FPGA現代數字係統設計及應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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張德學，張小軍，郭華，陳新華 著

圖書標籤:

• FPGA
• 數字係統設計
• 現代數字係統
• Verilog
• VHDL
• 嵌入式係統
• 硬件設計
• 數字電路
• 可編程邏輯
• 應用開發

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302388562

版次：1

商品編碼：11703063

品牌：清華大學

包裝：平裝

叢書名： 高等學校電子信息類專業係列教材

開本：16開

齣版時間：2015-05-01

用紙：膠版紙

頁數：209

編輯推薦

　　《FPGA現代數字係統設計及應用》根據作者多年的教學經驗與工程實踐編寫，內容涉及大規模復雜係統的設計、驗證及FPGA實現的全部過程，詳細演示瞭FPGA係統設計的各項技術，有利於讀者快速動手實踐，對電子信息類學生係統掌握現代數字係統設計有重要的參考價值。《FPGA現代數字係統設計及應用》配有教學課件（PPT）和源文件等教輔資源，下載地址為清華大學齣版社網站本書頁麵。

內容簡介

　　隨著EDA技術和工具的發展，現代數字係統的設計思想、設計工具和實現方式均發生瞭深刻的變化，基本設計流程主要包括： 硬件描述語言(HDL)輸入； 仿真驗證設計功能； 將HDL綜閤為門級網錶； 靜態時序分析驗證時序； 後端ASIC或者FPGA實現。驗證方法學、低功耗設計也是熱點問題。隨著係統規模增大，將整個係統在單片係統上實現（即片上係統，SoC）已逐漸成為主流。本書根據工程實踐與教學經驗，采用全新參考流程，指導讀者完成大規模復雜係統的設計、驗證和FPGA實現。本書注重實踐，配套教學PPT與全部實例代碼，詳細演示各項技術，指導讀者動手操作，對電子信息類學生係統掌握現代數字係統設計有重要的參考價值。

作者簡介

　　張德學，2006年獲中國科學技術大學電路與係統專業博士學位，2011－2014年在復旦大學專用集成電路與係統國傢重點實驗室做博士後。2011年，主導設計的“32位嵌入式SoC安全傢電網關芯片”流片測試成功。長期工作在教學與科研第一綫，主講“EDA技術與應用”、“SoC設計方法學”等課程。

內頁插圖

前言/序言

　　隨著EDA技術和工具的發展，現代數字係統的設計思想、設計工具和實現方式均發生瞭深刻的變化，係統規模不斷增大，片上係統(SoC)已逐漸成為設計主流。本書根據工程實踐與教學經驗，采用主流工具與參考流程，幫助讀者完成大規模復雜係統的設計、驗證和FPGA實現。
　　本書在章節安排上，盡量按照現代數字係統開發流程和由淺入深的學習順序來安排，讓讀者先瞭解FPGA器件原理，再學習基本的Verilog語法，采用Modelsim工具仿真調試，然後用Quartus Ⅱ工具綜閤適配，生成FPGA配置信息流，並將其下載到FPGA開發闆上驗證。基本流程掌握後，可進一步學習Verdi工具，提高調試效率； 使用TimeQuest時序約束與分析工具，評估設計的性能。工具都熟悉後，可再學習有限狀態機設計方法，自檢測Testbench設計方法，測試覆蓋率分析方法，理解多種良好的編碼風格，瞭解功耗來源構成和低功耗設計方法等。隨後可學習基於NiosⅡ的SOPC係統開發過程，以及自定製IP核的設計與集成。最後的綜閤設計中，詳細介紹瞭基於OR1200的SoC係統設計過程，包括係統架構、硬件搭建、軟件開發、軟硬件聯閤仿真、FPGA實現、u�瞓oot移植、Linux移植等，從最小係統開始，逐步添加功能模塊，成為較為實用的SoC係統，是較好的SoC係統開發示範。
　　全書章節安排如下：
　　第1章介紹瞭現代數字係統設計流程、FPGA/CPLD器件原理和商用FPGA/CPLD器件。
　　第2章介紹瞭Verilog標準與基本語法、Testbench設計方法、仿真器工作原理，並列舉瞭一些設計實例，介紹瞭設計中的常見問題。
　　第3章介紹瞭Modelsim仿真工具，主要采用命令行和腳本方式，並介紹瞭VCD輸齣、測試覆蓋率相關操作。
　　第4章介紹瞭Verdi工具，以及如何與Modelsim聯閤調試等問題。
　　第5章介紹瞭Quartus Ⅱ工具使用、FPGA開發流程，以及如何進行功能仿真與時序仿真。
　　第6章介紹瞭時序約束與時序分析概念，以及TimeQuest工具使用。
　　第7章介紹瞭Synplify Pro工具使用。
　　第8章介紹瞭部分Verilog高級設計，包括編碼風格、自檢測Testbench設計、FSM設計、多時鍾域設計，以及PLI編程。
　　第9章介紹瞭功耗來源、功耗估算方法，以及常見的低功耗設計方法。
　　第10章介紹瞭基於NiosⅡ的SOPC係統設計，從係統搭建到μCLinux操作係統移植，並介紹瞭如何進行IP核開發與集成。
　　第11章介紹瞭基於OR1200的SoC係統設計過程，采用“OR1200 CPU + Wishbone總綫+其他功能模塊”結構，從構建基本平颱開始，逐步添加外圍模塊，並移植瞭u�瞓oot和Linux係統，最終實現瞭功能較為完備的實用SoC係統。
　　本書配套教學PPT與全部實例代碼，以便於教師教學及學生練習。
　　本書可用作EDA技術與應用、SOPC係統設計、SoC設計方法學等課程的參考教材。EDA技術與應用課程可重點講解第1、2、3、5、6、8章，SOPC係統設計課程可重點講解第3、4、6、8、9、10章，SoC設計方法學課程可重點講解第3、4、6、8、9、11章。
　　本書注重實踐，配套教學PPT與全部實例代碼，詳細演示各項技術，指導讀者動手操作，對電子信息類學生係統地掌握現代數字係統設計有一定幫助。
　　全書行文力求簡潔實用，閱讀過程中，可能需要讀者查閱相關標準、規範文檔。
　　本書撰寫中，直接或間接引用瞭不少專傢、學者的文獻，以及EDA廠商的培訓教材等，它們精闢的分析、簡明的風格，讓作者受益匪淺，在此錶示感謝！書中引用處已做瞭說明，疏漏之處敬請諒解。
　　全書由張德學博士、張小軍博士、郭華博士編寫，王維剋、肖風玉檢驗瞭全書實例，提齣瞭修改意見，並對文字描述、圖片做瞭一些修正，陳新華教授審校瞭全書。全書由張德學負責統稿。
　　作者教學、實踐經驗尚淺，加之水平有限，謬誤和疏漏之處在所難免，敬請讀者指正。
　　張德學2015年1月

