基于FPGA的工程设计与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:西安电科大

作者:王彦

出品人:

页数:497

译者:

出版时间:2007-5

价格:53.00元

装帧:

isbn号码:9787560617893

丛书系列:

图书标签:

• fpga
• FPGA
• FPGA
• 数字电路
• Verilog
• VHDL
• 工程设计
• 嵌入式系统
• 硬件设计
• 可编程逻辑
• 电子工程
• 实践应用

电子系统设计与实现：从理论到实践的桥梁 图书简介 本书旨在为电子工程、计算机科学以及相关领域的研究人员、工程师和学生提供一套全面且深入的电子系统设计与实现方法论。我们关注的重点是理论基础的扎实构建与实际工程问题的解决能力的培养，尤其侧重于传统硬件描述语言（HDL）的设计流程、现代集成电路（IC）的架构原理，以及新兴的嵌入式系统在高性能计算中的应用。 第一部分：数字逻辑基础与硬件描述的艺术 本部分是理解现代电子系统的基石。我们不满足于简单的布尔代数回顾，而是深入探讨组合逻辑电路的优化技术，如卡诺图在高维空间中的扩展应用，以及Quine-McCluskey算法在自动化逻辑综合中的作用。重点剖析时序逻辑电路的设计陷阱，包括锁存器与触发器的区别、亚稳态的成因与消除、以及建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的严格约束。 随后，我们将详尽阐述硬件描述语言（HDL）在抽象层面的应用。我们选择 VHDL 和 Verilog 作为核心载体，但更侧重于“行为级”与“结构级”描述的精确映射关系。书中将引入延迟模型的概念，分析不同描述风格（例如，使用 `generate` 块的参数化设计、使用有限状态机 FSM 的同步与异步控制）对最终门级网表生成和时序收敛性的深远影响。特别地，我们引入了高层次综合（HLS）的设计范式导论，探讨如何使用 C/C++ 等高级语言描述硬件意图，并将其映射到 RTL 级别，以加速设计迭代周期。 第二部分：系统级架构与性能分析 成功的电子系统设计不仅仅是逻辑功能的实现，更是对系统级架构权衡的艺术。本部分将系统地解构现代处理器和专用计算加速器的核心组件。 深入剖析流水线（Pipelining）技术，从基本的指令级流水线到深度流水线的冲突解决机制（数据冒险、控制冒险）。书中详细分析了超标量（Superscalar）架构的执行单元分配、指令发射策略，以及分支预测单元（如TAGE预测器）的设计与性能评估。 性能分析是本部分的核心。我们引入了时序分析（Timing Analysis）的严谨方法，包括静态时序分析（STA）的流程，如何利用时序报告（Timing Report）来诊断和修复关键路径问题。此外，我们探讨了功耗优化的策略，如时钟门控（Clock Gating）、电源门控（Power Gating）在不同层次（门级、寄存器传输级）的应用，并引入了动态电压与频率调节（DVFS）在嵌入式平台上的实现思路。 第三部分：内存子系统与数据流管理 现代计算的瓶颈往往不在于计算单元本身，而在于数据如何在内存层次结构中高效地流动。本部分致力于揭示内存子系统的复杂性。 详细介绍了缓存（Cache）的工作原理，包括地址映射方式（直接映射、组相联、全相联）、写策略（写回、直写）、以及写缓冲区的作用。我们对多级缓存一致性协议（如 MESI 协议）进行了深入的建模与仿真分析，探讨了在多核或多处理器系统中保持数据一致性的挑战。 此外，本书涵盖了存储器层次的优化。这包括如何设计高效的DMA（直接内存访问）控制器以卸载 CPU 的数据搬运负担，以及如何利用突发传输（Burst Transfer）和预取（Prefetching）机制来隐藏内存访问延迟。对于需要处理大量数据的应用（如图像处理或信号分析），本书还将介绍片上存储器（On-Chip Memory）的设计，包括 Scratchpad Memory 的定制与管理。 第四部分：接口、通信与互连技术 电子系统通常需要与外部世界进行高效、可靠的通信。本部分聚焦于标准接口协议和片上互连网络（NoC）。 全面梳理了串行与并行通信接口的设计原理，包括对 PCIe、USB 3.0/4.0 等高速串行协议的物理层与链路层关键技术（如均衡、差分信号）的解析。 在系统内部，随着 SoC 复杂度的增加，片上网络（Network-on-Chip, NoC）已成为主流互连方案。我们详细介绍了 NoC 的拓扑结构（如 Mesh、Torus），路由算法（如 XY 路由、自适应路由），以及流控机制（如 Credit-based Flow Control）。本书将提供一个基于交换结构（Switching Fabric）的 NoC 模型，用于分析端到端延迟和带宽。 第五部分：验证、测试与系统集成 一个功能正确的设计必须经过严格的验证和测试。本书的最后部分强调了工程实践中的质量保障。 我们将重点介绍仿真与验证的层次化方法。从 RTL 级别的波形验证到系统级的功能验证，涵盖了测试平台（Testbench）的设计，包括激励生成、参考模型对比和覆盖率分析。我们深入探讨了约束随机验证（CRV）的理念，以及如何利用 UVM（Universal Verification Methodology）等高级验证方法论来管理日益增长的设计复杂性。 在可制造性和可靠性方面，本书讲解了DFT（Design for Testability）的基本概念，如扫描链（Scan Chain）的插入和BIST（Built-In Self-Test）的设计，确保芯片在制造后能够被有效测试。 最后，本书将引导读者关注系统集成的挑战，包括固件与硬件的协同启动（Boot Process）、跨时钟域（CDC）信号的处理与同步，以及在实际部署中进行硬件调试与故障隔离的实用技巧。 本书结构严谨，注重将深奥的理论知识转化为可操作的工程步骤，是希望精进自身在复杂数字系统设计能力，并理解现代高性能电子系统底层机制的读者的理想参考资料。

