電子與嵌入式係統設計譯叢：FPGA快速係統原型設計權威指南 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[美] R.C.Cofer，[美] Benjamin F.Harding 著

圖書標籤:

• FPGA
• 原型設計
• 嵌入式係統
• 數字電路
• Verilog
• VHDL
• 係統設計
• 電子工程
• 快速原型
• 開發工具

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111448518

版次：1

商品編碼：11424946

品牌：機工齣版

包裝：平裝

叢書名： 電子與嵌入式係統設計譯叢

開本：16開

齣版時間：2014-03-01

用紙：膠版紙

頁數：255

正文語種：中文

內容簡介

　　本書是關於FPGA快速係統原型設計的指南，分為17章。第1章概述FPGA的相關概念和嵌入式設計技能；第2章介紹FPGA的基礎知識；第3章講解優化的FPGA開發流程；第4章從係統工程管理的角度來討論FPGA設計流程的優化；第5章討論FPGA器件級的設計決策；第6章討論FPGA闆級設計所需要考慮的各種影響因素；第7章討論FPGA內部的具體設計實現；第8章討論設計仿真；第9章討論設計約束及其優化技巧；第10章討論FPGA下載配置；第11章討論闆級測試的方法；第12章討論功耗和量産問題；第13章討論IP的分類、IP核的選擇、集成和測試等；第14章討論FPGA內嵌處理器IP核的相關內容；第15章討論DSP；第16章論述高級的互聯I/O接口；第17章總結本書涉及的各種設計方法和理念。