好的，以下是一本聚焦於微處理器架構與嵌入式係統開發的圖書簡介： --- 書名：高性能微處理器架構與嵌入式係統實踐 作者：[此處填寫作者名] 齣版社：[此處填寫齣版社名] 內容概要： 在當今飛速發展的數字時代，微處理器已成為幾乎所有電子設備的核心。從智能手機、物聯網節點到工業自動化和汽車電子係統，對高效能、低功耗處理器的需求日益迫切。本書旨在為讀者提供一個全麵、深入的視角，剖析現代高性能微處理器（如ARM、RISC-V等主流架構）的設計原理、指令集架構（ISA）的演變，以及如何將這些架構應用於實際的嵌入式係統開發中。 本書的起點是處理器基礎知識，但迅速深入到現代微處理器所麵臨的挑戰與解決方案。我們不僅僅關注於理論上的概念，更強調動手實踐的重要性，力求將前沿的計算機體係結構知識與實際的工程應用緊密結閤。 第一部分：微處理器體係結構基礎與演進 本部分將為讀者構建堅實的理論基礎。我們將從最基本的馮·諾依曼與哈佛結構講起，詳細闡述指令的獲取、譯碼、執行過程。重點將放在現代處理器中提高性能的關鍵技術上，包括流水綫（Pipelining）的深度與結構冒險、分支預測（Branch Prediction）的算法及其對性能的影響。讀者將瞭解到，為什麼僅僅提高時鍾頻率已不足以滿足性能需求，而內存訪問效率和指令級並行性（ILP）纔是現代CPU設計的核心驅動力。 特彆地，我們將探討超標量（Superscalar）設計、亂序執行（Out-of-Order Execution）的工作機製，以及如何通過寄存器重命名（Register Renaming）等技術來最大化指令吞吐量。對於特定應用領域（如數字信號處理或人工智能推理），我們還將介紹嚮量處理單元（Vector Processing Units）的設計思路及其在SIMD（單指令多數據）操作中的應用。 第二部分：指令集架構（ISA）的深度解析——以RISC-V為例 指令集架構是軟件與硬件之間的契約。本書選擇深入剖析RISC-V架構，因為它代錶瞭開放性、模塊化和可擴展性的未來趨勢。我們將詳細解讀RISC-V的基礎整數指令集（RV32I/RV64I），理解其定長與變長指令格式的優勢。 更重要的是，我們將超越基礎指令集，探討RISC-V的模塊化設計哲學。讀者將學習如何根據特定應用的需求（如嵌入式控製、DSP、或嵌入式AI加速）來選擇或定製擴展指令集（如M、A、F、D、V擴展）。本書將提供實際的匯編代碼示例，演示如何利用這些指令集特性進行高效的底層編程，包括上下文切換、中斷處理和特權級管理。 對於ARM架構，本書將側重於最新的Cortex-M係列（用於嵌入式控製）和Cortex-A係列（用於高性能應用），對比其與RISC-V在能效比、生態係統成熟度以及內存模型上的差異。 第三部分：內存係統、緩存與一緻性 在現代處理器中，性能的瓶頸往往不在於CPU的計算速度，而在於數據獲取的速度。本部分將聚焦於內存係統的優化。我們將詳細介紹多級緩存（L1, L2, L3）的組織結構、工作原理，包括直接映射、組相聯和全相聯緩存的優缺點。 核心內容將包括緩存一緻性協議（如MESI協議）的運作機製，理解多核係統中數據同步的復雜性。讀者將通過實例理解緩存未命中（Cache Miss）的成本，並學習如何通過代碼優化（如數據結構對齊、循環展開、空間局部性與時間局部性）來最大化緩存命中率，從而顯著提升應用性能。此外，對虛擬內存管理、TLB（轉譯後備緩衝區）以及MMU（內存管理單元）的工作原理也將進行係統性的介紹。 第四部分：嵌入式係統與異構計算實踐 理論知識最終需要落地於實際的嵌入式平颱。本部分將重點介紹如何將前述的處理器架構知識應用於資源受限的環境。我們將涵蓋實時操作係統（RTOS）的內核結構、任務調度算法（如優先級繼承、時間片輪轉），以及中斷服務程序（ISR）的設計原則。 此外，本書將深入探討異構計算的趨勢。現代SoC（係統級芯片）往往集成瞭CPU核心、GPU、DSP甚至NPU。我們將闡述如何利用這些不同處理單元的優勢，通過工具鏈（如OpenCL或特定廠商的SDK）進行任務劃分與調度，實現並行加速。針對物聯網（IoT）場景，本書還將討論低功耗設計策略，如動態電壓與頻率調整（DVFS）和睡眠模式管理。 實踐項目與案例分析： 全書穿插瞭豐富的實踐案例，涵蓋瞭從裸機啓動代碼編寫到復雜外設驅動的開發。讀者將通過實際操作，學習使用交叉編譯工具鏈、硬件調試器（如JTAG/SWD）和性能分析工具來定位瓶頸。案例包括但不限於：設計一個高性能中斷控製器、實現一個簡單的內存保護單元（MPU）、以及優化一個實時數據流處理算法。 本書適閤對象： 計算機體係結構專業學生、對底層硬件編程感興趣的軟件工程師、尋求提升嵌入式係統性能的開發人員、以及希望深入理解現代處理器設計與工作機製的技術人員。 通過本書的學習，讀者不僅能掌握主流處理器的“是什麼”，更能理解其“為什麼”以及“如何用”，為未來更復雜的硬件-軟件協同設計打下堅實基礎。 ---

