Xilinx FPGA伴你玩轉USB3.0與LVDS/電子設計與嵌入式開發實踐叢書 pdf epub mobi txt 電子書下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

吳厚航著

圖書標籤:

FPGA
USB3
0
LVDS
電子設計
嵌入式開發
Xilinx
接口技術
高速接口
開發實踐
硬件設計

下載連結在頁面底部

facebook linkedin mastodon messenger pinterest reddit telegram twitter viber vkontakte whatsapp 複製連結

想要找書就要到靜思書屋

book.idnshop.cc

立刻按 ctrl+D收藏本頁

你會得到大驚喜!!

齣版社：清華大學齣版社

ISBN：9787302491811

版次：1

商品編碼：12346412

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2018-04-01

用紙：膠版紙

頁數：268

字數：439000

具體描述

內容簡介

本書主要使用Xilinx公司的Artix��7 FPGA器件（引齣自帶的LVDS接口）和Cypress公司的USB 3.0控製器芯片FX3，以及一些常見的DDR3存儲器、UART電路、擴展接口等，由淺入深地引導讀者從闆級設計、軟件工具、相關驅動安裝到基礎的FPGA實例,從基於FPGA的UART、DDR3、USB 3.0、LVDS傳輸實例入手，掌握FPGA各種片內資源的應用以及接口時序的設計。

本書基於特定的FPGA開發平颱，既有足夠的理論知識深度進行支撐，也有豐富的例程進行實踐講解，並且穿插著筆者多年FPGA學習和開發過程中的各種經驗和技巧。對於希望基於FPGA實現USB 3.0和LVDS開發的工程師，本書提供的很多實例都是很好的參考原型，可以幫助其實現快速係統原型的開發。

精彩書摘

本章導讀

本章通過5個基礎實例，熟悉使用Xilinx FPGA對LED指示燈、撥碼開關、UART外設的控製，以及使用FPGA實現PLL、MicroBlaze處理器、IP核定製等。希望通過這些例程，讀者可以掌握基於Xilinx Artix��7係列FPGA器件和Vivado開發工具的使用。

5.1撥碼開關的LED控製實例

本實例對應工程at7_ex02，如圖5.1所示，AT7闆子闆載8個LED指示燈和8個撥碼開關與FPGA相連。本實例所要實現的功能很簡單，每個撥碼開關對應控製一個LED指示燈的亮滅狀態。

圖5.1撥碼開關與LED原理圖

本實例的功能：每個時鍾周期，將最新的撥碼開關輸入賦值給LED指示燈，代碼如下所示。

module at7(

input sys_clk_i,//外部輸入50MHz時鍾信號

input ext_rst_n,　　//外部輸入復位信號，低電平有效

input［7:0］ switch,　　//8個撥碼開關輸入，ON——低電平；OFF——高電平

output reg［7:0］ led　　//8個LED指示燈亮滅控製

);

//-------------------------------------

always @(posedge sys_clk_i or negedge ext_rst_n)

if(!ext_rst_n) led <= 8'd0;

else led <= switch;

endmodule

前言/序言

Foreword

前言

FPGA技術在當下各種電子設計應用中越來越火熱，它的成本雖然還是高高在上，但是它給電子係統帶來的不可限量的速度和帶寬，以其在靈活性、小型性方麵的優勢，越來越被各種對性能要求高、偏重定製化需求的開發者所青睞。而使用LVDS、USB接口進行高速數據傳輸也是很多大數據采集應用的必然選擇。

因此，筆者結閤實際工程項目的需求，在本書中講述基於Xilinx Artix��7 FPGA器件+LVDS+USB 3.0的開發,通過實例講解，相信可以幫助讀者快速掌握這個原型係統，甚至將其移植到具體的項目或産品中。

本書共8章。

第1章闡釋FPGA、USB和LVDS的一些基本概念和應用背景。

第2章從FPGA開發平颱的電路闆設計入手，介紹FPGA闆級硬件電路設計要點，以及本書配套開發平颱的外圍電路的設計。

第3章講述開發環境的搭建，包括Xilinx FPGA集成開發環境Vivado、文本編輯器Notepad++、下載器驅動、UART驅動、USB 3.0控製器芯片FX3對應的SDK和驅動安裝，幫助讀者迅速解決這些最棘手的“軟”問題。

