FPGA设计 张义和 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
• 嵌入式系统
• 张义和
• FPGA设计

店铺： 北京群洲文化专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030376039

商品编码：29330234521

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：

页码：

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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《深耕之道：硬件加速的智慧与实践》 一、 核心理念：化繁为简，驭繁为精 《深耕之道：硬件加速的智慧与实践》并非一本枯燥的技术手册，而是一次对“如何让计算更高效、更智能”这一根本性问题的深度探索。本书的核心理念在于“化繁为简，驭繁为精”。在信息爆炸、算力需求指数级增长的今天，传统的通用计算模式正面临瓶颈。如何突破这一瓶颈？答案在于硬件加速。本书将带领读者深入理解硬件加速的本质，揭示其背后蕴含的深刻设计哲学。 我们认为，高效的硬件设计并非简单的堆砌晶体管，而是对复杂系统进行精妙分解、抽象与优化的过程。如同精妙的钟表匠，每一个齿轮、每一根发条都恰到好处，共同奏响精准的时间乐章。本书将从这一视角出发，探讨如何将复杂的计算任务，通过硬件的语言，转化为高效、低功耗、低延迟的执行路径。这其中涉及到对算法特性的深刻洞察，对计算流程的细致拆解，以及对硬件资源的灵活调度。 “化繁为简”体现在对复杂算法进行抽象，提炼出最核心的计算单元，并用最直接、最有效的硬件结构来实现。这需要作者具备超越代码层面的视野，能够从数字逻辑的角度审视问题。而“驭繁为精”则是在有限的硬件资源下，通过精巧的设计，最大化其效能，实现“四两拨千斤”的效果。这不仅仅是工程技术的体现，更是一种艺术。 本书将循序渐进地引导读者建立起这种“硬件思维”：如何思考数据流，如何设计并行处理单元，如何优化时序，如何在有限面积内集成强大的功能。我们将强调的不是某个特定工具的使用技巧，而是贯穿于整个设计过程中的一种思考方式，一种解决问题的逻辑。 二、 内容纲要：理论基石与工程实践的融合 本书的结构设计旨在为读者构建一个全面而扎实的知识体系，从理论的基石出发，逐步深入到工程实践的细节。 第一部分：硬件加速的时代背景与理论基础 1. 算力浪潮下的挑战与机遇： 通用计算的局限性：摩尔定律放缓、功耗墙、阿姆达尔定律的约束。 专用硬件的兴起：AI芯片、HPC加速卡、通信协处理器等，为何需要它们？ 硬件加速的定义与范畴：计算密集型、数据密集型任务的硬件化。 从软件到硬件的思维转变：理解算法与硬件的交互。 2. 数字逻辑设计基础回顾与深化： 布尔代数、逻辑门、组合逻辑、时序逻辑的本质。 有限状态机（FSM）的设计与优化：如何用状态机描述和控制复杂的计算流程。 时钟与同步设计：亚稳态、时钟域交叉（CDC）问题的成因与规避。 组合逻辑与时序逻辑的权衡：速度、面积、功耗的考量。 3. 计算模型与架构的视角： 不同计算范式的比较：指令集并行（ILP）、线程级并行（TLP）、数据级并行（DLP）。 流水线（Pipelining）技术：原理、深度、冒险与解决。 并行处理架构：SIMD, MIMD, VLIW 的概念与应用场景。 内存层次结构与访问优化：缓存、预取、带宽的重要性。 第二部分：硬件加速的实现技术与方法论 1. 硬件描述语言（HDL）的应用精要： Verilog/VHDL 的核心概念：模块、端口、信号、赋值。 行为级、寄存器传输级（RTL）、门级描述的区别与联系。 高效RTL设计原则：可综合性、可读性、可维护性。 抽象层次的运用：参数化设计、层次化模块。 2. 面向硬件的算法设计（AAD）： 算法的硬件适应性分析：是否适合并行化、是否适合流水线。 算法重构与优化：将软件算法转化为硬件友好结构。 数据路径与控制路径的设计：分离与协同。 定点与浮点数的硬件实现：精度、性能、功耗的权衡。 3. 关键硬件加速模块的设计实例： 数据处理单元（DPU）设计： 算术逻辑单元（ALU）、乘法器、累加器等核心组件的设计与优化。 存储器接口与控制器设计： 高速接口（DDR、PCIe）的协议理解与数据传输优化。 DMA（Direct Memory Access）控制器： 解耦CPU与数据传输，提升系统效率。 通信接口与协处理器设计： 针对特定通信协议（如TCP/IP、Ethernet）的硬件卸载。 第三部分：硬件设计流程、验证与优化 1. 从设计到实现：综合、布局布线（P&R）的考量： 逻辑综合：将RTL代码转化为门级网表，优化目标（面积、时序、功耗）。 布局布线：将门级网表映射到物理器件，考虑布线延迟、时钟树。 时序约束与时序收敛：STA（Static Timing Analysis）的重要性，如何处理时序违例。 功耗分析与优化：静态功耗、动态功耗的来源，低功耗设计技术。 2. 硬件验证的艺术： 仿真验证：功能仿真、门级仿真、时序仿真。 形式验证：利用数学方法证明设计的正确性。 硬件测试与调试：JTAG、ILA（Integrated Logic Analyzer）的应用。 测试平台（Testbench）的设计：面向验证的HDL编程。 3. 性能调优与工程实践： 性能瓶颈分析：识别设计中的关键路径。 流水线优化：深度调整、转发逻辑。 并行度提升：增加计算单元、优化数据共享。 功耗管理策略：门控时钟、电源门控。 面积优化：资源共享、算法简化。 第四部分：高级议题与未来展望 1. 硬件/软件协同设计： 片上系统（SoC）架构：CPU、IP核、总线协同。 软硬件接口与通信协议。 嵌入式系统中的硬件加速应用。 2. 特定领域的硬件加速： AI/深度学习加速器设计： 卷积、矩阵乘法等算子的硬件实现。 网络处理加速： 包过滤、查找、加密解密等。 高性能计算（HPC）加速： 科学计算、数据分析。 3. 新兴技术与趋势： 异构计算与片上系统集成。 低功耗设计与边缘计算。 新兴存储器技术与内存墙的突破。 硬件安全与可信计算。 