FPGA芯片架構設計與實現 電子與通信 書籍 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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圖書標籤:

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• 可編程邏輯
• 硬件設計
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店鋪： 蔚藍書店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121306105

商品編碼：19243466977

商品基本信息，請以下列介紹為準
商品名稱：	FPGA芯片架構設計與實現 電子與通信 書籍
作者：	餘樂
定價：	56.0
齣版社：	電子工業齣版社
齣版日期：	2017-07-01
ISBN：	9787121306105
印次：
版次：	1
裝幀：	平裝-膠訂
開本：	16開

內容簡介

可編程通用邏輯門陣列芯片簡稱FPGA，與CPU，DSP並列為三大通用數字處理芯片，廣泛應用於通信、航空航天、、國防軍工以及安防視頻監控等領域。通過本書的學習，讀者可以全麵瞭解一顆FPGA芯片從設計、驗證到流片的全部開發過程。 本書共分10章，采取“總—分”的編排方式。第1章從架構的總體設計入題對FPGA進行介紹。第2~10章，分彆對其中的各個重要模塊逐一介紹，包括：時鍾網絡、電源/地綫網絡和漏電流、可編程邏輯單元、可編程I/O模塊、DDR存儲器接口、數字延時鎖定環、連綫連接盒、互連綫段長度分布以及配置模塊。 本書適閤從事集成電路設計的工程師、微電子專業研究生以及從事微電子專業教學研究的教師和科研人員閱讀。本書還可以作為高等院校教授集成電路設計的輔助資料。

目錄

第1 章 FPGA 架構總體設計 ········································································· 1 1.1 FPGA 芯片研製流程·········································································· 1 1.2 FPGA 架構設計流程·········································································· 7 1.3 FPGA 規模和資源劃分 ····································································· 17 1.4 FPGA 中功能模塊劃分 ····································································· 20 本章參考文獻 ······················································································ 26 第2 章 FPGA 中時鍾網絡 ·········································································· 30 2.1 簡介 ···························································································· 30 2.2 FPGA CDN 建模 ············································································· 33 2.3 時鍾網絡設計方法 ·········································································· 43 2.4 時鍾網絡的靈活性 ·········································································· 48 2.5 路由級聯 ······················································································ 51 2.6 仿真實驗 ······················································································ 55 2.7 時鍾網絡熱學建模 ·········································································· 61 2.8 仿真實驗 ······················································································ 62 本章參考文獻 ······················································································ 66 第3 章 FPGA 中電源/地綫網絡和漏電流 ··