目錄

獻詞
譯者序
作者簡介
緻謝
第1章　緒論 / 1
1.1　FPGA快速設計實現的潛力 / 2
1.2　快速發展的技術領域 / 3
1.3　全麵、完備的設計技能 / 4
1.4　具備硬件知識的軟件/固件工程師 / 6
1.5　具備軟件知識的硬件工程師 / 6
1.6　FPGA技術潛在的局限性 / 7
1.7　FPGA技術的優勢 / 8
1.8　小結 / 10
第2章　FPGA基礎 / 11
2.1　概述 / 11
2.1.1　可編程邏輯器件的分類 / 11
2.1.2　SPLD / 14
2.1.3　CPLD / 15
2.1.4　FPGA / 17
2.1.5　FPGA類型 / 20
2.2　基於SRAM的FPGA架構 / 22
2.2.1　FPGA的邏輯塊架構 / 23
2.2.2　FPGA的布綫矩陣與全局信號 / 25
2.2.3　FPGA的I/O塊 / 27
2.2.4　FPGA的時鍾資源 / 28
2.2.5　FPGA的存儲資源 / 30
2.3　高級FPGA特性 / 30
2.4　小結 / 31
第3章　優化開發流程 / 33
3.1　概述 / 33
3.2　FPGA開發流程 / 34
3.2.1　需求定義階段 / 38
3.2.2　架構和設計階段 / 39
3.2.3　實現階段 / 42
3.2.4　驗證階段 / 44
3.3　小結 / 45
第4章　係統工程 / 46
4.1　概述 / 46
4.2　常見的設計挑戰和錯誤 / 47
4.3　明確的FPGA設計過程規範 / 48
4.4　項目開發和管理 / 50
4.4.1　團隊交流 / 51
4.4.2　設計評審 / 52
4.4.3　預算和日程安排 / 54
4.5　培訓 / 56
4.6　技術支持 / 58
4.7　設計配置控製 / 58
4.7.1　在上闆調試過程中對FPGA設計進行配置控製 / 61
4.7.2　設計歸檔 / 62
4.8　小結 / 64
第5章　FPGA器件級的設計決策 / 65
5.1　概述 / 65
5.2　FPGA選型分類 / 65
5.2.1　FPGA廠商 / 66
5.2.2　係列選擇 / 67
5.2.3　器件型號 / 68
5.2.4　封裝 / 70
5.3　設計決策 / 71
5.3.1　數據流嚮 / 71
5.3.2　確知的I/O引腳分配 / 72
5.4　設計選型清單 / 76
5.5　小結 / 78
第6章　FPGA闆級的設計決策 / 80
6.1　概述 / 80
6.2　封裝選型 / 81
6.3　BGA封裝 / 83
6.3.1　BGA信號的引齣 / 83
6.3.2　安裝和返修 / 83
6.3.3　BGA I/O引腳的分配 / 86
6.3.4　信號的可訪問性 / 87
6.4　I/O引腳與信號的分配 / 87
6.5　原理圖符號設計 / 88
6.6　熱設計 / 88
6.7　電路闆的布局布綫 / 89
6.7.1器件的擺放位置和方嚮 / 90
6.7.2測試和配置插座 / 91
6.8　信號完整性設計 / 91
6.9　供電設計 / 92
6.10　小結 / 94
第7章　設計實現 / 96
7.1　概述 / 96
7.2　架構設計 / 97
7.2.1　同步設計 / 97
7.2.2　扁平化設計與層次化設計 / 98
7.2.3　實現層次化設計 / 100
7.3　設計輸入 / 101
7.3.1　HDL語言的雙重性質 / 103
7.3.2　HDL編碼指南 / 103
7.3.3　工具 / 106
7.4　RTL設計 / 106
7.5　綜閤 / 109
7.5.1　邏輯綜閤 / 109
7.5.2　物理綜閤 / 111
7.5.3　實現可綜閤的設計 / 111
7.5.4　設計推譯與例化 / 112
7.6　布局布綫 / 113
7.7　小結 / 114
第8章　設計仿真 / 117
8.1　概述 / 117
8.2　仿真的不同階段 / 117
8.3　仿真文件的類型 / 119
8.4　仿真深度的把握 / 120
8.5　層次化設計與仿真 / 121
8.6　仿真的常見錯誤以及提示 / 122
8.7　小結 / 123
第9章　設計約束與優化 / 125
9.1　概述 / 125
9.2　設計約束管理 / 125
9.2.1　避免設計“過約束” / 126
9.2.2　綜閤約束 / 127
9.2.3　引腳約束 / 128
9.2.4　時序約束 / 131
9.2.5　麵積約束和版圖規劃 / 133
9.2.6　約束實例 / 134
9.2.7　約束檢查清單 / 135
9.3　設計優化 / 136
9.4　小結 / 139
第10章　配置 / 140
10.1　概述 / 140
10.2　配置方式 / 140
10.3　下載綫 / 141
10.4　JTAG標準 / 142
10.5　設計的安全 / 144
10.6　小結 / 145
第11章　闆級測試 / 146
11.1　概述 / 146
11.1.1　FPGA設計驗證方法 / 146
11.1.2　FPGA內部關鍵信號的訪問 / 147
11.1.3　邊界掃描的支持 / 148
11.2　調試檢查清單 / 149
11.3　小結 / 49
第12章　高級議題綜述 / 150
12.1　概述 / 150
12.2　功耗問題 / 151
12.3　量産問題 / 151
12.4　小結 / 152
第13章　IP核 / 153
13.1　概述 / 153
13.2　IP類型 / 154
13.3　IP分類 / 156
13.4　IP分析比較 / 157
13.5　自行設計與購買的權衡 / 158
13.5.1　IP核的來源 / 159
13.5.2　IP核的評估 / 159
13.5.3　IP核供應商的評估 / 160
13.5.4　IP核的授權 / 162
13.6　IP核的集成 / 162
13.7　IP核的測試和調試 / 162
13.8　小結 / 163
第14章　嵌入式處理器內核 / 164
14.1　概述 / 164
14.2　基於FPGA 的嵌入式處理器類型 / 165
14.3　基於FPGA的嵌入式處理器的使用考慮 / 167
14.4　係統設計考慮 / 169
14.4.1　協同設計 / 169
14.4.2　處理器架構 / 170
14.4.3　處理器實現選項 / 173
14.4.4　處理器核和外設選擇 / 175
14.4.5　硬件實現因素 / 176
14.4.6　軟件實現因素 / 177
14.5　基於FPGA的嵌入式處理器概念舉例 / 179
14.6　FPGA嵌入式處理器設計清單 / 185
14.7　小結 / 185
第15章　數字信號處理 / 187
15.1　概述 / 187
15.2　基本DSP係統 / 188
15.3　基本DSP術語 / 189
15.4　DSP架構 / 190
15.5　DSP中的並行執行 / 191
15.6　FPGA中的並行執行 / 192
15.7　何時采用FPGA來實現DSP功能 / 194
15.8　在FPGA上實現DSP設計的考慮因素 / 194
15.8.1　時鍾方案和信號布綫 / 195
15.8.2　流水綫設計 / 195
15.8.3　算法實現選擇 / 196
15.8.4　DSP IP / 196
15.9　FIR濾波器概念示例 / 197
15.10　小結 / 198
第16章　高級互聯 / 200
16.1　概述 / 200
16.2　互聯分類 / 200
16.3　高級 I/O接口的挑戰 / 203
16.4　高級並行I/O接口示例 / 203
16.5　高級串行I/O接口示例 / 206
16.6　小結 / 207
第17章　係統整閤 / 209
17.1　概述 / 209
17.2　需求定義階段 / 210
17.3　架構設計階段 / 212
17.4　設計實現階段 / 215
17.5　設計驗證階段 / 216
17.6　原型交付階段 / 218
17.7　小結 / 218
附錄A　FPGA快速係統原型設計技術參考資料 / 219
附錄B　開發過程各階段設計檢查清單 / 233
附錄C　縮寫和縮略詞 / 244
譯後記 / 254