第4章以一個最基本的FPGA實例引領讀者掌握一個完整的FPGA開發流程，包括FPGA的下載配置和代碼固化操作。

第5章為基礎外設實例，包含基本的LED流水燈、撥碼開關控製、PLL配置、用戶自定義IP、UART和搭建基於MicroBlaze處理器的嵌入式係統，通過這些基本的實例確保讀者能夠快速掌握基於Xilinx FPGA的開發。

第6章主要介紹DDR3 SDRAM的配置、仿真和闆級調試。

第7章集中在USB 3.0控製器芯片FX3相關的實例上，既有單獨FX3和PC的USB 3.0傳輸實例，也有FPGA + FX3和PC之間的USB 3.0數據傳輸實例。

第8章講解如何使用FPGA實現LVDS接口應用，包括LVDS基本的收發設計以及包含CRC校驗的LVDS收發設計。

吳厚航（網名：特權同學）

2017年12月於上海

Xilinx FPGA伴你玩轉USB 3.0與LVD

《 FPGA工程師的進階之路：高速接口與嵌入式係統實戰解析》書籍簡介在當今快速發展的電子行業中，FPGA（現場可編程門陣列）作為一種高度靈活且功能強大的硬件平颱，正扮演著越來越重要的角色。從高性能計算到通信係統，從工業自動化到消費電子，FPGA的應用領域不斷拓展，對工程師的技能要求也日益提高。本書旨在為廣大FPGA工程師，特彆是那些希望在高速接口設計和嵌入式係統開發領域深入發展的專業人士，提供一套係統、實用的學習指南。本書將聚焦於FPGA工程師在實際工作中經常遇到的關鍵技術和挑戰，並以深入淺齣的方式進行解析。我們不會僅僅停留在理論層麵，而是強調與實際項目相結閤，通過豐富的工程實踐案例，幫助讀者真正掌握FPGA的設計流程、性能優化技巧以及與其他硬件和軟件係統的協同工作方法。第一部分：深入理解FPGA內部機製與設計流程在正式踏入高速接口和嵌入式係統之前，紮實的FPGA基礎知識至關重要。本部分將帶領讀者從FPGA的內部架構齣發，理解其工作原理，包括查找錶（LUT）、觸發器、布綫資源以及時鍾管理模塊等核心組成部分。我們將詳細介紹不同FPGA供應商（如Xilinx和Intel/Altera）的産品係列特點，幫助讀者根據項目需求選擇最閤適的FPGA器件。隨後，本書將係統性地闡述FPGA的設計流程，從需求分析、高層設計、HDL（硬件描述語言）編碼、綜閤、布局布綫，到時序約束、時序分析、仿真驗證以及最終的比特流生成和下載。我們將重點講解如何撰寫高效、可讀性強的HDL代碼（Verilog和VHDL），以及如何利用綜閤和布局布綫工具來優化設計性能和資源利用率。時序分析是FPGA設計中最具挑戰性的環節之一，我們將深入剖析靜態時序分析（STA）的原理，講解各種時序約束的設定方法，以及如何定位和解決時序違例問題，確保設計在目標頻率下穩定運行。第二部分：精通高速接口設計原理與實踐高速接口是現代電子係統中的“生命綫”，其設計難度和重要性不言而喻。本部分將圍繞FPGA工程師必須掌握的高速接口設計展開深入探討。 2.1 通用串行高速接口協議解析我們將首先介紹當前主流的通用串行高速接口協議，例如PCI Express (PCIe)。PCIe作為PC和服務器領域的核心總綫，其高速、低延遲的特性使其在高性能計算、數據采集等領域應用廣泛。本書將深入解析PCIe的物理層、數據鏈路層和事務層，重點講解PCIe的通道（Lane）、速率（Gen1/Gen2/Gen3/Gen4/Gen5）、報文（Transaction Layer Packet, TLP）和握手協議。通過實際的PCIe IP核（Intellectual Property Core）配置和使用示例，讀者將學習如何在FPGA中實現PCIe接口，並掌握相關的配置和調試技巧。 2.2 以太網（Ethernet）高速接口設計以太網作為數據通信的基石，其在FPGA中的應用也極為普遍，尤其是在網絡設備、通信係統和嵌入式係統中的網絡互聯。我們將重點介紹10/100/1000 Mbps以太網的MAC層和PHY層工作原理，以及在FPGA中實現韆兆以太網（Gigabit Ethernet）的常見方案，包括使用MAC IP核和外部PHY芯片的協同設計。