《數字集成電路設計導論》 簡介 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的數字集成電路設計基礎。從晶體管級彆的物理原理齣發，逐步過渡到復雜的邏輯門電路、組閤邏輯和時序邏輯電路的設計方法，最終涵蓋標準單元庫的應用、邏輯綜閤、靜態時序分析等現代集成電路設計流程中的關鍵技術。本書內容嚴謹，邏輯清晰，理論與實踐相結閤，力求為電子工程、微電子學、計算機體係結構等相關領域的學生和工程師奠定堅實的理論基礎和實踐能力。 第一部分：數字電路基礎與晶體管模型 在深入探討集成電路設計之前，理解構成一切的基礎——晶體管——至關重要。本部分將從半導體材料的物理特性入手，介紹 PN 結的形成機理及其特性，為理解 MOS 晶體管的工作原理打下基礎。 半導體物理基礎： 介紹本徵半導體和雜質半導體的載流子特性，以及空穴和電子的概念。深入分析費米能級、禁帶寬度等關鍵概念，以及它們如何影響半導體的導電性。 PN 結的形成與特性： 講解 PN 結的形成過程，包括擴散和遷移過程，以及由此産生的內建電場和耗盡層。分析 PN 結在正偏、反偏和零偏下的電流-電壓特性，以及二極管的整流作用。 MOS 晶體管模型： 詳細闡述 MOS 晶體管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）的工作原理，包括 NMOS 和 PMOS 兩種類型。講解閾值電壓、跨導、漏極電流等關鍵參數。介紹各種 MOS 晶體管模型，從簡單的理想模型到更復雜的 EKV 模型、BSIM 模型，分析它們在不同工作區域（截止區、綫性區、飽和區）下的行為。理解不同工藝參數（如柵長、柵寬）對晶體管性能的影響。 CMOS 反相器： 以最基本的 CMOS 反相器為例，深入分析其工作原理。講解其電壓傳輸特性（VTC），以及閾值電壓、噪聲容許度等重要指標。分析反相器在邏輯“0”和邏輯“1”狀態下的功耗和延遲。 第二部分：邏輯門與組閤邏輯電路設計 在掌握瞭晶體管的構建塊之後，本部分將引導讀者將它們組閤成執行基本邏輯運算的邏輯門，並進一步設計齣實現復雜邏輯功能的組閤邏輯電路。 基本邏輯門： 詳細介紹與門（AND）、或門（OR）、非門（NOT）、與非門（NAND）、或非門（NOR）、異或門（XOR）和同或門（XNOR）的邏輯功能、真值錶和電路實現。分析不同邏輯門在 CMOS 工藝下的具體實現方式，以及它們的輸入輸齣電平標準。 布爾代數與邏輯化簡： 介紹布爾代數的基本定理和定律，如交換律、結閤律、分配律、德摩根定律等。講解使用卡諾圖（Karnaugh Map）和奎恩-麥剋拉斯基（Quine-McCluskey）算法進行邏輯函數的化簡，以最小化電路的復雜度和功耗。 組閤邏輯電路設計： 講解如何根據邏輯功能描述設計組閤邏輯電路。涵蓋多路選擇器（Multiplexer）、譯碼器（Decoder）、編碼器（Encoder）、加法器（Adder）、減法器（Subtractor）等典型組閤邏輯模塊的設計方法。深入分析二進製加法器的原理，包括半加器、全加器，以及行波進位加法器（Ripple Carry Adder）和超前進位加法器（Carry Lookahead Adder）等不同進位方式的優劣。 競爭與冒險現象： 分析組閤邏輯電路中可能齣現的競爭（Race Condition）和冒險（Hazard）現象，理解它們的産生原因（如門延遲不一緻）和危害。介紹消除冒險的常用方法，如引入冗餘項、使用鎖存器等。 第三部分：時序邏輯電路設計 時序邏輯電路是數字係統設計的核心組成部分，它們具有記憶功能，電路的輸齣不僅取決於當前輸入，還與過去的狀態有關。本部分將深入探討時序電路的設計方法。 觸發器（Flip-Flop）： 詳細介紹各種類型的觸發器，包括 SR 觸發器、D 觸發器、JK 觸發器和 T 觸發器。分析它們的結構、工作原理、狀態轉移圖和特性方程。重點講解 D 觸發器在現代數字設計中的廣泛應用。 時鍾（Clock）信號： 介紹時鍾信號在同步時序電路中的作用，包括時鍾周期、時鍾頻率、占空比等參數。分析時鍾偏斜（Clock Skew）和時鍾抖動（Clock Jitter）等時鍾信號的質量問題及其對電路性能的影響。 寄存器（Register）： 講解寄存器作為一組觸發器的集閤，用於存儲並行數據。介紹移位寄存器（Shift Register）的功能和應用，如串並轉換和數據移位。 計數器（Counter）： 介紹同步計數器和異步計數器的設計方法。分析不同進製計數器（如二進製計數器、十進製計數器）的實現。講解可預置計數器（Preset Counter）和可置零計數器（Clear Counter）等通用計數器模塊。 有限狀態機（Finite State Machine, FSM）： 介紹 Moore 型和 Mealy 型有限狀態機的設計概念。講解如何根據狀態轉移圖和輸齣邏輯錶設計 FSM。分析 FSM 在序列檢測、控製器設計等領域的應用。 第四部分：集成電路設計流程與工具 現代集成電路設計是一個復雜而精密的工程，涉及多個階段和專業的EDA（Electronic Design Automation）工具。本部分將概覽這一流程，並介紹常用的設計方法和工具。 設計層次： 介紹集成電路設計的不同抽象層次，從算法級（Architecture Level）、寄存器傳輸級（Register Transfer Level, RTL）、門級（Gate Level）到物理級（Physical Level）。 硬件描述語言（HDL）： 介紹 Verilog 和 VHDL 等主流硬件描述語言的基本語法和特性。講解如何使用 HDL 進行電路的功能描述、行為建模和結構建模。 邏輯綜閤（Logic Synthesis）： 講解邏輯綜閤的原理和目的。介紹如何將 HDL 描述的代碼轉換為門級網錶（Netlist）。分析綜閤工具在優化電路麵積、速度和功耗方麵的作用。 靜態時序分析（Static Timing Analysis, STA）： 詳細闡述靜態時序分析的概念和重要性。講解建立時間（Setup Time）和保持時間（Hold Time）違例的危害。介紹 STA 工具如何計算關鍵路徑（Critical Path）延遲，並驗證電路的時序性能。 物理設計（Physical Design）： 簡要介紹物理設計的基本流程，包括布局（Placement）和布綫（Routing）。解釋這些過程如何將門級網錶映射到實際的矽片上，並考慮連接綫延遲和功耗。 驗證（Verification）： 強調驗證在集成電路設計中的關鍵作用。介紹功能驗證（Functional Verification）和時序驗證（Timing Verification）等不同類型的驗證方法。 第五部分：麵嚮實際應用的電路設計 在掌握瞭基本的理論和工具之後，本部分將通過一些實例，展示如何將所學知識應用於實際的數字電路設計中。 算術邏輯單元（ALU）設計： 講解如何設計一個基本的算術邏輯單元，能夠執行加法、減法、邏輯與、邏輯或等基本運算。 存儲器結構： 介紹 RAM（Random Access Memory）和 ROM（Read-Only Memory）的基本結構和工作原理。講解如何使用觸發器和邏輯門實現簡單的寄存器文件。 接口電路設計： 簡要介紹一些常見的接口電路設計考慮，如總綫接口、簡單的串行接口（如 UART）的基本原理。 低功耗設計基礎： 介紹集成電路設計中的功耗問題，以及一些基本的低功耗設計技術，如時鍾門控（Clock Gating）、門控（Power Gating）等。 總結 《數字集成電路設計導論》旨在為讀者提供一個係統性的學習路徑，從微觀的晶體管行為到宏觀的集成電路設計流程。通過理論講解、實例分析和對現代設計工具的介紹，本書緻力於培養讀者理解、設計和驗證數字集成電路的能力，為他們在集成電路設計領域進一步的學習和職業發展打下堅實的基礎。本書內容豐富，覆蓋麵廣，邏輯嚴謹，適閤作為高等院校電子工程、微電子學、計算機科學等專業的教材，也可作為相關領域工程師的參考書籍。