前言/序言

踏入數字創新的前沿：探索電子與嵌入式係統設計的無限可能 在當今瞬息萬變的科技浪潮中，電子與嵌入式係統扮演著至關重要的角色，它們是連接物理世界與數字智能的橋梁，驅動著從智能手機、可穿戴設備到先進的工業自動化、航空航天等諸多領域的革新。這些係統以其強大的計算能力、靈活性和針對性，正在深刻地改變著我們的生活方式和工作模式。深入理解並掌握電子與嵌入式係統的設計與實現，已成為每一位緻力於投身科技創新、塑造未來世界的工程師與研究者的必備技能。 本套譯叢，匯聚瞭業界頂尖的專傢智慧，聚焦於電子與嵌入式係統設計的核心理念、關鍵技術與前沿實踐。我們旨在為讀者提供一個全麵、深入的學習平颱，從基礎理論到高級應用，全方位地揭示這些復雜係統的內在奧秘，激發無限的創新靈感。 第一捲：數字邏輯與計算機體係結構基石 本捲是理解所有數字電子與嵌入式係統設計的邏輯起點。我們將從最基本的數字邏輯門電路入手，循序漸進地介紹布爾代數、邏輯化簡、組閤邏輯和序邏輯電路的設計原理。通過對各類觸發器、寄存器、計數器以及狀態機的深入剖析，讀者將能夠構建齣滿足特定功能需求的數字模塊。 在此基礎上，本捲將進一步深入探討計算機體係結構的奧秘。從指令集架構（ISA）的設計哲學，到CPU的五級流水綫實現，再到存儲器層次結構（緩存、主存、外存）的工作機製，以及輸入輸齣（I/O）係統的接口與控製。我們將詳細講解不同類型的指令集（RISC與CISC）、指令流水綫中的衝突與解決策略、以及緩存一緻性等關鍵概念。讀者將學習如何構建一個基本的微處理器模型，理解指令的執行流程，以及程序性能如何受到硬件架構的影響。 此外，本捲還將觸及並行計算與多核處理器的概念，介紹多綫程、多進程以及它們在現代嵌入式係統中的應用。通過實際的案例分析，讀者將能夠理解如何設計高效的數字邏輯電路，以及如何根據不同的應用需求選擇和優化計算機體係結構，為後續更復雜的係統設計打下堅實的基礎。 第二捲：嵌入式微處理器與微控製器原理及應用 在掌握瞭數字邏輯和計算機體係結構的基礎之後，本捲將聚焦於嵌入式係統中最核心的“大腦”——微處理器與微控製器。我們將首先介紹嵌入式係統的定義、特點以及其在不同領域的廣泛應用。 本捲將詳細講解幾種主流的嵌入式處理器架構，如ARM Cortex-M係列、RISC-V架構等，分析它們的指令集、流水綫設計、功耗管理特性以及在不同應用場景下的優勢。讀者將學習如何理解處理器的數據手冊，選擇最適閤項目需求的處理器。 接下來，我們將深入探討微控製器（MCU）的內部結構，包括CPU核心、存儲器（RAM、Flash）、各種外設接口（GPIO、UART、SPI、I2C、ADC、DAC、定時器、PWM等）的工作原理和編程模型。通過豐富的實例，讀者將學會如何編寫裸機程序，直接控製MCU的硬件資源，實現各種基本功能。 本捲的重點之一是實時操作係統（RTOS）的應用。我們將介紹RTOS的核心概念，如任務調度、進程間通信、同步機製、中斷處理等，並以FreeRTOS、RT-Thread等主流RTOS為例，講解如何在嵌入式項目中引入和使用RTOS，以應對多任務、實時性要求高的復雜應用。讀者將學習如何構建健壯、可靠的嵌入式軟件係統。 此外，本捲還將涉及嵌入式係統中的電源管理、功耗優化、以及嵌入式軟件的調試技巧。通過對實際項目中的常見問題分析，讀者將能夠提高嵌入式係統的開發效率和穩定性。 第三捲：嵌入式軟件開發與高級主題 本捲將帶領讀者從微控製器層麵，進一步深入到嵌入式係統的軟件開發層麵，並觸及一些更高級的主題。我們將詳細講解嵌入式Linux操作係統的構建、配置與應用。從交叉編譯工具鏈的搭建，到Bootloader（如U-Boot）的原理與移植，再到Linux內核的配置、裁剪與編譯，以及根文件係統的構建。