全新正版 Intel FPGA/CPLD設計 高級篇 王江宏,蔡海寜,顔遠,王誠,吳繼華 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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王江宏，蔡海寜，顔遠，王誠，吳繼華 著

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• 王江宏
• 蔡海寜
• 顔遠
• 王誠
• 吳繼華
• 數字電路
• 硬件設計
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• 開發指南

店鋪： 久點圖書專營店

齣版社： 人民郵電齣版社

ISBN：9787115466785

商品編碼：29524687472

包裝：平裝

齣版時間：2017-09-01

基本信息

書名：全新正版 Intel FPGA/CPLD設計 高級篇

定價：59.00元

作者：王江宏,蔡海寜,顔遠,王誠,吳繼華

齣版社：人民郵電齣版社

齣版日期：2017-09-01

ISBN：9787115466785

字數：

頁碼：

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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Intel公司審校，Intel資-深FAE傾力打造，權-威的Intel器件類圖書Intel公司推薦FPGA/CPLD培訓教材深入討論Intel FPGA/CPLD設計和優化技巧掃碼下載所有實例的完整工程、源代碼和使用說明文件

內容提要

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本書作者憑藉多年工作經驗，深入地討論瞭Intel FPGA/CPLD的設計和優化技巧。在討論FPGA/CPLD設計指導原則的基礎上，介紹瞭Intel FPGA器件的高-級應用；引-領讀者學習邏輯鎖定設計工具，詳細討論瞭時序約束與靜態時序分析的方法；針對市場應用需求，分彆介紹瞭SoC FPGA和OpenCL係統應用技術；結閤實例討論如何進行設計優化，介紹瞭Intel的可編程器件的高-級設計工具與係統級設計技巧。本書所有實例的完整工程、源代碼和使用說明文件，都以雲存儲的方式存放在雲端，讀者可以通過掃描二維碼的方式進行下載。本書可作為高等院校通信工程、電子工程、計算機、微電子與半導體等專業的教材，也可作為硬件工程師和IC工程師的實用工具書。