評分☆☆☆☆☆

最近在研究信號處理算法，過程中遇到瞭很多需要高性能硬件加速的場景。傳統的CPU在處理大量並行數據時顯得力不從心，所以FPGA就成瞭一個非常自然的選擇。我之前接觸過一些FPGA的應用，但對底層的架構設計一直知之甚少，總覺得隔著一層紗。偶然的機會，我讀到瞭一本探討FPGA芯片架構設計的著作。這本書的內容非常深入，它並沒有局限於某一種具體的FPGA廠商或者係列，而是著眼於FPGA的通用原理和設計思想。書中詳細講解瞭FPGA的發展曆程，從早期的CPLD到如今大規模的FPGA芯片，技術的演進背後蘊含著怎樣的設計哲學，這點我感覺非常有啓發。它係統地介紹瞭FPGA內部的邏輯塊（Logic Blocks）是如何實現的，包括查找錶（LUT）、觸發器（Flip-flops）等基本單元的設計思想，以及如何通過可編程的互連資源（Programmable Interconnects）將這些邏輯塊連接起來，構成復雜的數字係統。書中對於各種資源（如DSP Slice、Block RAM）的內部結構和功能也做瞭詳盡的闡述，這些都是實現高性能計算的關鍵。讀完後，我感覺自己對FPGA的“心髒”有瞭更清晰的認識，也更能理解為什麼某些設計在FPGA上運行得比軟件快這麼多。這本書的價值在於它能夠幫助讀者建立起從高層次設計到低層次硬件實現的橋梁，從而更好地進行係統級的優化和性能調優。

評分☆☆☆☆☆

作為一個對數字電路和計算原理充滿好奇的學生，我一直在尋找能夠深入理解現代計算硬件背後機製的書籍。無意中，我接觸到瞭一本關於FPGA芯片架構設計的作品。這本書的視角非常獨特，它不像一些教材那樣直接堆砌公式和電路圖，而是試圖從“為什麼”的角度來解釋FPGA的設計。它首先迴顧瞭半導體技術的發展，解釋瞭為什麼會齣現FPGA這種可編程邏輯器件，以及它在通用計算和專用計算領域扮演的角色。書中詳細分析瞭FPGA芯片的物理實現，包括不同工藝下的晶體管如何構成查找錶（LUT）、寄存器（Flip-Flop）等基本邏輯單元，以及這些單元如何被組織成邏輯塊（Logic Block）。更令我印象深刻的是，它深入剖析瞭FPGA的布綫網絡（Interconnect Network），解釋瞭為何看似簡單的信號傳輸在FPGA內部會如此復雜，以及不同的布綫策略如何影響設計性能和功耗。書中還討論瞭FPGA在實現並行計算、硬件加速等方麵的優勢，並結閤瞭一些典型的應用場景進行分析，例如在圖像處理、網絡通信和人工智能等領域。讀這本書，我感覺自己像是進入瞭一個數字世界的“製造車間”，瞭解瞭那些驅動我們日常使用的電子産品運行的底層邏輯是如何一步步被構建齣來的。它極大地拓寬瞭我對計算機硬件的認知邊界，也激發瞭我對更深入的硬件設計領域探索的興趣。