三、 读者对象：为何而读，读后何得 本书的目标读者群体广泛，涵盖了从初学者到资深工程师的各个层面。 计算机科学与电子工程专业的学生： 本书将为他们提供一个坚实的硬件加速理论基础，理解CPU之外的计算世界，为未来的技术选择和职业发展奠定基础。 软件工程师： 学习硬件加速，能够帮助他们更深入地理解程序的性能瓶颈，甚至参与到软硬件协同设计中，编写出对硬件更友好的代码，或者指导硬件团队进行针对性优化。 硬件工程师（FPGA/ASIC）： 本书将深化他们对硬件设计原理的理解，提供更系统的设计方法论和工程实践技巧，帮助他们提升设计效率和性能。 AI、通信、高性能计算等领域的研发人员： 了解硬件加速的原理，能够帮助他们更好地与硬件工程师协作，设计出满足特定应用需求的加速方案。 对高性能计算和底层技术感兴趣的任何人士： 本书将以通俗易懂的方式，揭示现代计算的幕后英雄——硬件加速的魅力。 读后收获： 建立“硬件思维”： 能够从数字逻辑和并行计算的角度审视问题，将软件算法转化为高效的硬件实现。 掌握硬件加速的关键技术： 深入理解流水线、并行处理、内存访问优化等核心概念。 熟悉硬件设计流程与工具链： 了解从RTL设计到最终实现的关键环节。 掌握验证与调试的方法： 能够有效地测试和验证硬件设计的正确性。 提升设计效率与性能： 学会通过各种技术手段优化硬件设计的速度、功耗和面积。 开阔视野： 了解硬件加速在AI、通信、HPC等前沿领域的应用，为未来的技术发展和职业规划提供指引。 四、 写作风格：深入浅出，循序渐进 本书的写作风格将力求“深入浅出，循序渐进”。我们不会回避技术细节，但会以清晰的逻辑、生动的类比和恰当的图示来解释复杂的概念。例如，在讲解流水线时，我们会用生产线的比喻来解释其工作原理；在讨论功耗优化时，我们会分析不同电路单元的功耗构成。 本书强调理论与实践的结合。每一个理论概念的提出，都会紧随其后的工程实践或设计实例。我们鼓励读者在阅读的同时，动手实践，将所学知识应用于实际的设计流程中。 本书的目的是培养读者解决问题的能力，而不仅仅是传授知识。我们希望通过本书，读者能够掌握一种系统性的思考和设计方法，在面对新的技术挑战时，能够游刃有余。 五、 结语：迈向高效计算的征途 在计算需求日益增长的今天，硬件加速已不再是可有可无的附加项，而是驱动技术进步的关键引擎。《深耕之道：硬件加速的智慧与实践》旨在为读者提供一条清晰的学习路径，带领大家深入探索硬件加速的奥秘。我们相信，通过对本书的学习，您将能够更深刻地理解现代计算的基石，并为构建更高效、更智能的未来计算系统贡献力量。这是一次关于智慧、关于实践、关于未来的深度对话，期待与您一同开启这段激动人心的探索之旅。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的最深刻的感受，是一种“学以致用”的成就感。在阅读的过程中，我并非被动地接受信息，而是积极地将书中的概念和方法应用到实际的练习中。书中提供的丰富示例代码，不仅仅是演示，更是我理解复杂逻辑的绝佳工具。我曾尝试着复现书中一些经典的设计，例如简单的计数器、状态机，甚至是一些基础的通信协议模块。每当我成功地将代码在FPGA开发板上运行起来，看到预期的结果时，那种喜悦感是无与伦比的。这本书的强大之处在于，它非常注重实战性，从原理讲解到具体实现，再到调试验证，都给出了详尽的指导。让我印象深刻的是，书中在讲解某个功能时，会先阐述其背后的理论基础，然后给出多种不同的实现方式，并分析它们各自的优缺点，这极大地拓宽了我的设计思路。此外，书中还分享了一些宝贵的工程经验，例如如何优化代码以提高性能，如何进行有效的仿真和验证，这些都是课堂上学不到的宝贵财富。这本书不仅仅是一本技术书籍，更像是一位经验丰富的导师，在我学习FPGA的道路上给予了我最切实的帮助。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的评价，可以用“拨云见日”来形容。在接触FPGA之前，我一直觉得这个领域充满了神秘感，各种专业术语和设计流程让我望而却步。然而，这本书的出现，彻底改变了我的看法。作者以一种非常易于理解的方式，将FPGA设计的复杂概念层层剥开。无论是数字逻辑的基础，还是高级的设计技巧，都得到了清晰而有条理的阐释。我特别喜欢书中对FPGA内部架构的讲解，让我对FPGA的本质有了更深的理解，也明白了为什么有些设计会比其他设计更有效率。书中不仅仅停留在理论层面，更是通过大量的图示和代码示例，将抽象的概念具象化，让读者能够直观地感受到逻辑是如何在硬件中实现的。我曾花了不少时间去理解书中关于并行处理和流水线设计的概念，通过作者的讲解，我终于明白了如何利用FPGA的并行性来大幅提升计算效率。这本书的优点在于，它能够照顾到不同层次的学习者，既有适合初学者的入门内容，也有能让有经验的工程师们获得启发的深入探讨。总而言之，这本书让我对FPGA设计不再感到畏惧，而是充满了探索的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我深切体会到了“融会贯通”的含义。在学习FPGA的过程中，我曾经尝试过阅读一些网络上的零散资料，但总觉得缺乏系统性和深度。直到我遇到这本书，它就像一座知识的金矿，将FPGA设计的方方面面都以一种非常有条理的方式呈现出来。书中不仅仅局限于某个特定的技术点，而是将理论知识、实践操作、以及一些工程上的考量有机地结合在一起。我特别喜欢书中关于时序分析的部分，这对于FPGA设计来说至关重要，也是许多初学者容易忽视的难点。作者以极高的专业素养，将复杂时序约束、时钟域交叉、以及潜在的时序违例问题解释得淋漓尽致，并提供了行之有效的解决策略。这让我明白，FPGA设计不仅仅是写出能综合的代码，更重要的是要确保设计的稳定性、效率和可靠性。书中还涉及到了一些高级的应用场景，例如DSP、接口设计等，这些内容为我打开了新的视野，让我看到了FPGA在通信、图像处理、嵌入式系统等领域的巨大潜力。尽管某些章节我还需要反复钻研，但整体而言，这本书为我构建了一个扎实的FPGA设计知识体系，让我受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

