VHDL数字系统设计与高层次综合 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:电子工业

作者:林敏 方颖立

出品人:

页数:391

译者:

出版时间:2002-1

价格:33.00元

装帧:

isbn号码:9787505370944

丛书系列:

图书标签:

• 技术
• VHDL
• 数字系统设计
• 高层次综合
• FPGA
• Verilog
• 硬件描述语言
• 数字电路
• EDA
• 可编程逻辑器件
• 设计方法学
• 综合技术

现代电子系统设计与开发前沿：从算法到硬件实现 本书旨在为电子工程、计算机科学及相关领域的工程师、研究人员和高年级学生提供一个全面、深入且高度实用的指南，涵盖从系统级概念构建到最终硬件实现的完整流程。本书聚焦于现代数字系统设计中日益重要的前沿技术与方法论，特别强调算法效率、硬件资源优化以及面向未来技术（如异构计算和可重构架构）的设计实践。 第一部分：系统级概念与设计方法论的革新 本部分奠定了现代电子系统设计的理论基础，并探讨了应对日益复杂设计需求的全新范式。 第一章：复杂系统建模与抽象层次 系统级建模的必要性： 探讨为何在 RTL（寄存器传输级）之前，必须建立高效的系统级模型。分析传统方法在处理多域交互（如计算、存储、通信）时的局限性。 通信感知的系统设计（CSD）： 深入介绍如何将通信协议、带宽限制和延迟约束作为核心设计参数，而非事后考虑的优化项。讨论 NoC（网络芯片）和片上总线架构对整体系统性能的影响。 形式化验证与模型检查基础： 介绍使用数学方法描述系统行为的工具和技术，重点关注如何利用形式化方法来确保关键安全性和正确性属性，尤其是在处理并发和异步逻辑时。 第二章：高性能计算（HPC）的硬件加速基础 加速器架构概览： 对 GPU、FPGA 阵列、ASIC 以及专用指令集架构（ISA）进行对比分析。重点讨论何时选择可编程逻辑（FPGA）而不是固定功能 ASIC。 数据流编程范式： 详细阐述数据流图（Dataflow Graphs）在描述并行算法时的优势。讨论 Kahn 过程网络模型在调度复杂任务流中的应用。 内存访问优化与局部性原理： 深入研究如何设计缓存结构和内存访问策略，以最大化空间和时间局部性。分析数据预取机制的设计与实现。 第二部分：面向性能的硬件描述与抽象级实践 本部分深入探讨在 RTL 级别之上，如何使用更高级的语言和工具来提高设计效率和可维护性。 第三章：系统级描述语言（SDL）与行为建模 SDL 的特性与选型： 介绍 SystemC/TLM（事务级建模）在系统级验证和架构探索中的关键作用。强调 TLM 2.0 规范在建立不同抽象级别通信模型中的标准化实践。 事务级建模（TLM）的层次结构： 区分 LO（低级）、IT（约定级）和 GENERIC_PAYLOAD 级建模，并指导读者根据设计阶段选择合适的抽象级别。 功耗建模与分析： 介绍如何在系统级模型中嵌入功耗估算模型，以便在设计早期迭代中权衡性能与能耗。 第四章：高级综合（HLS）的理论与应用进阶 HLS 流程的深度解析： 不仅介绍 HLS 的基本操作，更深入探讨编译优化对最终硬件实现的影响。分析编译器如何执行循环展开、流水线化和资源共享。 指令级并行（ILP）的提取： 探讨如何通过代码结构（如依赖关系分析）来最大化 HLS 工具能够发现的并行性。分析关键路径的时序约束对 ILP 提取的制约。 数据类型和位宽的精确控制： 讨论定点数表示法（Fixed-Point Arithmetic）的设计与管理，以及如何利用工具的位宽优化特性，实现最小面积下的精确计算。 第三部分：专用计算架构与优化技术 本部分聚焦于特定应用领域中，如何构建高度优化的专用硬件模块。 第五章：并行计算的细粒度资源分配 多任务并发与调度器设计： 探讨在 FPGA 资源上实现实时操作系统（RTOS）或裸机调度器的设计原则。关注上下文切换的开销和硬件支持的需求。 流水线与循环展开的成本分析： 详细分析增加流水线深度（Latency vs. Throughput）和展开因子对 LUT、FFs、DSP 块资源占用的精确影响模型。 定制化指令集扩展（ISA Extension）： 介绍如何识别计算密集型任务，并通过定制指令集（而非通用指令）来显著提升特定算法的执行效率。 第六章：低功耗与可靠性设计实践 动态电压与频率调整（DVFS）的硬件实现： 探讨在可重构硬件上实现对不同模块实时应用不同工作频率和电压的策略。 错误检测与纠正（EDAC）机制： 针对存储器和关键路径逻辑，介绍 Hamming 码、循环冗余校验（CRC）在硬件层面的高效实现，以及对系统吞吐量的影响分析。 时序收敛的迭代方法： 讲解在复杂布局布线后，如何通过后仿真分析指导 RTL 级的微小修改，以满足苛刻的时序要求。 第四部分：集成与验证生态系统 本部分关注如何将设计流程无缝连接起来，并确保最终实现的高质量。 第七章：跨域接口与异构系统集成 标准接口协议实现： 深入分析 PCIe、AXI（Advanced eXtensible Interface）等主流片上/片间通信协议的硬件实现细节，包括仲裁、突发传输和事务管理。 处理器与加速器协同仿真： 介绍如何使用硬件虚拟化（如 QEMU 结合 HLS 模型）或 Co-simulation 平台，实现软件与加速硬件之间的精确交互验证。 固件/驱动层面的对接： 讨论如何设计与硬件寄存器映射一致的软件接口，确保操作系统或裸机代码能够正确配置和控制定制的加速逻辑。 第八章：高级验证策略与调试技术 基于属性的验证（ABV）与覆盖率驱动的测试： 介绍如何利用 SystemVerilog Assertions（SVA）等语言特性来描述设计意图，并构建高效的激励生成器。 调试的可观测性设计（Design For Debug - DfD）： 讲解如何在 RTL 或综合后的网表中嵌入 JTAG 接口、逻辑分析仪探针或专用的调试总线，以便在系统级发现深层次问题。 功率感知仿真与热分析： 介绍如何将 RTL 级功耗信息与物理设计工具输出的热模型相结合，预测实际工作环境下的可靠性边界。 本书的最终目标是培养读者超越传统 HDL 编码思维的能力，使其能够从系统架构、算法优化、资源约束和功耗预算的多个维度，对现代高性能、低功耗的数字电子系统进行全面且高效的设计与实现。

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