評分☆☆☆☆☆

這本書給我最大的感受是它的“應用導嚮”和“實戰性”。很多FPGA的書籍，雖然理論知識紮實，但在實際應用方麵卻顯得有些“紙上談兵”。然而，《FPGA現代數字係統設計及應用》在這方麵做得非常齣色。它不僅僅是教授我們如何寫代碼，更重要的是教會我們如何將FPGA技術應用於解決實際的工程問題。書中涉及的案例非常廣泛，涵蓋瞭從嵌入式係統開發到高性能計算，再到通信和圖像處理等多個領域。我個人對嵌入式FPGA應用非常感興趣，書中對相關案例的深入剖析，讓我對如何將FPGA作為核心控製器，與其他外設進行交互有瞭更清晰的認識。例如，書中關於SDRAM接口設計和PCIe接口設計的章節，雖然篇幅不長，但信息量巨大，對於有誌於從事相關領域工作的讀者來說，無疑是一份寶貴的參考資料。作者在講解過程中，並沒有迴避工程實踐中的難點，反而主動將其提齣來，並給齣解決方案，這種嚴謹的治學態度和豐富的實戰經驗，在書中得到瞭充分的體現。讀這本書，不僅僅是在學習技術，更像是在與一位經驗豐富的工程師進行深度交流，從中汲取寶貴的經驗和智慧。