这本书如同一扇窗，让我得以窥探FPGA设计的奇妙世界。我并非科班出身，接触FPGA纯属偶然，起初面对着那些晦涩的术语和复杂的逻辑图，感到无从下手。然而，当我翻开这本书时，一股清晰的思路便在我脑海中缓缓展开。作者并没有一上来就堆砌那些令人生畏的理论，而是循序渐进地从最基础的概念讲起，仿佛一位耐心的老师，一点点地引导我认识FPGA的本质，以及它在现代电子工程中扮演的重要角色。书中对硬件描述语言（HDL）的讲解尤为细致，无论是Verilog还是VHDL，作者都用生动形象的例子来解释其语法和应用，让我这个初学者也能快速理解并掌握。我尤其欣赏的是，书中没有将HDL仅仅作为一种代码编写工具，而是深入剖析了HDL背后所蕴含的逻辑思想，如何将抽象的算法转化为具体的硬件实现。这种“从理解到实现”的路径，让我不再是被动地模仿，而是能够主动地思考和设计。读这本书的过程，就像在构建一个精密的数字王国，每一行代码，每一个逻辑单元，都充满了智慧的闪光。即便我现在还不能完全领会书中所有高深的技巧，但至少，我已经迈出了坚实的第一步，对FPGA设计充满了更深的敬意和学习的热情。

评分☆☆☆☆☆

这本书如同一本精心打磨的艺术品，每一页都散发着智慧的光芒。我之所以这样说，是因为作者在讲解FPGA设计过程中，不仅仅是传递知识，更是一种对工程思维和严谨态度的培养。书中对每个设计细节的考量，都体现了作者深厚的功底和丰富的实践经验。我尤其欣赏书中对于“设计方法学”的强调，它引导我去思考如何更有效地进行项目规划、模块划分、以及团队协作。书中关于低功耗设计和高可靠性设计的章节，让我意识到，在实际工程项目中，除了功能实现，还有很多其他重要的因素需要考虑。我曾尝试着运用书中介绍的一些优化技巧来改进我之前的一些小型设计，发现效果显著。这本书并没有回避FPGA设计中的难点，相反，它会直面这些挑战，并提供清晰的解决方案。例如，在讲解异步复位和同步复位时，作者不仅解释了它们的工作原理，还深入分析了在不同应用场景下的选择依据。这种深入的洞察力，让我不再满足于表面的理解，而是能够更深层次地思考问题的本质。这本书给我带来的，不仅仅是技术的提升，更是一种对工程伦理和职业素养的提升。