本書將講解以太網幀的結構、MAC地址、IP地址、TCP/UDP協議棧的基本概念，並提供在FPGA中實現簡單的以太網數據收發模塊的工程實踐。對於更高帶寬的需求，我們將簡要介紹10GbE、40GbE等高速以太網接口的設計挑戰和通用實現方法。 2.3 DDR/DDR2/DDR3/DDR4/LPDDR SDRAM接口設計高速DRAM（動態隨機訪問存儲器）是FPGA係統中數據存儲和交換的關鍵。本部分將詳細介紹DDR SDRAM的內部結構、讀寫時序、初始化流程以及各種模式（如自刷新、低功耗模式）。我們將重點講解如何在FPGA中設計DDR PHY（物理接口）和DDR控製器，以實現對DRAM的高效訪問。本書將通過大量的時序圖和參數講解，幫助讀者理解DDR接口設計的難點，例如信號完整性、時鍾相位對齊、數據眼（Data Eye）的打開以及如何通過IP核（如Xilinx MIG）進行優化配置。同時，我們也會介紹LPDDR（低功耗DDR）接口在移動設備和嵌入式領域的應用特點。 2.4 USB 3.0 接口設計 USB（通用串行總綫）是目前最普及的外部接口之一，而USB 3.0（SuperSpeed USB）提供瞭遠超USB 2.0的傳輸速度，對FPGA設計提齣瞭新的挑戰。本書將深入解析USB 3.0的物理層（SuperSpeed信號，如Tx/Rx數據對，差分信號）、鏈路層和協議層。我們將重點講解USB 3.0的傳輸模式（如Bulk、Interrupt、Isochronous）、包結構、握手協議和錯誤檢測機製。讀者將學習如何利用FPGA資源實現USB 3.0主機端（Host）或設備端（Device）的控製器，並瞭解如何通過USB 3.0 IP核來簡化設計。書中將提供USB 3.0數據傳輸的原理演示，以及在FPGA係統中實現USB 3.0設備的工程實踐案例，包括數據緩衝、協議解析和與應用層的數據交互。第三部分：嵌入式係統開發與FPGA的深度融閤 FPGA在嵌入式係統中的應用越來越廣泛，尤其是在需要高性能數據處理、實時控製或定製化接口的場景。本部分將聚焦於FPGA與嵌入式係統的深度融閤，幫助讀者構建功能強大、性能卓越的嵌入式解決方案。 3.1 嵌入式處理器與FPGA的協同設計許多現代嵌入式係統采用“軟核”或“硬核”處理器與FPGA相結閤的架構。我們將探討如何在FPGA中集成軟核處理器（如Xilinx MicroBlaze、Intel Nios II）或利用硬核處理器（如ARM Cortex-A係列，集成在Xilinx Zynq SoC或Intel Arria/Stratix SoC係列器件中）來構建完整的嵌入式係統。本書將詳細介紹處理器係統與FPGA邏輯之間的數據通路（如AXI總綫、Wishbone總綫）設計，以及如何進行高效的軟硬件協同開發。讀者將學習如何在FPGA中設計定製化的外設，並將其集成到嵌入式處理器係統中，實現特定功能。 3.2 實時操作係統（RTOS）在FPGA嵌入式係統中的應用在復雜的嵌入式係統中，實時操作係統（RTOS）能夠有效地管理任務、資源和中斷，提高係統的實時性和可靠性。本書將介紹RTOS的基本概念，如任務調度、進程間通信（IPC）、中斷處理和內存管理。我們將重點講解如何在基於FPGA的嵌入式係統中集成和應用RTOS，例如FreeRTOS、Zephyr等。讀者將學習如何為RTOS編寫驅動程序，如何將FPGA中的中斷服務程序（ISR）與RTOS進行集成，以及如何利用RTOS來管理FPGA中的各種功能模塊，實現更復雜的嵌入式應用。 3.3 FPGA在圖像處理與計算機視覺中的嵌入式應用圖像處理和計算機視覺是FPGA在嵌入式領域的熱門應用方嚮。本部分將介紹FPGA在加速圖像處理算法方麵的優勢，例如邊緣檢測、濾波、特徵提取等。我們將重點講解如何在FPGA中實現圖像信號處理流水綫，如何處理不同格式的圖像數據（如RAW、YUV、RGB），以及如何與嵌入式處理器協同工作，實現實時的圖像分析和識彆。本書將提供一些基礎的圖像處理算法在FPGA上的實現案例，並探討如何將這些算法集成到嵌入式係統中，用於安防監控、無人機、工業視覺等領域。 3.4 FPGA在通信協議棧實現中的應用在嵌入式通信係統中，FPGA常用於實現底層的通信協議棧，以滿足實時性和高性能的要求。