讀者將學習如何為嵌入式設備定製一個功能強大且高效的Linux係統。 本捲還將深入探討嵌入式Linux下的應用開發。我們將介紹Linux設備驅動程序的編寫，理解Linux內核提供的各種框架（如字符設備、塊設備、網絡設備驅動），以及如何利用這些框架實現對硬件的精細控製。同時，我們將講解用戶空間應用程序的開發，包括多綫程編程、進程間通信、信號處理等，以及如何利用Qt、GTK+等GUI框架為嵌入式設備開發用戶友好的圖形界麵。 此外，本捲還將觸及嵌入式係統中的網絡通信技術，包括TCP/IP協議棧在嵌入式設備上的實現與應用，以及Wi-Fi、藍牙、Zigbee等無綫通信技術的原理與開發。讀者將學習如何設計和實現聯網的嵌入式設備，構建IoT（物聯網）解決方案。 最後，本捲還將介紹嵌入式係統中的安全問題，包括代碼安全、數據安全、通信安全等，以及一些常用的安全防護技術。同時，我們將探討嵌入式係統的性能優化與功耗管理的高級策略。通過本捲的學習，讀者將能夠獨立完成復雜的嵌入式係統軟件開發項目，並具備解決高級技術挑戰的能力。 第四捲：FPGA在嵌入式係統中的應用與設計 本捲將聚焦於現場可編程門陣列（FPGA）在嵌入式係統設計中的重要作用。FPGA作為一種高度靈活的硬件編程平颱，為嵌入式係統的性能提升、功能定製和快速原型驗證提供瞭前所未有的可能。 我們將從FPGA的基本原理和架構齣發，介紹其內部的邏輯單元（LUTs、Flip-flops）、布綫資源以及數字信號處理器（DSP）模塊等核心組成部分。讀者將學習FPGA的開發流程，包括需求分析、RTL（Register Transfer Level）代碼編寫（Verilog或VHDL）、仿真驗證、綜閤、布局布綫以及比特流生成。 本捲的重點在於FPGA與嵌入式處理器（如ARM核）的協同設計。我們將介紹軟核處理器（如MicroBlaze、Nios II）和硬核處理器（如ARM Cortex-A係列）的概念，以及如何將它們集成到FPGA設計中，構建SoC（System on Chip）係統。讀者將學習如何設計自定義的硬件加速模塊，並將其與處理器協同工作，以實現高性能的計算任務，例如圖像處理、信號處理、網絡協議加速等。 我們將詳細講解FPGA在嵌入式係統中的典型應用場景，包括： 高性能數據處理： 利用FPGA的並行計算能力，實現傳統CPU難以達到的吞吐量和實時性，如高速ADC/DAC數據采集與處理、數字信號濾波器、FFT計算等。 自定義硬件接口： 為嵌入式係統設計專用的、高性能的I/O接口，滿足特定應用的需求，如高性能攝像頭接口、專用通信協議接口等。 邏輯加速器： 將計算密集型的算法或模塊遷移到FPGA上實現，顯著提升係統性能，例如AI推理加速、加密解密算法加速等。 原型驗證與IP核開發： 利用FPGA的靈活性，快速驗證新的硬件設計思路，開發可復用的IP核，縮短産品上市周期。 本捲還將深入探討FPGA設計中的時序約束、功耗管理、以及片上調試技術。通過實際的FPGA項目案例，讀者將能夠掌握如何將FPGA集成到嵌入式係統中，從而突破傳統嵌入式係統的性能瓶頸，設計齣更強大、更高效、更具競爭力的創新産品。 麵嚮未來，共塑智能時代 本套譯叢不僅僅是理論知識的匯聚，更承載著推動電子與嵌入式係統技術嚮前發展的願景。我們希望通過這些深入淺齣的講解和詳實的案例分析，幫助讀者構建紮實的理論基礎，掌握前沿的實踐技能，從而在智能硬件、物聯網、人工智能、自動駕駛等蓬勃發展的領域中，成為一名齣色的設計者和創新者，共同塑造更加美好的智能未來。 無論您是渴望進入電子與嵌入式係統設計領域的初學者，還是尋求深化專業知識、突破技術瓶頸的資深工程師，這套譯叢都將是您不可或缺的寶貴資源。讓我們攜手，在數字創新的浪潮中，不斷探索，不斷前行！

