FPGA设计 张义和 9787030376039 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张义和 著

图书标签:

• FPGA
• 数字电路
• Verilog
• VHDL
• 可编程逻辑
• 硬件设计
• 电子工程
• 通信工程
• 嵌入式系统
• 张义和

店铺： 书逸天下图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030376039

商品编码：29373680838

包装：平装

出版时间：2013-07-01

基本信息

书名：FPGA设计

定价：52.00元

作者：张义和

出版社：科学出版社

出版日期：2013-07-01

ISBN：9787030376039

字数：360000

页码：285

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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Altium Designer所提供的电路原理图绘图功能（简称电路绘图），一直都是群雄，它提供各种电路图结构的设计，包括单张式电路图、平坦式电路图、阶层式电路图，以及高效能的重复阶层式电路图，等等。
《FPGA设计》的主要目的是探讨FPGA设计，包括以VHDL为主的数字逻辑基础能力训练与应用技巧，并搭配NanoBoard 3000进行系统设计。
《FPGA设计》内容丰富、结构合理、图文并茂、语言清晰。适合各大中型院校电工、电子、自动化及相关专业师生参考阅读，同时适合作为电路设计工程师的参考用书。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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穿梭数字世界的基石：FPGA设计原理与实践 在日新月异的电子科技浪潮中，数字逻辑的精妙编织是驱动一切变革的核心。从掌中的智能手机到深邃的太空探测器，再到高性能的通信基站，无数的计算任务和信号处理流程，都在底层由一种名为FPGA（Field Programmable Gate Array）的强大器件默默支撑。它如同一个可以根据需求重塑形态的“数字积木”，为工程师提供了前所未有的灵活性和效率，使得创新设计的实现不再受限于固定硬件的束缚。 本书旨在深入剖析FPGA设计的精髓，从理论基石到实践应用，为读者勾勒出一幅清晰而全面的FPGA设计蓝图。它并非仅仅停留在对某个具体器件型号的介绍，而是着眼于FPGA技术本身的核心原理、设计流程以及相关的关键技术，致力于帮助读者构建扎实的理论功底和丰富的实践经验。 第一篇：FPGA设计的基础认知——数字世界的构建单元 本篇将带领读者踏入FPGA设计的殿堂，从最基本的概念入手，逐步建立对FPGA的全面认识。 数字逻辑的基础回顾： 在深入FPGA之前，理解数字逻辑是必不可少的。我们将简要回顾布尔代数、逻辑门、组合逻辑和序逻辑电路等基础知识。这部分内容将为后续理解FPGA内部结构打下坚实基础，即便是有一定基础的读者，也能借此机会巩固和梳理知识。我们将重点强调这些基础概念在FPGA设计中的直接应用，例如如何将抽象的逻辑表达式转化为具体的硬件实现。 FPGA的本质与优势： 什么是FPGA？它与ASIC（Application Specific Integrated Circuit）以及微处理器有何不同？本书将清晰地阐述FPGA的定义，即“现场可编程门阵列”，并深入分析其核心优势：高度的灵活性、快速的原型验证能力、并行处理的强大性能以及相对较低的开发成本。我们将通过对比分析，让读者深刻理解FPGA在特定应用场景下的独特价值。例如，对于需要快速迭代和功能更新的产品，FPGA的优势将尤为突出。 FPGA的内部结构解析： 了解FPGA的内部构造是掌握其设计方法的关键。本篇将详细介绍FPGA的核心组成部分，包括： 可配置逻辑块（CLB/LAB）： 这是FPGA的基本逻辑单元，通常由查找表（LUT）和触发器（Flip-flop）组成。