本部分將探討FPGA在實現TCP/IP協議棧、CAN總綫、Modbus等通信協議方麵的應用。我們將講解協議棧的分層結構，以及如何在FPGA中實現MAC層、IP層、TCP/UDP層等關鍵模塊。通過實際案例，讀者將學習如何設計高效的通信接口，如何處理大量的網絡數據包，以及如何優化FPGA的設計以滿足通信係統的性能需求。第四部分：工程實踐、調試與性能優化理論結閤實踐是掌握FPGA技術的關鍵。本部分將分享豐富的工程實踐經驗，並深入探討FPGA設計的調試與性能優化。 4.1 FPGA項目開發流程與工具鏈我們將概述一個典型的FPGA項目開發流程，從需求定義、方案設計、模塊劃分，到代碼開發、集成驗證、係統測試。本書將重點介紹主流FPGA開發工具鏈的使用，例如Xilinx Vivado、Intel Quartus Prime等，並講解其主要功能模塊，包括項目管理、HDL編輯器、IP庫、綜閤器、布局布綫器、時序分析工具和調試器。 4.2 FPGA係統級調試技術 FPGA的調試往往比軟件調試更具挑戰性。本部分將詳細介紹FPGA的係統級調試技術，包括使用邏輯分析儀、ILA（Integrated Logic Analyzer）或SignalTap II進行在綫信號探測，以及如何利用JTAG接口進行在綫仿真和調試。我們將講解如何有效地定位硬件故障和設計錯誤，以及如何利用調試工具來分析時序問題和功能異常。 4.3 FPGA設計性能優化策略性能優化是FPGA設計中永恒的主題。本書將係統性地介紹各種性能優化策略，包括：算法優化：如何選擇或設計更適閤硬件實現的算法。 HDL編碼優化：編寫更高效、資源占用更少的HDL代碼。流水綫（Pipelining）技術：通過增加級聯寄存器來提高時鍾頻率。並行處理（Parallelism）技術：利用FPGA的大規模並行計算能力。資源共享與復用：閤理利用FPGA的有限資源。時鍾域交叉（Clock Domain Crossing, CDC）處理：解決不同時鍾域之間的數據傳輸問題。低功耗設計技術：在保證性能的同時，降低FPGA的功耗。 4.4 實際工程案例分析本書將通過一係列詳實的工程案例，將前麵章節所介紹的理論知識和技術融會貫通。這些案例將涵蓋不同領域的應用，例如：高性能數據采集與處理係統：利用FPGA實現高速ADC數據采集和實時信號處理。嵌入式網絡通信模塊：基於FPGA實現定製化的網絡協議棧和接口。 FPGA加速的圖像/視頻處理單元：實現復雜的圖像算法，並與嵌入式處理器協同工作。 USB 3.0 外設接口設計：構建一個完整的USB 3.0設備端，實現高速數據傳輸。 LVDS/SerDes接口在高速數據傳輸中的應用：講解LVDS（低壓差分信號）等接口在FPGA之間的點對點高速通信中的設計與實現。通過對這些案例的深入剖析，讀者將能夠學習到在實際工程中遇到的各種問題及其解決方案，從而快速提升工程實踐能力。目標讀者本書適用於以下人群：希望係統性學習FPGA設計，並深入掌握高速接口和嵌入式係統開發的在校本科生、研究生。有一定FPGA基礎，希望提升技術水平，拓展職業發展方嚮的初中級FPGA工程師。從事嵌入式係統、通信、數字信號處理、計算機體係結構等相關領域的工程師，需要掌握FPGA技術以解決實際工程問題。對硬件設計和低功耗計算感興趣的技術愛好者。本書的價值本書的獨特之處在於其“理論與實踐並重”的編寫理念。我們不僅會講解核心的技術概念，更會通過大量的工程實踐案例，幫助讀者理解這些概念在實際項目中的應用。書中提供的代碼示例、調試技巧和優化策略，將是讀者在日常工作中寶貴的參考。通過學習本書，讀者將能夠：建立堅實的FPGA設計基礎，掌握高效的HDL編碼和工具使用。精通多種高速接口協議的原理與FPGA實現，滿足係統對數據傳輸速度的要求。深入理解嵌入式係統與FPGA的協同工作方式，構建復雜的嵌入式解決方案。掌握FPGA係統的調試與性能優化技術，提高設計的魯棒性和效率。通過豐富的工程案例，獲得寶貴的實踐經驗，縮短從理論到實踐的距離。我們相信，通過本書的學習，廣大FPGA工程師將能夠更加自信地應對當前及未來電子行業的技術挑戰，並在高速接口和嵌入式係統開發領域取得更大的成就。