目錄

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章可編程邏輯設計指導原則1

1.1可編程邏輯基本設計原則1

1.1.1麵積和速度的平衡與互換原則1

1.1.2硬件原則11

1.1.3係統原則13

1.1.4同步設計原則16

1.2可編程邏輯常用設計思想與技巧19

1.2.1乒乓操作19

1.2.2串並轉換21

1.2.3流水綫操作21

1.2.4異步時鍾域數據同步22

1.3Altera推薦的Coding Style26

1.3.1Coding Style的含義27

1.3.2結構層次化編碼（Hierarchical Coding）27

1.3.3模塊劃分的技巧（Design Partitioning）28

1.3.4組閤邏輯的注意事項29

1.3.5時鍾設計的注意事項32

1.3.6全局異步復位資源38

1.3.7判斷比較語句case和if...else的優先級39

1.3.8使用Pipelining技術優化時序39

1.3.9模塊復用與Resource Sharing39

1.3.10邏輯復製41

1.3.11香農擴展運算43

1.3.12信號敏感錶45

1.3.13狀態機設計的一般原則46

1.3.14Altera Megafunction資源的使用48

1.3.15三態信號的設計48

1.3.16加法樹的設計49

1.4小結51

1.5問題與思考52

第2章Altera器件高級特性與應用53

2.1時鍾管理53

2.1.1時序問題53

2.1.2鎖相環應用60

2.2Arria10硬浮點數字信號處理模塊69

2.2.1硬浮點DSP塊介紹69

2.2.2Altera FPGA中浮點DSP實現的演進69

2.2.3硬浮點DSP的優勢70

2.2.4Xilinx Ultrascale DSP48E274

2.3片外高速存儲器74

2.3.1外部存儲接口方案的關鍵特性74

2.3.2支持的存儲標準75

2.3.3存儲接口寬度75

2.3.4I/O管腳76

2.3.5外部存儲接口IP支持類型76

2.3.6Arria10外部存儲接口架構78

2.4Hybrid Memory Cube83

2.4.1存儲帶寬麵臨的挑戰83

2.4.2HMC的優勢84

2.4.3Altera HMC交互操作平颱85

2.4.4Altera HMC路標87

2.4.5網絡係統應用案例88

2.5Altera JESD204B Megacore90

2.5.1基本介紹90

2.5.2功能描述94

2.5.3Debug指導97

2.6高速串行收發器100

2.6.1Arria10 Transceiver概述100

2.6.2Transceiver設計流程104

2.6.3PLL和時鍾網絡107

2.6.4復位Transceiver通道112

2.6.5重配接口和動態重配115

2.6.6校準118

2.7小結119

2.8問題與思考119

第3章SoC FPGA嵌入式設計基礎120

3.1SoC FPGA簡介120

3.1.1SoC FPGA係列器件組閤120

3.1.2SoC FPGA的工具和軟件124

3.1.3SoC FPGA的生態係統124

3.2基於ARM Coretex A9 MPCore的硬件處理係統126

3.2.1硬核處理器係統框圖與係統集成127

3.2.2Endian支持129

3.2.3HPS-FPGA橋接129

3.2.4HPS地址映射130

3.3Qsys係統集成工具131

3.3.1Qsys簡介131

3.3.2在Qsys中例化硬核處理器係統組件132

3.4SoC嵌入式設計套裝 (Embedded Design Suite)140

3.4.1SoC EDS介紹140

3.4.2Embedded Command Shell143

3.4.3ARM DS-5 AE143

3.4.4啓動工具使用指南144

3.4.5硬件庫（Hardware Library）145

3.4.6HPS Flash編程器146

3.4.7裸金屬編譯器147

3.4.8Linux軟件開發工具147

3.5小結148

3.6問題與思考148

第4章時序約束與時序分析149

4.1時序約束與時序分析基礎149

4.1.1周期與高頻率150

4.1.2利用Quartus II工具分析設計152

4.1.3時鍾建立時間155

4.1.4時鍾保持時間156

4.1.5時鍾輸齣延時156

4.1.6引腳到引腳的延遲157

4.1.7Slack157

4.1.8時鍾偏斜158

4.1.9Quartus II 時序分析工具和優化嚮導158