我们将深入讲解LUT如何实现任意逻辑函数，以及触发器如何构建时序电路。 可编程互连资源： 连接CLB之间的导线和开关网络，使得设计者能够灵活地将各个逻辑模块连接起来。我们将探讨不同类型的互连结构及其对信号传输延迟的影响。 输入/输出块（IOB）： 控制FPGA与外部世界的接口，支持多种I/O标准和信号调理。 专用硬核模块（Hard Macro/IP Core）： 一些高度优化的专用功能模块，如DSP（Digital Signal Processor）单元、RAM（Random Access Memory）块、ROM（Read-Only Memory）块以及时钟管理单元（PLL/MMCM）等。了解这些硬核模块的存在，对于设计高效的FPGA系统至关重要。 FPGA的开发流程概述： 从需求分析到最终比特流生成，FPGA的设计过程是一个严谨而系统的工程。本篇将对整个开发流程进行初步的介绍，包括： 需求分析与规格定义： 明确设计目标和功能需求。 硬件描述语言（HDL）设计： 使用Verilog或VHDL等语言描述硬件逻辑。 功能仿真： 在软件环境中验证设计逻辑的正确性。 综合（Synthesis）： 将HDL代码转换为门级网表。 布局布线（Place & Route）： 将门级网表映射到FPGA的物理资源上。 时序约束与分析： 确保设计在目标时钟频率下可靠运行。 生成比特流（Bitstream）： 配置FPGA内部逻辑和互连。 硬件调试： 在实际FPGA板上进行功能和性能验证。 第二篇：FPGA设计的方法论——硬件描述语言与逻辑实现 本篇将聚焦于FPGA设计的核心工具——硬件描述语言（HDL），并探讨如何通过HDL实现高效的逻辑设计。 Verilog/VHDL语言入门： 本节将深入介绍两种主流的HDL语言：Verilog和VHDL。我们将从基本语法、数据类型、运算符、模块实例化、端口连接等方面进行详细讲解，并提供丰富的示例代码，帮助读者快速掌握HDL的编写技巧。虽然两种语言在语法上有所不同，但其核心思想是一致的，读者可以根据项目需求选择合适的语言。 组合逻辑的设计与实现： 如何利用HDL描述组合逻辑电路，如加法器、减法器、多路选择器、译码器、编码器等。我们将重点讲解如何编写可综合（Synthesizable）的HDL代码，即能够被综合工具正确地转换为硬件电路的代码。同时，还会介绍一些组合逻辑设计的优化技巧。 序逻辑的设计与实现： 时序逻辑是实现状态机和存储功能的关键。本节将深入讲解触发器、寄存器、计数器、移位寄存器等基本时序电路的HDL实现方法。我们将重点介绍状态机的设计，包括状态转移图、状态编码、状态机的HDL描述以及常见的状态机模式（如Moore型和Mealy型）。 层次化设计与模块化思想： 随着设计规模的增大，采用层次化和模块化的设计方法至关重要。我们将讲解如何将复杂的系统分解成若干个独立的模块，并通过实例化和端口连接将它们组合起来，以提高设计的可读性、可维护性和复用性。 信号同步与亚稳态问题： 在多时钟域系统中，信号同步是必须解决的关键问题。本节将详细阐述亚稳态（Metastability）产生的原理，以及常用的同步电路，如双触发器同步器、握手协议等，确保跨时钟域信号传输的可靠性。 常用的HDL设计模式与技巧： 介绍一些在FPGA设计中被广泛采用的优秀设计模式，例如流水线（Pipeline）技术、数据路径（Datapath）设计、控制器（Controller）设计等，以及一些提高代码效率和可读性的技巧，如参数化设计、生成语句（Generate Statement）等。 第三篇：FPGA设计的进阶技术——综合、仿真与时序分析 本篇将深入探讨FPGA设计流程中的关键环节，包括功能仿真、综合、布局布线以及至关重要的时序分析。 功能仿真与验证： 功能仿真是在软件仿真器中验证HDL代码逻辑正确性的重要手段。我们将讲解如何编写测试平台（Testbench），如何设置仿真激励，以及如何分析仿真波形，确保设计的功能符合预期。 综合（Synthesis）详解： 综合是HDL代码转换为门级网表的关键步骤。本节将深入讲解综合工具的工作原理，包括逻辑优化、资源分配、时序优化等。