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这本书的封面设计，采用了一种沉稳而富有科技感的蓝色调，搭配着电路板的抽象线条，瞬间就吸引了我。我是一位在嵌入式系统领域摸索了几年的工程师，一直对FPGA的强大能力感到好奇，但苦于缺乏系统性的入门指导。市面上关于FPGA的书籍不少，但很多要么过于理论化，要么过于偏重某个特定的应用方向，很难找到一本能够兼顾理论基础和实际工程应用的。当我偶然翻到这本书时，我被它的副标题——“工程设计与应用”——所吸引。这不正是我一直以来所寻找的那种，能够将FPGA的精妙原理与实际工程问题相结合的读物吗？我迫切地想知道，它是否能够真正地帮助我跨越从理论到实践的鸿沟，让我能够自信地运用FPGA解决我工作中的实际挑战。它是否能教会我如何从零开始，设计一个复杂的FPGA项目，从需求分析到最终的硬件实现？它是否会涉及常用的FPGA开发流程、设计方法学，以及一些在实际项目中经常会遇到的问题和解决方案？我非常期待它能够带来启发，也许其中某个章节的案例分析，就能点亮我一直困扰的某个技术难题，或者为我打开一个全新的思路。

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作为一个对FPGA充满热情但尚未深入实践的学生，我希望这本书能够成为我通往FPGA工程师之路的“领路人”。我最看重的是它能否提供一个扎实的基础理论体系，让我能够理解FPGA工作的底层逻辑，而不是仅仅停留在“调包”的层面。同时，我也希望它能提供大量贴近实际工程的例子，让我能够将理论知识转化为实际动手能力。我一直在思考，一本优秀的FPGA教材，应该如何平衡理论与实践？它是否会从最基本的逻辑门、触发器讲起，逐步深入到更复杂的数字系统设计？它是否会讲解各种常用的IP核，以及如何有效地利用它们来加速设计进程？我尤其希望书中能够包含一些关于FPGA功耗管理和热设计方面的讨论，这在很多实际应用中都是非常重要的考量因素。如果它还能指导我如何进行有效的单元测试和系统级验证，那将大大提高我的设计信心。