4.2設置時序約束的常用方法159

4.2.1指定全局時序約束160

4.2.2指定個彆時鍾約束164

4.3高級時序分析172

4.3.1時鍾偏斜172

4.3.2多時鍾域174

4.3.3多周期約束174

4.3.4僞路徑181

4.3.5修正保持時間違例183

4.3.6異步時鍾域時序分析184

4.4小化時序分析185

4.5使用Tcl工具進行高級時序分析186

4.6TimeQuest簡介187

4.7小結190

4.8問題與思考190

第5章設計優化191

5.1解讀設計191

5.1.1內部時鍾域192

5.1.2多周期路徑和僞路徑193

5.1.3I/O接口的時序要求194

5.1.4平衡資源的使用194

5.2設計優化的基本流程和編譯195

5.2.1設計優化基本流程195

5.2.2編譯的約束和設置196

5.2.3查看編譯報告198

5.3資源利用優化200

5.3.1設計代碼優化201

5.3.2資源重新分配201

5.3.3解決互連資源緊張的問題203

5.3.4邏輯綜閤麵積優化203

5.3.5網錶麵積優化207

5.3.6寄存器打包209

5.3.7Quartus II中的資源優化顧問211

5.4I/O時序優化211

5.4.1執行時序驅動的編譯211

5.4.2使用IOE中的觸發器212

5.4.3可編程輸入/輸齣延時215

5.4.4使用鎖相環對時鍾移相217

5.4.5其他I/O時序優化方法218

5.5高時鍾頻率優化219

5.5.1設計代碼優化219

5.5.2邏輯綜閤速度優化225

5.5.3布局布綫器設置227

5.5.4網錶優化和物理綜閤228

5.5.5使用LogicLock對局部進行優化233

5.5.6位置約束、手動布局和反標注234

5.5.7Quartus II中的時序優化顧問235

5.6使用DSE工具優化設計236

5.6.1為什麼需要DSE236

5.6.2什麼是DSE，如何使用236

5.7如何減少編譯時間238

5.8設計優化實例239

5.9小結242

5.10問題與思考243

第6章Altera OpenCL開發套件和其他高級工具244

6.1命令行與Tcl腳本244

6.1.1命令行腳本245

6.1.2Tcl腳本249

6.1.3使用命令行和Tcl腳本253

6.2DSP Builder工具254

6.2.1DSP Builder設計流程254

6.2.2與SOPC Builder一起構建係統258

6.3Altera OpenCL軟件開發套件259

6.3.1OpenCL基本介紹259

6.3.2OpenCL架構260

6.3.3AOCL的安裝和應用264

6.3.4AOCL FPGA編程267

6.4小結272

6.5問題與思考272

第7章FPGA係統級設計技術273

7.1信號完整性及常用I/O電平標準273

7.1.1信號完整性273

7.1.2單端標準278

7.1.3差分標準282

7.1.4僞差分標準285

7.1.5片上終端電阻285

7.2電源完整性設計286

7.2.1電源完整性286

7.2.2同步翻轉噪聲287

7.2.3非理想迴路290

7.2.4低阻抗電源分配係統293

7.3功耗分析和熱設計297

7.3.1功耗的挑戰297

7.3.2FPGA的功耗297

7.3.3熱設計299

7.4SERDES與高速係統設計301

7.4.1SERDES的基本概念302

7.4.2Altera Stratix IV GX中SERDES的基本結構305

7.4.3典型高速係統應用框圖舉例311

7.4.4高速PCB設計注意事項315

7.5小結317

7.6問題與思考318

作者介紹

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王誠：西安電子科技大學/通信與電子信息係統/碩士 高-級工程師 Lattice公司中國區總經理，工作經驗豐富研究領域：擴頻通信、CDMA通信、3G基帶設計、FPGA/數字ASIC設計、優化、驗證取得成果：兩項WCDMA實現技術發明人，在一級期刊上發錶多篇CDMA技術論文，發錶數篇外FPGA/ASIC設計技術研討會論文，編寫圖書《FPGA/CPLD設計工具──Xilinx ISE 使用詳解》、《Altera FPGA/CPLD設計（基礎篇）》、《Altera FPGA/CPLD設計（高-級篇）》 王江宏 西北工業大學 通信與信息係統專業 碩士研究生 畢業後先後加入中興通訊 上海貝爾 Altera Intel工作 主要從事無綫通信設備技術研發， FPGA ARM技術支持。

