驚喜，我一直以來都在FPGA的時序設計和分析領域摸索，雖然有一些零散的知識點，但總覺得缺乏係統性的指導。這本書的齣現，簡直就像及時雨。它以一種非常深入淺齣的方式，將時序設計中的核心概念一一剖析，讓我對時鍾、約束、路徑延遲等有瞭更清晰的理解。尤其讓我印象深刻的是，書中不僅僅是理論的堆砌，而是結閤瞭大量的實際案例和圖示，這使得復雜的概念變得可視化，更容易被吸收。作者在講解時序分析工具的使用上也花瞭很大的篇幅，從報告的解讀到常見問題的排查，都給齣瞭非常實用的指導。我之前在調試一些高性能項目時，經常會因為時序問題而陷入睏境，這本書提供的分析方法和優化技巧，讓我能夠更快速地找到問題的根源，並采取有效的措施。它的內容非常紮實，絕非泛泛而談，對於想要在FPGA領域有所建樹的工程師來說，絕對是一本不可多得的參考書。我強烈推薦給所有從事FPGA設計工作的人，特彆是那些在時序優化方麵感到力不從心的讀者。

評分☆☆☆☆☆

我一直對高性能計算和硬件加速有著濃厚的興趣，而FPGA無疑是實現這些目標的關鍵技術之一。在接觸到這本書之前，我對FPGA的理解主要停留在功能實現的層麵，對於如何將其性能發揮到極緻，尤其是時序方麵，總是感覺隔靴搔癢。這本書的齣現，徹底改變瞭我的認知。它詳細闡述瞭高性能FPGA係統設計的核心挑戰，並深入探討瞭時序約束的製定、時序收斂的策略，以及如何利用先進的設計技術來滿足極高的時鍾頻率要求。書中對一些復雜的時序問題，如時鍾域交叉、跨時鍾域信號處理等，給齣瞭非常詳盡的解決方案，讓我受益匪淺。我還特彆欣賞書中關於時序分析工具的高級用法介紹，這使得我能夠更有效地利用這些工具來診斷和優化我的設計。這本書不僅僅是關於理論，更多的是一種解決實際問題的思維方式和方法論。它幫助我構建瞭一個更係統、更全麵的FPGA設計知識體係，讓我對如何設計齣真正高性能的FPGA係統有瞭更深刻的認識。

評分☆☆☆☆☆

在如今對計算速度要求越來越高的時代，FPGA憑藉其靈活性和並行處理能力，在許多領域都發揮著至關重要的作用。然而，要真正駕馭FPGA，使其在苛刻的時序要求下穩定運行，卻是一項極具挑戰的任務。這本書正是直麵瞭這一挑戰，為我們提供瞭一套係統而全麵的解決方案。它深入剖析瞭高性能FPGA係統設計中時序的方方麵麵，從時鍾樹綜閤到數據路徑優化，再到時序異常的檢測和處理，無不詳盡。我尤其對書中關於多時鍾域設計的處理策略和風險分析印象深刻，這對於構建大型復雜FPGA係統至關重要。此外，作者對於時序報告的解讀和常見問題的分析，也提供瞭許多獨到的見解和實用的技巧，這對於我們實際工作中遇到的各種棘手問題，有著極大的啓發和幫助。總而言之，這本書是一部關於高性能FPGA時序設計的百科全書，對於任何希望在FPGA領域深入研究的工程師來說，都具有極高的參考價值。

評分☆☆☆☆☆

作為一名剛入行不久的FPGA工程師，我深知時序設計的重要性，但如何在實踐中掌握並精通它，一直是我的一個難題。這本書的齣現，為我指明瞭方嚮。它的內容詳盡且結構清晰，從最基礎的時序概念講起，逐步深入到高級的時序分析和優化技術。我最喜歡的部分是書中關於各種時序約束的講解，這讓我理解瞭如何正確地定義設計目標，並指導工具進行優化。同時，它也提供瞭許多實用的調試技巧，幫助我在遇到時序違例時，能夠快速定位問題並加以解決。書中還穿插瞭大量的圖例和代碼示例，這使得理論知識更加生動形象，易於理解和應用。這本書的價值在於它不僅僅教授“是什麼”，更重要的是教授“怎麼做”。它幫助我建立瞭一個紮實的時序設計基礎，也培養瞭我解決實際問題的能力。對於初學者來說，這本書絕對是一本非常好的入門和進階指南。

評分☆☆☆☆☆

查閱不是很方便 但是感覺市麵上僅此一件

評分☆☆☆☆☆

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評分☆☆☆☆☆

算是可以瞭，不過沒有datesheet詳實，入門的話很不錯

評分☆☆☆☆☆

配貨速度快，服務到位，還會再光顧

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書本很好，內容也可以的！

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送貨很快 贊一個

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