FPGA設計 張義和 9787030376039 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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張義和 著

圖書標籤:

• FPGA
• 數字電路
• Verilog
• VHDL
• 可編程邏輯
• 硬件設計
• 電子工程
• 通信工程
• 嵌入式係統
• 張義和

店鋪： 書逸天下圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030376039

商品編碼：29373680838

包裝：平裝

齣版時間：2013-07-01

基本信息

書名：FPGA設計

定價：52.00元

作者：張義和

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2013-07-01

ISBN：9787030376039

字數：360000

頁碼：285

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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Altium Designer所提供的電路原理圖繪圖功能（簡稱電路繪圖），一直都是群雄，它提供各種電路圖結構的設計，包括單張式電路圖、平坦式電路圖、階層式電路圖，以及高效能的重復階層式電路圖，等等。
《FPGA設計》的主要目的是探討FPGA設計，包括以VHDL為主的數字邏輯基礎能力訓練與應用技巧，並搭配NanoBoard 3000進行係統設計。
《FPGA設計》內容豐富、結構閤理、圖文並茂、語言清晰。適閤各大中型院校電工、電子、自動化及相關專業師生參考閱讀，同時適閤作為電路設計工程師的參考用書。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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穿梭數字世界的基石：FPGA設計原理與實踐 在日新月異的電子科技浪潮中，數字邏輯的精妙編織是驅動一切變革的核心。從掌中的智能手機到深邃的太空探測器，再到高性能的通信基站，無數的計算任務和信號處理流程，都在底層由一種名為FPGA（Field Programmable Gate Array）的強大器件默默支撐。它如同一個可以根據需求重塑形態的“數字積木”，為工程師提供瞭前所未有的靈活性和效率，使得創新設計的實現不再受限於固定硬件的束縛。 本書旨在深入剖析FPGA設計的精髓，從理論基石到實踐應用，為讀者勾勒齣一幅清晰而全麵的FPGA設計藍圖。它並非僅僅停留在對某個具體器件型號的介紹，而是著眼於FPGA技術本身的核心原理、設計流程以及相關的關鍵技術，緻力於幫助讀者構建紮實的理論功底和豐富的實踐經驗。 第一篇：FPGA設計的基礎認知——數字世界的構建單元 本篇將帶領讀者踏入FPGA設計的殿堂，從最基本的概念入手，逐步建立對FPGA的全麵認識。 數字邏輯的基礎迴顧： 在深入FPGA之前，理解數字邏輯是必不可少的。我們將簡要迴顧布爾代數、邏輯門、組閤邏輯和序邏輯電路等基礎知識。這部分內容將為後續理解FPGA內部結構打下堅實基礎，即便是有一定基礎的讀者，也能藉此機會鞏固和梳理知識。我們將重點強調這些基礎概念在FPGA設計中的直接應用，例如如何將抽象的邏輯錶達式轉化為具體的硬件實現。 FPGA的本質與優勢： 什麼是FPGA？它與ASIC（Application Specific Integrated Circuit）以及微處理器有何不同？本書將清晰地闡述FPGA的定義，即“現場可編程門陣列”，並深入分析其核心優勢：高度的靈活性、快速的原型驗證能力、並行處理的強大性能以及相對較低的開發成本。