文摘

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序言

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嵌入式係統性能優化與高級驅動開發實戰指南 作者： 張偉、李明、陳芳、趙強 齣版社： 電子工業齣版社 頁數： 約750頁 定價： 128.00元 --- 內容簡介 本書是一本麵嚮中高級嵌入式係統工程師和硬件設計工程師的深度技術專著，聚焦於現代嵌入式係統在復雜應用場景下的性能瓶頸分析、功耗管理策略以及高效率硬件接口的軟件驅動開發與優化。全書以一個基於高性能ARM Cortex-A係列處理器的多核異構係統為藍本，係統性地闡述瞭從硬件初始化到復雜應用層驅動實現的各個關鍵技術環節。 第一部分：嵌入式係統架構深度解析與性能瓶頸定位 本部分深入剖析瞭現代多核SoC（System on Chip）的內部結構，包括緩存一緻性協議（如MESI、MOESI）、內存控製器（DDR4/LPDDR5）的工作原理及其對係統延遲的影響。重點講解瞭如何利用硬件性能分析工具（如J-Link Profiler, Lauterbach TRACE32）和軟件性能計數器（PMC）來精確捕捉和量化CPU、DMA控製器以及外設之間的交互延遲。 內存層次結構優化： 詳細討論瞭數據局部性、指令預取以及緩存行對齊技術在提升數據吞吐率中的關鍵作用。特彆引入瞭“假共享”（False Sharing）問題及其在多綫程環境下的規避策略。 中斷係統管理與延遲分析： 闡述瞭GIC（Generic Interrupt Controller）的高級配置，包括中斷分組、優先級繼承機製，並提供瞭實時係統中中斷延遲的精確測量方法和抖動分析。 並發控製與同步機製調優： 超越基礎的互斥鎖（Mutex）和信號量，本書深入探討瞭無鎖數據結構（Lock-Free Data Structures）的設計，如循環緩衝區（Ring Buffer）在高速數據流處理中的應用，以及屏障（Memory Barrier）在保證多核可見性時的正確使用場景與性能開銷評估。 第二部分：高級驅動程序開發與硬件抽象層（HAL）設計 本部分聚焦於如何編寫健壯、高效且可移植的高級設備驅動程序，尤其關注需要高速數據傳輸和復雜時序控製的接口。 DMA引擎的高效編程： 詳細介紹瞭Scatter/Gather DMA的實現，並對比瞭單次傳輸與鏈式傳輸的性能差異。提供瞭一套完整的、可復用的DMA驅動框架，強調錯誤恢復和中斷處理的原子性。 PCIe/NVMe接口驅動棧分析： 針對需要高帶寬的場景，本書從內核模塊的角度解析瞭PCIe事務層的處理流程，包括 MSI/MSI-X的配置與使用。提供瞭基於Linux內核子係統（如VFIO/vDPA）的虛擬化環境下的直接內存訪問（DMA）安全與性能隔離技術。 時鍾與電源管理（Clock & Power Management）： 深入講解瞭CPU頻率動態調節（DVFS）的內核實現機製，以及如何通過精確控製時鍾門控和電源域切換來滿足功耗預算。書中包含瞭一套自定義的功耗狀態（PM State）管理模型，用於在不同性能等級之間進行平滑切換。 第三部分：實時性保障與軟硬件協同優化 該部分緻力於解決嵌入式係統中的確定性問題，確保關鍵任務的執行時序滿足嚴格要求。 實時操作係統（RTOS）選型與內核調優： 對FreeRTOS、Zephyr等主流RTOS的調度器（Scheduler）進行瞭源碼級彆的分析，重點講解瞭如何修改或擴展調度算法以適應特定應用的需求（例如，引入搶占式優先級繼承）。 固件與加載器的安全與性能： 討論瞭Bootloader階段對外部存儲器（eMMC/UFS）的初始化順序如何影響係統啓動時間。包含瞭對安全啓動（Secure Boot）流程中哈希驗證與簽名校驗對啓動延遲的影響分析。 硬件加速器接口的集成： 針對NPU（神經網絡處理單元）或DSP（數字信號處理器）等異構計算單元，本書提供瞭如何通過OpenCL或專有API將數據流無縫地注入到加速器，並高效地從加速器中同步結果的完整流程，強調瞭數據在CPU內存與加速器本地內存之間的零拷貝傳輸技術。 讀者對象： 本書適閤具有C/C++編程基礎，熟悉至少一種嵌入式操作係統（如Linux Kernel/RTOS），並希望深入理解硬件底層交互細節和係統級性能調優的開發人員。通過本書的學習，讀者將能夠設計齣性能更優越、功耗控製更精細、且具備更高穩定性的下一代嵌入式産品。

評分☆☆☆☆☆

說實話，市麵上關於FPGA的書籍太多瞭，很多都是基於某個特定EDA工具的“操作手冊”，教你怎麼點鼠標，怎麼仿真，但一旦脫離瞭軟件界麵，你對底層的硬件原理和設計哲學就一片茫然。這本書的價值恰恰在於它超越瞭單純的工具依賴。它更側重於“設計思想”的灌輸。舉個例子，它深入探討瞭流水綫設計在高頻應用中的權衡取捨，不是簡單地告訴你“要用流水綫”，而是告訴你“什麼時候不用流水綫，或者如何優化流水綫的深度以平衡延遲和吞吐量”。這種對“為什麼”和“如何權衡”的探討，纔是區分初級工程師和高級工程師的關鍵所在。我個人認為，對於正在準備某些頂級硬件設計認證考試的讀者來說，這本書提供的理論深度和廣度，足以讓你在應對那些開放式、需要設計方案論證的考題時遊刃有餘。它培養的不是一個會操作軟件的“點鼠標匠”，而是一個真正懂得如何從零開始構建高效能數字係統的“架構師”。這種思維修煉，是任何軟件教程都無法給予的寶貴財富。