我们将重点介绍如何编写可综合的HDL代码，避免使用综合工具无法识别的结构，并讲解如何通过约束文件（Constraints File）指导综合过程，以获得更好的设计结果。 布局（Placement）与布线（Routing）： 布局布线是综合后的门级网表在FPGA物理资源上进行映射和连接的过程。我们将讲解布局布线的目标，包括减小时序延迟、最小化功耗、减少布线资源占用等。理解布局布线的基本原理，有助于在设计中做出更有利于工具优化的决策。 时序约束（Timing Constraints）与时序分析（Timing Analysis）： 时序是FPGA设计中最为关键的方面之一。本节将详细讲解如何设置时序约束，例如时钟周期约束、输入输出延迟约束等。我们将深入分析静态时序分析（STA）的原理，讲解如何解读时序报告，识别时序违例（Timing Violations），并提供解决时序问题的常用方法，如流水线优化、门控时钟、异步复位等。 功耗分析与优化： FPGA的功耗是影响系统稳定性和成本的重要因素。本篇将介绍FPGA功耗的来源，以及如何通过设计手段和工具进行功耗分析与优化，例如降低时钟频率、减少不必要的逻辑翻转、使用低功耗的IP核等。 第四篇：FPGA应用领域与实践案例 本篇将带领读者了解FPGA在各个领域的广泛应用，并通过具体的实践案例，展示FPGA设计的魅力与价值。 FPGA在通信领域的应用： 从基站到路由器，FPGA在高速数据处理、信号调制解调、协议处理等方面发挥着核心作用。我们将分析FPGA在4G/5G通信、光纤通信等领域的应用。 FPGA在嵌入式系统中的应用： FPGA作为嵌入式系统的核心控制器或加速器，为系统提供了强大的计算能力和灵活性。我们将探讨FPGA在工业控制、医疗设备、消费电子等领域的应用。 FPGA在高性能计算（HPC）领域的应用： 凭借其并行处理的优势，FPGA在科学计算、金融建模、大数据分析等领域逐渐崭露头角，成为CPU和GPU的有力补充。 FPGA在图像与视频处理领域的应用： 高分辨率、高帧率的图像和视频处理需要强大的并行计算能力，FPGA在这方面展现出显著优势。我们将分析FPGA在视频编解码、图像识别、计算机视觉等方面的应用。 FPGA系统集成与IP核的使用： 现代FPGA设计越来越倾向于采用IP核（Intellectual Property Core）来加速开发进程。本篇将介绍不同类型的IP核，以及如何有效地集成和使用IP核，构建复杂的FPGA系统。 从入门到进阶的设计实践： 本篇将通过几个精心挑选的实践案例，例如一个简单的UART控制器、一个简单的DRAM控制器、一个图像滤波算法的FPGA实现等，详细演示FPGA的设计流程和关键技术。这些案例将从需求分析、HDL编码、仿真验证到时序优化，为读者提供一个完整的实践指导，帮助读者将理论知识转化为实际动手能力。 本书力求全面、系统地介绍FPGA设计的相关知识，从基础概念到高级技术，再到实际应用。通过理论讲解、方法论指导和丰富的实践案例，希望能够帮助读者建立起对FPGA设计的深刻理解，掌握FPGA设计的方法和技巧，从而能够独立完成FPGA项目的设计与实现，在日新月异的电子科技领域，驾驭数字世界的无限可能。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就给我一种扎实、严谨的感觉，深蓝色的背景搭配银白色的字体，显得相当专业。我选择它，更多的是出于对 FPGA 技术本身的浓厚兴趣，以及想深入了解这个领域的学习路径。市面上关于 FPGA 的书籍不少，但能真正从基础原理讲透，又兼顾实际应用的书籍却不常有。我希望这本书能够成为我系统性学习 FPGA 的敲门砖，帮助我构建起扎实的理论基础，理解其核心概念，比如逻辑门、时序逻辑、状态机等等。同时，我也期待它能引导我熟悉 FPGA 的开发流程，从 HDL 语言（Verilog 或 VHDL）的编写，到仿真、综合、布局布线，再到最终的下载和调试，每一个环节都至关重要。我希望作者能够用清晰易懂的语言，辅以必要的图示和代码示例，来阐释复杂的概念，让即使是初学者也能快速上手。我尤其关注 FPGA 在现代电子系统中的应用，比如在数字信号处理、通信系统、嵌入式系统等领域的应用，希望这本书能有所涉及，让我看到 FPGA 的实际价值和广阔前景。