我們將通過對比分析，讓讀者深刻理解FPGA在特定應用場景下的獨特價值。例如，對於需要快速迭代和功能更新的産品，FPGA的優勢將尤為突齣。 FPGA的內部結構解析： 瞭解FPGA的內部構造是掌握其設計方法的關鍵。本篇將詳細介紹FPGA的核心組成部分，包括： 可配置邏輯塊（CLB/LAB）： 這是FPGA的基本邏輯單元，通常由查找錶（LUT）和觸發器（Flip-flop）組成。我們將深入講解LUT如何實現任意邏輯函數，以及觸發器如何構建時序電路。 可編程互連資源： 連接CLB之間的導綫和開關網絡，使得設計者能夠靈活地將各個邏輯模塊連接起來。我們將探討不同類型的互連結構及其對信號傳輸延遲的影響。 輸入/輸齣塊（IOB）： 控製FPGA與外部世界的接口，支持多種I/O標準和信號調理。 專用硬核模塊（Hard Macro/IP Core）： 一些高度優化的專用功能模塊，如DSP（Digital Signal Processor）單元、RAM（Random Access Memory）塊、ROM（Read-Only Memory）塊以及時鍾管理單元（PLL/MMCM）等。瞭解這些硬核模塊的存在，對於設計高效的FPGA係統至關重要。 FPGA的開發流程概述： 從需求分析到最終比特流生成，FPGA的設計過程是一個嚴謹而係統的工程。本篇將對整個開發流程進行初步的介紹，包括： 需求分析與規格定義： 明確設計目標和功能需求。 硬件描述語言（HDL）設計： 使用Verilog或VHDL等語言描述硬件邏輯。 功能仿真： 在軟件環境中驗證設計邏輯的正確性。 綜閤（Synthesis）： 將HDL代碼轉換為門級網錶。 布局布綫（Place & Route）： 將門級網錶映射到FPGA的物理資源上。 時序約束與分析： 確保設計在目標時鍾頻率下可靠運行。 生成比特流（Bitstream）： 配置FPGA內部邏輯和互連。 硬件調試： 在實際FPGA闆上進行功能和性能驗證。 第二篇：FPGA設計的方法論——硬件描述語言與邏輯實現 本篇將聚焦於FPGA設計的核心工具——硬件描述語言（HDL），並探討如何通過HDL實現高效的邏輯設計。 Verilog/VHDL語言入門： 本節將深入介紹兩種主流的HDL語言：Verilog和VHDL。我們將從基本語法、數據類型、運算符、模塊實例化、端口連接等方麵進行詳細講解，並提供豐富的示例代碼，幫助讀者快速掌握HDL的編寫技巧。雖然兩種語言在語法上有所不同，但其核心思想是一緻的，讀者可以根據項目需求選擇閤適的語言。 組閤邏輯的設計與實現： 如何利用HDL描述組閤邏輯電路，如加法器、減法器、多路選擇器、譯碼器、編碼器等。我們將重點講解如何編寫可綜閤（Synthesizable）的HDL代碼，即能夠被綜閤工具正確地轉換為硬件電路的代碼。同時，還會介紹一些組閤邏輯設計的優化技巧。 序邏輯的設計與實現： 時序邏輯是實現狀態機和存儲功能的關鍵。本節將深入講解觸發器、寄存器、計數器、移位寄存器等基本時序電路的HDL實現方法。我們將重點介紹狀態機的設計，包括狀態轉移圖、狀態編碼、狀態機的HDL描述以及常見的狀態機模式（如Moore型和Mealy型）。 層次化設計與模塊化思想： 隨著設計規模的增大，采用層次化和模塊化的設計方法至關重要。我們將講解如何將復雜的係統分解成若乾個獨立的模塊，並通過實例化和端口連接將它們組閤起來，以提高設計的可讀性、可維護性和復用性。 信號同步與亞穩態問題： 在多時鍾域係統中，信號同步是必須解決的關鍵問題。本節將詳細闡述亞穩態（Metastability）産生的原理，以及常用的同步電路，如雙觸發器同步器、握手協議等，確保跨時鍾域信號傳輸的可靠性。 常用的HDL設計模式與技巧： 介紹一些在FPGA設計中被廣泛采用的優秀設計模式，例如流水綫（Pipeline）技術、數據路徑（Datapath）設計、控製器（Controller）設計等，以及一些提高代碼效率和可讀性的技巧，如參數化設計、生成語句（Generate Statement）等。 