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我是一位对嵌入式系统开发有浓厚兴趣的爱好者，长期以来，我一直希望能够将FPGA的力量融入到我的项目中。我一直认为，FPGA的灵活性和并行处理能力，能够为我提供传统微处理器和微控制器所不具备的强大功能。我迫切地希望这本书能够深入讲解FPGA如何与微处理器协同工作，例如，如何设计一个FPGA加速器，并将其集成到嵌入式系统中。我也对书中是否会涉及FPGA在实时操作系统（RTOS）下的应用感兴趣，以及如何利用FPGA来实现低延迟、高吞吐量的数据交互。此外，我还希望它能够包含一些关于FPGA在物联网（IoT）应用中的案例，例如，如何利用FPGA实现高效的传感器接口和数据采集，以及如何进行低功耗设计。我希望这本书能够为我打开一扇新的大门，让我能够创造出更具创新性和高性能的嵌入式系统。

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我对 FPGA 的学习，很大程度上受到了我对计算机体系结构和数字逻辑设计浓厚兴趣的驱动。我一直想深入理解，究竟是什么样的硬件结构，使得 FPGA 能够如此灵活地实现各种复杂的数字逻辑功能。我期待这本书能够提供足够深入的理论讲解，例如，详细剖析 FPGA 内部的查找表（LUT）、寄存器、分布式 RAM、DSP 模块等基本构建单元的工作原理，以及它们是如何被逻辑综合工具组合起来，形成最终的逻辑电路。同时，我也希望书中能够涵盖一些关于 FPGA 编程模型和设计范式的探讨，例如，如何有效地利用流水线技术、并行处理技术来提升设计的性能。如果书中还能介绍一些关于 FPGA 在高性能计算、网络通信、信号处理等领域的经典应用案例，并深入分析其设计思路和技术亮点，那将是我莫大的收获。

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我是一位在工业自动化领域工作的工程师，近年来，随着智能制造和工业互联网的兴起，FPGA在工业控制、数据采集和实时通信等方面的应用越来越广泛。我一直关注着FPGA技术在这一领域的最新进展，并渴望能够掌握相关的设计技能。因此，我非常期待这本书能够深入探讨FPGA在工业自动化领域的具体应用。例如，它是否会讲解如何利用FPGA实现高精度的运动控制？如何利用FPGA进行实时的传感器数据融合和处理？又或者，它是否会涉及到FPGA在工业以太网通信协议（如Profinet、EtherNet/IP）中的应用？我非常希望这本书能够提供一些与工业现场紧密结合的案例，能够帮助我理解FPGA如何克服工业环境的严苛挑战，例如抗干扰、高可靠性等。如果书中能够提供一些与具体工业产品相关的设计思路和实现方法，那将对我个人的职业发展起到巨大的推动作用。

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我是一名对高性能计算和人工智能领域非常感兴趣的初学者，一直听说FPGA在加速这些领域的计算任务方面具有得天独厚的优势。我非常好奇，这本书是否会深入探讨FPGA在这些新兴技术中的应用。例如，它是否会讲解如何利用FPGA来实现深度学习推理加速？如何利用FPGA来构建高性能的数字信号处理（DSP）模块，以支持复杂的AI算法？或者，它是否会涉及到FPGA在机器学习模型训练或数据预处理中的角色？我希望这本书能够不仅仅停留在FPGA本身的硬件设计层面，更能拓展到如何将FPGA与这些前沿技术相结合，提供一些实际的设计思路和案例。我希望通过这本书，我能够理解FPGA在构建下一代高性能计算平台中所扮演的关键角色，并能够学习到一些实用的设计方法，为我未来的研究和开发打下坚实的基础。