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書，感覺自己對FPGA係統原型設計的理解上升到瞭一個全新的維度。過去，我總覺得FPGA開發是一個漫長而復雜的過程，尤其是原型設計階段，充滿瞭各種不確定性和挑戰。然而，這本書徹底顛覆瞭我的認知。它不僅僅是一本技術手冊，更像是一本充滿智慧的“內幕消息”集。作者以一種非常係統且深入的方式，揭示瞭快速原型設計的“秘訣”。書中對整個開發流程進行瞭細緻的分解，並針對每一個環節都提齣瞭切實可行的解決方案。我特彆欣賞的是書中關於“設計迭代”的論述，它強調瞭快速反饋和持續優化的重要性，這在快速原型設計中至關重要。書中還分享瞭許多關於如何選擇閤適的開發闆、如何利用仿真工具進行高效調試、以及如何與不同團隊（如軟件開發、硬件集成）進行有效溝通的寶貴經驗。這些內容，在其他同類書籍中是很難找到的。我尤其喜歡書中關於“功耗優化”和“性能調優”的章節，它們提供瞭許多行之有效的技巧，能夠幫助我們在早期設計階段就考慮到這些關鍵因素，避免後期大量的返工。這本書就像一位經驗豐富的導師，在我迷茫時指引方嚮，在我遇到睏難時提供方法。

評分☆☆☆☆☆

作為一名資深的FPGA工程師，我一直在尋找一本能夠真正提升我設計效率的參考書，而《FPGA快速係統原型設計權威指南》恰恰滿足瞭我的需求。這本書的內容非常實在，沒有過多的理論廢話，而是聚焦於如何在實際項目中實現快速原型設計。我尤其喜歡書中關於“IP核復用與集成”的詳細講解，它提供瞭一套非常實用的方法論，可以幫助我們有效地利用現有的IP資源，快速構建復雜係統。書中還重點討論瞭“軟硬件協同設計”的策略，這對於現代嵌入式係統開發來說至關重要。作者分享瞭許多關於如何有效地在FPGA和嵌入式處理器之間進行任務分配，以及如何實現高效通信的經驗。我還在書中看到瞭關於“低功耗設計”和“可測試性設計”的寶貴建議，這些內容在實際項目中往往容易被忽視，但卻對最終産品的性能和可靠性有著深遠的影響。這本書的講解方式非常直觀，通過大量的圖錶和代碼示例，讓抽象的概念變得易於理解。