用戶評價

評分☆☆☆☆☆

這本書絕對是近年來我在FPGA領域遇到的最令人興奮的讀物之一，即使你已經有一些基礎，它也能給你帶來意想不到的啓發。我尤其喜歡作者在講解USB3.0部分時那種抽絲剝繭般的嚴謹態度，每一個協議層、每一個時序細節都講解得繪聲繪色，仿佛你正坐在作者身邊，由他親自手把手地指導。讓我印象深刻的是，書中不僅僅是理論堆砌，而是大量結閤瞭實際的工程案例，從原理到實現，再到調試過程中可能遇到的各種坑，都一一列舉並給齣瞭解決方案。這對於初學者來說，簡直是寶藏！我之前嘗試過幾本關於高速接口的書，但很多都停留在概念層麵，要麼就是代碼片段過於晦澀難懂。這本書的優勢在於，它能夠將復雜的理論轉化為可執行的代碼，並且提供瞭詳盡的說明，讓你不僅知其然，更知其所以然。讀完關於USB3.0的部分，我對高性能數據傳輸的理解上升瞭一個新的颱階，甚至開始思考如何在自己的項目中應用這些技術。而LVDS的部分，同樣精彩，那些關於信號完整性、阻抗匹配的講解，讓我茅塞頓開，很多之前在實際設計中遇到的信號問題，現在都能找到根源所在。作者的文字功底也非常紮實，沒有生澀難懂的專業術語，即使是初學者，也能循序漸進地理解。總而言之，這是一本能夠真正幫助你“玩轉”高速接口的實戰指南。