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翻开这本书，我首先被其清晰的目录结构所打动。它似乎循序渐进地引导读者进入FPGA的世界，从基础概念的讲解，到具体的设计流程，再到各种实际应用场景的剖析。我特别留意到其中一些章节的标题，比如“FPGA架构解析与硬件描述语言基础”、“时序约束与优化”、“IP核的设计与集成”等等。这些都是我在实际工作中经常会遇到的核心技术点。我从事的是通信设备的设计，对于高速数据处理和信号集成有非常高的要求，而FPGA正是实现这些功能的理想平台。我一直想深入理解FPGA内部的逻辑结构，以及如何通过硬件描述语言（HDL）来高效地表达我的设计意图。更重要的是，我一直对时序约束和性能优化感到头疼，如何确保我的设计在最高频率下稳定运行，是衡量一个FPGA工程师水平的关键。这本书如果能提供一套行之有效的方法论，并且通过具体的案例来演示如何进行时序分析和优化，那对我来说将是无价的。我希望它不仅仅是理论的堆砌，更能提供一些实用的技巧和经验，让我少走弯路。

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这本书的篇幅看起来相当可观，这让我对内容的深度和广度充满了期待。我希望它能涵盖多种FPGA厂商的器件特点，或者至少能够以一种通用性的方式来讲解FPGA的设计原理，这样我就可以将学到的知识灵活地应用于我熟悉的开发平台。在我看来，一本好的FPGA工程设计书籍，不仅仅要讲清楚“是什么”，更要讲清楚“怎么做”。它应该像一位经验丰富的导师，能够手把手地教导读者如何从构思到实现，一步步地完成一个完整的FPGA项目。我特别关注书中是否会提供一些经典的FPGA设计案例，例如图像处理、通信协议处理、或者一些嵌入式控制系统等。这些案例的复杂程度和实用性，将直接决定这本书的学习价值。我希望这些案例能够足够贴近实际工程应用，并且能够详细地展示设计过程中的每一个关键环节，包括需求分析、架构设计、代码编写、仿真验证、以及最终的硬件调试。

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在我过去的几段工作经历中，我曾多次接触过FPGA，但大多是作为应用工程师，负责使用现有的IP核或进行简单的逻辑修改。我一直渴望能够更深入地理解FPGA的设计原理，并能够独立完成更复杂的FPGA项目。这本书的出现，让我看到了实现这一目标的希望。我希望它能够详细讲解FPGA的开发流程，从需求分析、架构设计，到HDL编程、仿真验证，再到时序约束、综合布局布线，最后到芯片的配置和调试。我尤其关注书中关于“调试”的部分，这往往是FPGA项目中最为耗时和困难的环节。如果它能提供一些行之有效的调试技巧和工具使用指南，那将对我帮助巨大。我希望这本书能够让我从一个FPGA的使用者，变成一个FPGA的设计者，能够更加自信地面对复杂的工程挑战。

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作为一名软件工程师，我一直对硬件与软件的融合充满好奇，而FPGA正是连接这两个世界的桥梁。我希望这本书能够帮助我理解，如何从软件工程师的角度来思考FPGA设计，如何将软件开发的思维模式迁移到硬件设计中。我特别关注书中是否会讲解如何利用高级综合（HLS）技术，通过C/C++等语言来描述FPGA逻辑，这对于我们软件工程师来说，无疑大大降低了FPGA设计的门槛。同时，我也希望书中能够深入探讨FPGA在嵌入式系统中的软件和硬件协同设计，例如，如何设计一个高效的软核处理器，以及如何在其上运行用户程序。我期待这本书能够为我提供一套完整的学习路径，让我能够逐步掌握FPGA的设计精髓，并能够将我的软件开发经验与FPGA的强大功能相结合，创造出更具竞争力的产品。

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VHDL的例子，很多。

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