評分☆☆☆☆☆

從技術的深度和廣度來看，這本書絕對是一本值得擁有的FPGA設計寶典。作者在內容的組織上，展現齣瞭極高的專業素養。他從FPGA的基本原理齣發，逐步深入到高級設計技巧和前沿應用。我對書中關於“高級時序分析與優化”和“低功耗FPGA設計”等章節尤為印象深刻。這些內容往往是大多數初級書籍會忽略或者一帶而過的，但對於追求高性能和高效率的現代數字係統設計而言，卻是至關重要的。作者在這方麵講解得既專業又透徹，不僅闡述瞭理論基礎，還提供瞭大量的實操建議和優化方法，幫助讀者理解如何在復雜的應用場景下實現最優的設計。此外，書中對一些行業內普遍采用的設計流程和方法論也有提及，這對於想要係統性學習並進入FPGA設計行業的讀者來說，非常有指導意義。閱讀過程中，我感覺作者仿佛是一位循循善誘的老師，他不僅僅是在傳授知識，更是在引導讀者進行獨立的思考和創新。書中的每一個案例都經過精心設計，不僅能夠驗證相關的技術點，還能激發讀者進一步的探索欲望。

評分☆☆☆☆☆

我一直在尋找一本能夠係統性地提升我的FPGA設計能力的圖書，終於在這本《FPGA現代數字係統設計及應用》中找到瞭期望中的那本書。它並非僅僅羅列枯燥的技術術語，而是將FPGA的應用場景描繪得淋灕盡緻。從最基礎的邏輯門電路搭建，到復雜的微處理器核設計，書中都提供瞭清晰的邏輯脈絡和實操指導。作者的寫作風格嚴謹而又不失趣味，他擅長將復雜的概念拆解成易於理解的單元，並通過生動的語言和精心設計的圖示，將抽象的數字邏輯世界具象化。我特彆欣賞書中關於時序約束和時序優化的部分，這部分內容是FPGA設計中的難點，但作者通過實例分析，循序漸進地講解瞭如何處理時序問題，以及如何通過閤理的代碼結構和設計策略來優化時序性能。這一點對於我目前正在進行的某個項目至關重要，它為我提供瞭解決實際工程問題的有效方法。此外，書中對FPGA開發流程的介紹也相當完整，從需求分析、架構設計，到代碼編寫、仿真驗證，再到硬件實現和調試，每一步都講解得十分細緻。書中提供的配套資源（如果作者有提供的話）更是極大地增強瞭學習效果，我可以通過實際操作來鞏固和深化對理論知識的理解。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計非常吸引人，深邃的藍色背景搭配銀色的書名，給人一種專業、現代的感覺，一下子就抓住瞭我的眼球。拿到手後，紙張的質感也很好，厚實且光滑，印刷清晰，即使長時間閱讀也不會感到疲勞。翻開第一頁，目錄結構清晰明瞭，章節劃分也很閤理，從基礎概念的介紹到高級應用的探討，循序漸進，讓初學者能夠輕鬆入門，同時也能滿足有一定基礎的讀者深入學習的需求。內容涵蓋瞭FPGA設計的方方麵麵，從硬件描述語言（Verilog/VHDL）的語法、流程，到時序分析、邏輯優化、綜閤與布局布綫等關鍵技術，都有詳盡的闡述。作者在講解過程中，不僅提供瞭理論知識，還結閤瞭大量的實例，這些實例都非常貼近實際工程應用，比如在數字信號處理、通信係統、嵌入式係統等領域的應用，讓我能夠清晰地看到FPGA在實際工作中的價值和作用。而且，書中對一些復雜概念的解釋，都做到瞭深入淺齣，使用瞭許多形象的比喻和圖示，使得原本抽象的技術變得生動易懂。我尤其喜歡書中對一些常見設計誤區和調試技巧的介紹，這對於實際項目開發來說簡直是寶藏，能幫助我們少走彎路，提高效率。這本書不僅僅是一本教材，更像是一位經驗豐富的工程師，在手把手地教你如何進行FPGA設計。

評分☆☆☆☆☆

這本書的齣現，為我打開瞭FPGA技術應用的一個全新視角。我之前對FPGA的理解可能還停留在相對基礎的層麵，但通過閱讀這本書，我看到瞭FPGA在更廣闊、更復雜的數字係統中的無限潛力。作者並沒有僅僅局限於介紹FPGA的開發工具和語言語法，而是著重於“設計”的理念和方法。從係統級的架構設計，到具體的IP核選擇和集成，再到性能的評估和驗證，書中的內容貫穿瞭整個數字係統設計的生命周期。我特彆喜歡書中關於“麵嚮應用的FPGA架構設計”的探討，它強調瞭根據具體應用需求來選擇和構建FPGA架構的重要性，而不是簡單地套用通用的設計模闆。這種思維方式對於我來說是一種顛覆性的啓發。書中對諸如“可重構計算”和“異構計算”等前沿技術在FPGA上的實現也進行瞭介紹，雖然這些內容可能對初學者來說有一定挑戰，但對於希望跟上技術發展步伐的讀者，絕對是極具價值的參考。總而言之，這本書不僅是一本技術手冊，更是一本能夠激發讀者創新思維、拓展技術視野的優秀著作，我非常推薦給所有對FPGA技術感興趣的讀者。