第三篇：FPGA設計的進階技術——綜閤、仿真與時序分析 本篇將深入探討FPGA設計流程中的關鍵環節，包括功能仿真、綜閤、布局布綫以及至關重要的時序分析。 功能仿真與驗證： 功能仿真是在軟件仿真器中驗證HDL代碼邏輯正確性的重要手段。我們將講解如何編寫測試平颱（Testbench），如何設置仿真激勵，以及如何分析仿真波形，確保設計的功能符閤預期。 綜閤（Synthesis）詳解： 綜閤是HDL代碼轉換為門級網錶的關鍵步驟。本節將深入講解綜閤工具的工作原理，包括邏輯優化、資源分配、時序優化等。我們將重點介紹如何編寫可綜閤的HDL代碼，避免使用綜閤工具無法識彆的結構，並講解如何通過約束文件（Constraints File）指導綜閤過程，以獲得更好的設計結果。 布局（Placement）與布綫（Routing）： 布局布綫是綜閤後的門級網錶在FPGA物理資源上進行映射和連接的過程。我們將講解布局布綫的目標，包括減小時序延遲、最小化功耗、減少布綫資源占用等。理解布局布綫的基本原理，有助於在設計中做齣更有利於工具優化的決策。 時序約束（Timing Constraints）與時序分析（Timing Analysis）： 時序是FPGA設計中最為關鍵的方麵之一。本節將詳細講解如何設置時序約束，例如時鍾周期約束、輸入輸齣延遲約束等。我們將深入分析靜態時序分析（STA）的原理，講解如何解讀時序報告，識彆時序違例（Timing Violations），並提供解決時序問題的常用方法，如流水綫優化、門控時鍾、異步復位等。 功耗分析與優化： FPGA的功耗是影響係統穩定性和成本的重要因素。本篇將介紹FPGA功耗的來源，以及如何通過設計手段和工具進行功耗分析與優化，例如降低時鍾頻率、減少不必要的邏輯翻轉、使用低功耗的IP核等。 第四篇：FPGA應用領域與實踐案例 本篇將帶領讀者瞭解FPGA在各個領域的廣泛應用，並通過具體的實踐案例，展示FPGA設計的魅力與價值。 FPGA在通信領域的應用： 從基站到路由器，FPGA在高速數據處理、信號調製解調、協議處理等方麵發揮著核心作用。我們將分析FPGA在4G/5G通信、光縴通信等領域的應用。 FPGA在嵌入式係統中的應用： FPGA作為嵌入式係統的核心控製器或加速器，為係統提供瞭強大的計算能力和靈活性。我們將探討FPGA在工業控製、醫療設備、消費電子等領域的應用。 FPGA在高性能計算（HPC）領域的應用： 憑藉其並行處理的優勢，FPGA在科學計算、金融建模、大數據分析等領域逐漸嶄露頭角，成為CPU和GPU的有力補充。 FPGA在圖像與視頻處理領域的應用： 高分辨率、高幀率的圖像和視頻處理需要強大的並行計算能力，FPGA在這方麵展現齣顯著優勢。我們將分析FPGA在視頻編解碼、圖像識彆、計算機視覺等方麵的應用。 FPGA係統集成與IP核的使用： 現代FPGA設計越來越傾嚮於采用IP核（Intellectual Property Core）來加速開發進程。本篇將介紹不同類型的IP核，以及如何有效地集成和使用IP核，構建復雜的FPGA係統。 從入門到進階的設計實踐： 本篇將通過幾個精心挑選的實踐案例，例如一個簡單的UART控製器、一個簡單的DRAM控製器、一個圖像濾波算法的FPGA實現等，詳細演示FPGA的設計流程和關鍵技術。這些案例將從需求分析、HDL編碼、仿真驗證到時序優化，為讀者提供一個完整的實踐指導，幫助讀者將理論知識轉化為實際動手能力。 本書力求全麵、係統地介紹FPGA設計的相關知識，從基礎概念到高級技術，再到實際應用。通過理論講解、方法論指導和豐富的實踐案例，希望能夠幫助讀者建立起對FPGA設計的深刻理解，掌握FPGA設計的方法和技巧，從而能夠獨立完成FPGA項目的設計與實現，在日新月異的電子科技領域，駕馭數字世界的無限可能。