评分☆☆☆☆☆

我是一个对新技术充满好奇的学生，正在攻读电子工程专业。在学校的课程中，我接触到了数字逻辑设计和一些基础的硬件描述语言，但感觉离实际的 FPGA 应用还有一定的距离。这本书，ISBN 9787030376039，在我的眼里，就像是一本通往 FPGA 世界的“秘籍”。我希望它能够系统地介绍 FPGA 的基本工作原理，从最底层的逻辑单元构建，到如何通过 HDL 语言“指挥”这些逻辑单元完成复杂的任务。我特别希望书中能有大量的代码示例，而且是经过验证、可以直接运行的，这样我才能更好地理解代码与硬件之间的对应关系。同时，我也想了解 FPGA 在一些前沿领域的应用，比如人工智能硬件加速、物联网设备开发等，这能让我对自己的学习方向有更清晰的认识，也能激发我进一步深入研究的动力。

评分☆☆☆☆☆

我对 FPGA 的兴趣，很大程度上源于它在实现高性能计算和定制化硬件方面的强大能力。这本书，一本以 FPGA 设计为主题的书籍，无疑是吸引我的重要因素。我希望它不仅仅是枯燥的理论堆砌，而是能够真正做到理论与实践相结合。我期待书中能够深入剖析 FPGA 的内部结构，例如 LUT（查找表）、DFF（触发器）、BRAM（块 RAM）等基本逻辑单元的详细工作原理，以及它们如何组合成复杂的逻辑功能。我也希望书中能提供一些实际的项目案例，从一个简单的 LED 闪烁程序，到一个更复杂的信号发生器或者图像处理模块，能够逐步引导我完成一个完整的 FPGA 项目。我对 FPGA 在通信系统、数据采集、高速接口设计等方面的应用尤其感兴趣，希望书中能提供相关的设计思路和技术指导，让我能够将学到的知识应用到实际的项目开发中，真正体会到 FPGA 的魅力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的作者名字，张义和，在我看来，代表着一种经验的积累和对技术的热情。我之所以被这本书吸引，是因为我一直在寻找一本能够提供深度见解的书籍，而不仅仅是停留在表面知识的介绍。我希望这本书能深入探讨 FPGA 的架构，解释不同类型的 FPGA 芯片（如 SRAM 型、Flash 型、Anti-fuse 型）的原理和优缺点，以及它们在不同应用场景下的选择依据。同时，我也对 FPGA 的性能优化策略很感兴趣，比如如何通过合理的编码技巧、时序约束的设置来提高设计速度和降低功耗。我期待书中能够提供一些高级的主题，例如片上系统（SoC）的设计、软核处理器（如 Nios II、MicroBlaze）的实现与应用，以及一些硬件加速技术的原理与实践。当然，一本好的技术书籍离不开高质量的实例，我希望书中能提供一些有代表性的项目案例，从设计思路到具体实现，都能够提供详尽的指导，让我能够边学边练，学以致用。

评分☆☆☆☆☆

说实话，拿到这本书的时候，我对它的期待值还是挺高的。我是一名在职工程师，工作内容经常需要接触到数字电路和嵌入式系统，而 FPGA 恰好是连接这两者之间的一个关键环节。我希望这本书能够帮助我梳理和完善我在 FPGA 方面的一些零散知识，或者说，填补我知识体系中的一些空白。我尤其关注书中关于 FPGA 设计流程中的一些“最佳实践”，例如如何进行有效的调试，如何处理时序违例，以及如何进行设计验证。我还希望书中能介绍一些流行的 FPGA 开发工具（如 Xilinx Vivado、Intel Quartus Prime）的使用技巧和一些高级特性，让我能够更高效地完成我的工作。除了技术细节，我也希望这本书能够传递一些关于 FPGA 设计哲学和工程实践的经验，比如如何平衡性能、功耗和成本，如何进行模块化设计以提高代码的可重用性和可维护性，这些都是在实际工作中非常宝贵的财富。