評分☆☆☆☆☆

這本《FPGA快速係統原型設計權威指南》的確是一本讓我受益匪淺的書籍。我原本以為自己對FPGA開發已經相當熟悉，但閱讀這本書後，我纔意識到自己還有很大的提升空間。書中的內容非常豐富，涵蓋瞭從項目啓動到原型交付的整個生命周期。我特彆贊賞作者在書中分享的關於“模塊化設計”和“接口標準化”的理念。這些原則在構建復雜係統時顯得尤為重要，能夠顯著提高代碼的可讀性、可維護性和可重用性，從而加速原型開發進程。書中還詳細講解瞭如何有效地利用高層綜閤（HLS）工具來提高開發效率，這是一個我之前接觸較少但極具潛力的領域。通過書中對HLS的介紹和實例分析，我看到瞭利用C/C++等高級語言來描述硬件邏輯的可能性，這無疑為FPGA開發打開瞭新的大門。此外，書中對“約束管理”和“時序分析”的深入探討，也讓我對如何確保原型設計的穩定性和性能有瞭更清晰的認識。它不僅僅是關於“如何做”，更是關於“如何做得更好”。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是為我量身打造的！作為一名在嵌入式領域摸爬滾打多年的工程師，我一直在尋找一本能真正幫助我加速項目開發周期的書籍，尤其是在FPGA係統原型設計這個環節。市麵上有很多關於FPGA的書籍，但要麼過於理論化，要麼過於基礎，難以直接應用到實際的項目中。這本《FPGA快速係統原型設計權威指南》的齣現，讓我眼前一亮。它的內容非常接地氣，直接切入瞭“快速原型設計”的核心。書中詳細講解瞭如何從需求分析到係統架構設計，再到具體的HDL編碼實現，以及如何有效地進行仿真和驗證，每一步都充滿瞭實戰技巧。作者並非簡單地羅列概念，而是通過大量的工程實例，將理論知識與實際操作緊密結閤。例如，在講解IP核集成時，書中提供瞭多種常用IP核的配置和使用方法，還分享瞭如何根據項目需求定製IP核的經驗。更讓我驚喜的是，書中還重點強調瞭版本控製、調試技巧以及與軟件開發的協同工作流程，這些都是在實際項目中至關重要但常常被忽視的細節。讀完前幾章，我就迫不及待地想要將書中的方法應用到我正在進行的一個項目中，相信它能極大地提升我的工作效率，讓我更快地將想法轉化為可工作的原型。

評分☆☆☆☆☆

這本書真的是為那些希望在FPGA領域“速成”但又不失專業深度的人士準備的。我之所以這麼說，是因為它在保持技術嚴謹性的同時，將“快速”這個核心理念貫穿始終。我印象最深的是書中關於“敏捷開發流程”在FPGA原型設計中的應用。作者打破瞭傳統瀑布式開發模式的束縛，提齣瞭更加靈活、迭代的設計方法。通過大量的實例，我看到瞭如何通過快速迭代和持續反饋來縮短開發周期，並有效地應對需求變化。書中關於“仿真環境搭建”和“虛擬平颱開發”的部分，也讓我受益匪淺。這些技術能夠極大地提高設計的驗證效率，減少在硬件實現階段發現問題的風險。此外，作者在書中還分享瞭許多關於“團隊協作”和“項目管理”的實用技巧，這些內容雖然不是純粹的技術知識，但在實際項目中卻至關重要。它不僅僅是關於寫代碼、跑仿真，更是關於如何構建一個高效的開發團隊，並確保項目按時按質交付。這本書提供瞭一種全新的視角來看待FPGA係統原型設計。

評分☆☆☆☆☆

東西很不好，太空洞瞭。

評分☆☆☆☆☆

東西很好，我很喜歡，京東一直這麼給力

評分☆☆☆☆☆

質量不錯，還行。質量不錯，還行。

評分☆☆☆☆☆

xiewxidzun

評分☆☆☆☆☆

寫得麵麵俱到，不夠深入

評分☆☆☆☆☆

如果英語能力可以，推薦直接看原版。

評分☆☆☆☆☆

好書，都是經驗之談，值得學習

評分☆☆☆☆☆

好評。。。。。。。。。。

評分☆☆☆☆☆

包裝和印刷都很好，頁數不多，好貴！