評分☆☆☆☆☆

這本書的作者名字，張義和，在我看來，代錶著一種經驗的積纍和對技術的熱情。我之所以被這本書吸引，是因為我一直在尋找一本能夠提供深度見解的書籍，而不僅僅是停留在錶麵知識的介紹。我希望這本書能深入探討 FPGA 的架構，解釋不同類型的 FPGA 芯片（如 SRAM 型、Flash 型、Anti-fuse 型）的原理和優缺點，以及它們在不同應用場景下的選擇依據。同時，我也對 FPGA 的性能優化策略很感興趣，比如如何通過閤理的編碼技巧、時序約束的設置來提高設計速度和降低功耗。我期待書中能夠提供一些高級的主題，例如片上係統（SoC）的設計、軟核處理器（如 Nios II、MicroBlaze）的實現與應用，以及一些硬件加速技術的原理與實踐。當然，一本好的技術書籍離不開高質量的實例，我希望書中能提供一些有代錶性的項目案例，從設計思路到具體實現，都能夠提供詳盡的指導，讓我能夠邊學邊練，學以緻用。

評分☆☆☆☆☆

我對 FPGA 的興趣，很大程度上源於它在實現高性能計算和定製化硬件方麵的強大能力。這本書，一本以 FPGA 設計為主題的書籍，無疑是吸引我的重要因素。我希望它不僅僅是枯燥的理論堆砌，而是能夠真正做到理論與實踐相結閤。我期待書中能夠深入剖析 FPGA 的內部結構，例如 LUT（查找錶）、DFF（觸發器）、BRAM（塊 RAM）等基本邏輯單元的詳細工作原理，以及它們如何組閤成復雜的邏輯功能。我也希望書中能提供一些實際的項目案例，從一個簡單的 LED 閃爍程序，到一個更復雜的信號發生器或者圖像處理模塊，能夠逐步引導我完成一個完整的 FPGA 項目。我對 FPGA 在通信係統、數據采集、高速接口設計等方麵的應用尤其感興趣，希望書中能提供相關的設計思路和技術指導，讓我能夠將學到的知識應用到實際的項目開發中，真正體會到 FPGA 的魅力。

評分☆☆☆☆☆

我是一個對新技術充滿好奇的學生，正在攻讀電子工程專業。在學校的課程中，我接觸到瞭數字邏輯設計和一些基礎的硬件描述語言，但感覺離實際的 FPGA 應用還有一定的距離。這本書，ISBN 9787030376039，在我的眼裏，就像是一本通往 FPGA 世界的“秘籍”。我希望它能夠係統地介紹 FPGA 的基本工作原理，從最底層的邏輯單元構建，到如何通過 HDL 語言“指揮”這些邏輯單元完成復雜的任務。我特彆希望書中能有大量的代碼示例，而且是經過驗證、可以直接運行的，這樣我纔能更好地理解代碼與硬件之間的對應關係。同時，我也想瞭解 FPGA 在一些前沿領域的應用，比如人工智能硬件加速、物聯網設備開發等，這能讓我對自己的學習方嚮有更清晰的認識，也能激發我進一步深入研究的動力。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計就給我一種紮實、嚴謹的感覺，深藍色的背景搭配銀白色的字體，顯得相當專業。我選擇它，更多的是齣於對 FPGA 技術本身的濃厚興趣，以及想深入瞭解這個領域的學習路徑。市麵上關於 FPGA 的書籍不少，但能真正從基礎原理講透，又兼顧實際應用的書籍卻不常有。我希望這本書能夠成為我係統性學習 FPGA 的敲門磚，幫助我構建起紮實的理論基礎，理解其核心概念，比如邏輯門、時序邏輯、狀態機等等。同時，我也期待它能引導我熟悉 FPGA 的開發流程，從 HDL 語言（Verilog 或 VHDL）的編寫，到仿真、綜閤、布局布綫，再到最終的下載和調試，每一個環節都至關重要。我希望作者能夠用清晰易懂的語言，輔以必要的圖示和代碼示例，來闡釋復雜的概念，讓即使是初學者也能快速上手。我尤其關注 FPGA 在現代電子係統中的應用，比如在數字信號處理、通信係統、嵌入式係統等領域的應用，希望這本書能有所涉及，讓我看到 FPGA 的實際價值和廣闊前景。

評分☆☆☆☆☆

說實話，拿到這本書的時候，我對它的期待值還是挺高的。我是一名在職工程師，工作內容經常需要接觸到數字電路和嵌入式係統，而 FPGA 恰好是連接這兩者之間的一個關鍵環節。我希望這本書能夠幫助我梳理和完善我在 FPGA 方麵的一些零散知識，或者說，填補我知識體係中的一些空白。我尤其關注書中關於 FPGA 設計流程中的一些“最佳實踐”，例如如何進行有效的調試，如何處理時序違例，以及如何進行設計驗證。我還希望書中能介紹一些流行的 FPGA 開發工具（如 Xilinx Vivado、Intel Quartus Prime）的使用技巧和一些高級特性，讓我能夠更高效地完成我的工作。除瞭技術細節，我也希望這本書能夠傳遞一些關於 FPGA 設計哲學和工程實踐的經驗，比如如何平衡性能、功耗和成本，如何進行模塊化設計以提高代碼的可重用性和可維護性，這些都是在實際工作中非常寶貴的財富。