評分☆☆☆☆☆

這本書真的像一位經驗豐富的導師，在我學習FPGA的過程中起到瞭至關重要的作用。我之前在學習USB3.0時，常常感到無從下手，協議繁多，時序復雜，總是在理論和實踐之間難以找到一個有效的連接點。而這本書的齣現，徹底改變瞭我的睏境。它沒有迴避USB3.0的復雜性，而是以一種非常清晰、邏輯嚴謹的方式，將龐大的協議棧分解成一個個易於理解的部分，並輔以大量的圖示和代碼示例。讓我印象最深刻的是，作者在講解數據傳輸流程時，會詳細分析每一個階段的狀態機和信號交互，這對於我理解整個流程至關重要。LVDS部分的講解也同樣齣色，作者通過對比不同的LVDS應用場景，以及分析信號完整性問題，讓我深刻認識到高速信號設計的重要性，並且掌握瞭一些實用的設計技巧。讓我感到驚喜的是，書中關於電子設計與嵌入式開發實踐的內容，並不是簡單地羅列一些開發闆和工具，而是深入探討瞭整個開發流程中的一些共性問題，例如如何進行有效的模塊化設計，如何進行高效的調試，以及如何優化性能等。這些內容對於提升我的工程實踐能力非常有幫助。總之，這本書為我提供瞭一個非常全麵且深入的學習平颱，讓我能夠更自信地去挑戰更復雜的FPGA項目。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的感覺就像是一張精美的藏寶圖，指引我深入探索FPGA的奇妙世界。在我看來，它的最大價值在於其“實踐性”和“啓發性”。USB3.0和LVDS這兩個主題，本身就具有一定的門檻，但作者通過極其生動且易於理解的方式，將這些復雜的概念娓娓道來。我尤其欣賞書中關於信號完整性分析和優化的章節，這部分內容往往是很多書籍中容易被忽略的，但對於實際的高速接口設計至關重要。作者提供瞭非常具體的案例和分析方法，讓我能夠清晰地看到如何通過閤理的PCB布局和走綫來保證信號質量。而電子設計與嵌入式開發實踐的部分，更是錦上添花。書中關於如何進行項目規劃、如何選擇閤適的開發工具、以及如何進行有效的調試策略的講解，都非常實用。我之前在做嵌入式項目時，常常會遇到一些難以解決的bug，但通過學習書中的調試技巧，我發現很多問題迎刃而解。這本書不僅僅是傳授知識，更是培養一種解決問題的能力和一種工程思維。它讓我明白瞭，真正的“玩轉”FPGA，不僅僅是掌握技術，更是要將技術融會貫通，並應用於解決實際的工程問題。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，我一開始對這本書並沒有抱太大的期望，畢竟市麵上關於FPGA的書籍實在太多瞭，質量參差不齊。然而，當我翻開它之後，立刻就被深深吸引瞭。作者的敘事方式非常獨特，他沒有采用枯燥乏味的教科書式講解，而是將復雜的概念融入到一個個引人入勝的故事和場景中。例如，在講解LVDS的時候，他沒有直接拋齣公式和圖錶，而是先描繪瞭一個需要高速、低噪聲傳輸的場景，然後層層深入，解釋LVDS是如何在這種場景下大顯身手的。這種“故事化”的講解方式，讓原本晦澀的技術變得生動有趣，也更容易被我這樣的讀者所理解和記憶。更重要的是，書中對實際項目開發流程的描述也非常到位，從需求分析、架構設計，到代碼編寫、仿真驗證，再到硬件調試，每一個環節都進行瞭詳細的闡述，並提供瞭大量的實用技巧和注意事項。我特彆喜歡其中關於嵌入式開發實踐的部分，它不僅僅是教你如何寫代碼，更是教你如何像一個經驗豐富的工程師一樣去思考和解決問題。那些關於資源優化、功耗管理、時序約束的講解，對我來說具有極高的參考價值。通過這本書，我不僅掌握瞭相關的技術知識，更重要的是，培養瞭一種解決實際問題的思維方式。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書，我最大的感受是，它真正做到瞭“授人以漁”。我之前在學習FPGA的時候，常常會陷入一個誤區，就是死記硬背一些API或者寄存器配置，但對底層原理卻瞭解不深。這本書恰恰彌補瞭這一塊的不足。它在講解USB3.0和LVDS時，並沒有僅僅停留在接口的應用層麵，而是深入剖析瞭其背後的硬件原理和設計思想。例如，在講解USB3.0的物理層時，作者詳細介紹瞭信號編碼、時鍾恢復等關鍵技術，讓我對高速串行接口的工作機製有瞭更深刻的認識。而LVDS部分的講解，同樣讓我受益匪淺，關於差分信號的産生與接收，以及如何抑製共模噪聲的分析，都非常有深度。更讓我感到欣喜的是，這本書在電子設計與嵌入式開發實踐方麵的論述，也充滿瞭智慧。作者分享瞭許多他在實際項目中積纍的寶貴經驗，例如如何進行係統級的性能評估，如何進行代碼重構以提高可讀性和可維護性，以及如何有效地進行團隊協作等。這些內容，對於任何希望在嵌入式領域有所建樹的開發者來說，都是無價之寶。這本書不僅僅是關於技術，更是關於如何成為一名優秀的工程師。