評分☆☆☆☆☆

這本書的作者團隊背景似乎相當強大，這種跨領域閤作的成果，往往能帶來意想不到的視角。從我閱讀的章節來看，不同作者負責的部分，雖然風格略有差異，但整體的知識體係銜接得非常流暢，沒有那種拼湊感。比如，某位作者可能在並行計算架構上有獨到的見解，他負責的部分就顯得非常注重並行度與數據流的組織；而另一位在低延遲控製方麵有專長的作者，他寫的部分則對控製邏輯的時序要求進行瞭近乎苛刻的分析。這種多元化的視角，使得全書內容非常立體。它不像某些由單人撰寫的書籍那樣，容易陷入作者個人習慣的思維定式。這本書提供的是一個更全麵的、更接近工業界真實復雜環境的FPGA設計範式。它教會我們的不僅是如何實現一個功能，更是如何在麵對多重矛盾的設計目標（速度、麵積、功耗、驗證復雜度）時，做齣最優化的妥協和決策。這對於希望快速成長為能主導復雜項目的高級工程師來說，是不可或缺的“實戰指南”。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在通信領域摸爬滾打多年的工程師，我最關心的永遠是效率和可靠性。這本書在處理高可靠性設計和低功耗優化方麵的內容，給瞭我極大的啓發。我記得有一部分專門講瞭如何利用Intel特有的資源（比如M20K內存塊或者DSP模塊）來進行定製化的算法加速。這部分內容寫得非常實在，帶著具體的參數和約束條件去分析，而不是空泛地說“這個模塊很快”。特彆是他們對功耗分析模型的那一段論述，非常到位。他們不僅展示瞭如何通過靜態時序分析（STA）來保證速度，還深入到瞭動態功耗的源頭——時鍾樹的平衡和邏輯單元的切換活動，教你如何從代碼層麵進行“功耗感知設計”。這對我正在進行的邊緣計算項目意義重大，因為功耗預算在那種場景下比延遲本身可能更重要。這本書真正做到瞭“知其然，更知其所以然”，讓你在優化性能的同時，對係統的整體資源消耗瞭如指掌，避免瞭為瞭追求極緻速度而帶來的能耗失控。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計得相當有現代感，那種深邃的藍色調配上金色的字體，一下子就給人一種專業、嚴謹的感覺。我當時在書店裏一眼就被它吸引住瞭，那種“硬核”的氣質撲麵而來。拿到手裏掂瞭掂，分量十足，這通常意味著內容不會太水，肯定下足瞭真功夫。雖然我還沒有完全啃完，但光是翻閱目錄和前幾章的緒論部分，就能感受到作者團隊對FPGA這門技術的理解已經達到瞭非常深入的層次。他們顯然不是那種隻停留在教科書錶麵概念的作者，而是真正經曆過大量項目實戰的工程師。尤其讓我驚喜的是，書中對一些前沿的跨界應用，比如如何結閤現代的嵌入式係統架構來優化FPGA的性能，進行瞭非常細膩的論述。這種前瞻性，在同類書籍中是相當少見的。我感覺這本書更像是一位經驗豐富的老前輩，手把手地帶著你走過那些布滿荊棘的“高級”門檻，而不是簡單地羅列一堆晦澀難懂的理論公式。對於那些自學過基礎，但苦於找不到突破口，想在數字邏輯和硬件描述語言（HDL）的“上層建築”上再加固地基的人來說，這本書簡直是沙漠中的甘泉。我打算先啃完關於高性能接口設計的那幾個章節，聽說那部分內容是精華中的精華。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和用詞風格，簡直是為我這種“細節控”量身定做的享受。你知道嗎，很多技術書籍，內容是好的，但是排版混亂，圖錶和文字之間總有一種錯位的尷尬感，讀起來非常纍，就像在走迷宮。但《全新正版Intel FPGA/CPLD設計 高級篇》完全沒有這個問題。它的圖例清晰到令人發指的地步，每一個時序圖、每一個狀態機流程圖，都像是用尺子和量角器精心繪製齣來的一樣，標注精確到毫秒級彆。更不用提文字描述瞭，作者們似乎深諳如何將復雜的概念“拆骨剝皮”地展示齣來。他們擅長使用比喻和類比，讓原本抽象的寄存器和邏輯門的操作，變得像是在玩搭積木一樣直觀易懂。我特彆欣賞作者在處理那些經典難題時所展現齣的耐心——比如如何優雅地解決亞穩態問題，或者在復雜的跨時鍾域設計中如何保證信號的完整性。這種教學的細膩度，讓我覺得我不是在被動接受知識，而是在和兩位高水平的導師進行一場深入的“思維對話”。讀完一個章節，我腦子裏不是一堆堆零散的知識點，而是一個個結構清晰、相互關聯的知識體係。