評分☆☆☆☆☆

作為一名剛入行不久的嵌入式工程師，我對硬件底層的知識一直抱有強烈的學習欲望，特彆是FPGA，感覺它就像是一扇通往數字世界核心的大門。最近偶然間翻到一本關於FPGA芯片架構設計的書，雖然封麵和標題看起來十分硬核，但我還是抱著試試看的心態入手瞭。一翻開，我就被書中的內容深深吸引瞭。它沒有直接講解那些枯燥的邏輯門電路，而是從更宏觀的角度，剖析瞭FPGA芯片的整體構造。我之前總是習慣於直接調用IP核或者寫HDL代碼，很少去思考這些代碼最終是如何映射到物理硬件上的。這本書就填補瞭我的這一認知空白。它詳細介紹瞭FPGA內部的邏輯單元（LUTs、FFs）、布綫資源（Interconnects）、輸入輸齣模塊（IOBs）以及全局時鍾網絡等關鍵組成部分的工作原理和相互關係。讀完之後，我感覺自己仿佛擁有瞭一張FPGA的“內部地圖”，對如何優化代碼、提高時序、降低功耗有瞭更深刻的理解。書中通過大量的圖示和實例，將抽象的概念變得生動形象，讓我不再覺得FPGA是一個隻存在於 datasheet 裏的黑盒子。特彆是關於時序分析的部分，我以前總是頭疼不已，但這本書的講解條理清晰，從時鍾域交叉問題到建立保持時間分析，再到如何利用靜態時序分析工具進行調試，都給齣瞭非常實用的方法論。這本書對我來說，不僅僅是技術知識的積纍，更是對整個FPGA設計流程的一次係統性梳理和升華。

評分☆☆☆☆☆

近年來，隨著人工智能和物聯網的飛速發展，對高性能、低功耗的計算硬件的需求日益迫切。FPGA作為一種高度靈活、可重構的計算平颱，在這一浪潮中扮演著越來越重要的角色。我最近閱讀瞭一本關於FPGA芯片架構設計的書籍，這本書給瞭我非常深刻的啓示。它不僅僅是羅列FPGA的各種功能模塊，而是從設計者和實現者的角度，深入淺齣地講解瞭FPGA芯片的整體架構。書中詳細闡述瞭FPGA是如何通過配置可編程的邏輯單元和連接資源來實現各種數字功能的。我尤其對書中關於FPGA內部時鍾管理係統、全局布綫資源以及輸入輸齣接口的講解印象深刻。它解釋瞭為何FPGA的時序約束如此重要，以及不同的時序模型是如何影響設計的最終性能。此外，書中還對FPGA中的專用硬件加速模塊，如DSP Slice和Block RAM，進行瞭深入的剖析，解釋瞭它們如何被有效地利用來加速特定類型的計算任務。讀完這本書，我感覺自己對FPGA的“硬件基因”有瞭更全麵的認識，也更能理解為什麼FPGA在需要快速原型開發和靈活功能迭代的場景下如此受歡迎。它為我提供瞭一個更堅實的理論基礎，讓我能夠更好地去理解和應用FPGA技術，為未來的硬件設計工作打下瞭堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對數字邏輯設計和計算機體係結構有著濃厚興趣的學生，我一直在尋找能夠係統性地講解FPGA底層機製的書籍。最近，我偶然發現瞭一本關於FPGA芯片架構設計的著作，它徹底改變瞭我對FPGA的認知。這本書的內容極其詳實，它並沒有停留在HDL語言層麵，而是將我們帶入瞭FPGA芯片的“內部世界”。書中詳細剖析瞭FPGA的核心組成部分，包括可編程邏輯陣列（PLA）的演變，如何構建查找錶（LUT）和觸發器（FF）組成的邏輯單元（Logic Element），以及如何利用精密的布綫網絡（Routing Network）將這些單元連接起來。我印象最深刻的是，書中對FPGA片上資源（On-Chip Resources）的劃分和管理做瞭非常細緻的講解，例如如何有效地利用Block RAM實現片上存儲，以及DSP Slice如何加速數學運算。這本書還探討瞭FPGA的設計流程，從邏輯綜閤到布局布綫，以及時序分析的重要性，並解釋瞭這些步驟如何與FPGA的物理架構緊密相關。它不僅講解瞭“是什麼”，更深入地探討瞭“為什麼”，例如為什麼FPGA的布綫會成為性能瓶頸，以及不同的架構設計如何影響功耗和麵積。這本書為我打開瞭通往FPGA底層設計的大門，讓我對數字世界的設計原理有瞭更深刻的理解。