FPGA設計 張義和 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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張義和 著

圖書標籤:

• FPGA
• 數字電路
• Verilog
• VHDL
• 可編程邏輯
• 硬件設計
• 電子工程
• 嵌入式係統
• 張義和
• FPGA設計

店鋪： 北京群洲文化專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030376039

商品編碼：29330234521

包裝：平裝

齣版時間：2013-07-01

基本信息

書名：FPGA設計

定價：52.00元

作者：張義和

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2013-07-01

ISBN：9787030376039

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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內容提要

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Altium Designer所提供的電路原理圖繪圖功能（簡稱電路繪圖），一直都是群雄，它提供各種電路圖結構的設計，包括單張式電路圖、平坦式電路圖、階層式電路圖，以及高效能的重復階層式電路圖，等等。
《FPGA設計》的主要目的是探討FPGA設計，包括以VHDL為主的數字邏輯基礎能力訓練與應用技巧，並搭配NanoBoard 3000進行係統設計。
《FPGA設計》內容豐富、結構閤理、圖文並茂、語言清晰。適閤各大中型院校電工、電子、自動化及相關專業師生參考閱讀，同時適閤作為電路設計工程師的參考用書。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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《深耕之道：硬件加速的智慧與實踐》 一、 核心理念：化繁為簡，馭繁為精 《深耕之道：硬件加速的智慧與實踐》並非一本枯燥的技術手冊，而是一次對“如何讓計算更高效、更智能”這一根本性問題的深度探索。本書的核心理念在於“化繁為簡，馭繁為精”。在信息爆炸、算力需求指數級增長的今天，傳統的通用計算模式正麵臨瓶頸。如何突破這一瓶頸？答案在於硬件加速。本書將帶領讀者深入理解硬件加速的本質，揭示其背後蘊含的深刻設計哲學。 我們認為，高效的硬件設計並非簡單的堆砌晶體管，而是對復雜係統進行精妙分解、抽象與優化的過程。如同精妙的鍾錶匠，每一個齒輪、每一根發條都恰到好處，共同奏響精準的時間樂章。本書將從這一視角齣發，探討如何將復雜的計算任務，通過硬件的語言，轉化為高效、低功耗、低延遲的執行路徑。這其中涉及到對算法特性的深刻洞察，對計算流程的細緻拆解，以及對硬件資源的靈活調度。 “化繁為簡”體現在對復雜算法進行抽象，提煉齣最核心的計算單元，並用最直接、最有效的硬件結構來實現。這需要作者具備超越代碼層麵的視野，能夠從數字邏輯的角度審視問題。而“馭繁為精”則是在有限的硬件資源下，通過精巧的設計，最大化其效能，實現“四兩撥韆斤”的效果。這不僅僅是工程技術的體現，更是一種藝術。 本書將循序漸進地引導讀者建立起這種“硬件思維”：如何思考數據流，如何設計並行處理單元，如何優化時序，如何在有限麵積內集成強大的功能。我們將強調的不是某個特定工具的使用技巧，而是貫穿於整個設計過程中的一種思考方式，一種解決問題的邏輯。 二、 內容綱要：理論基石與工程實踐的融閤 本書的結構設計旨在為讀者構建一個全麵而紮實的知識體係，從理論的基石齣發，逐步深入到工程實踐的細節。 第一部分：硬件加速的時代背景與理論基礎 1. 算力浪潮下的挑戰與機遇： 通用計算的局限性：摩爾定律放緩、功耗牆、阿姆達爾定律的約束。 專用硬件的興起：AI芯片、HPC加速卡、通信協處理器等，為何需要它們？ 硬件加速的定義與範疇：計算密集型、數據密集型任務的硬件化。 從軟件到硬件的思維轉變：理解算法與硬件的交互。 2. 數字邏輯設計基礎迴顧與深化： 布爾代數、邏輯門、組閤邏輯、時序邏輯的本質。 有限狀態機（FSM）的設計與優化：如何用狀態機描述和控製復雜的計算流程。 時鍾與同步設計：亞穩態、時鍾域交叉（CDC）問題的成因與規避。 組閤邏輯與時序邏輯的權衡：速度、麵積、功耗的考量。 3. 計算模型與架構的視角： 不同計算範式的比較：指令集並行（ILP）、綫程級並行（TLP）、數據級並行（DLP）。 流水綫（Pipelining）技術：原理、深度、冒險與解決。 並行處理架構：SIMD, MIMD, VLIW 的概念與應用場景。 內存層次結構與訪問優化：緩存、預取、帶寬的重要性。 第二部分：硬件加速的實現技術與方法論 1. 硬件描述語言（HDL）的應用精要： Verilog/VHDL 的核心概念：模塊、端口、信號、賦值。 行為級、寄存器傳輸級（RTL）、門級描述的區彆與聯係。 高效RTL設計原則：可綜閤性、可讀性、可維護性。 抽象層次的運用：參數化設計、層次化模塊。 2. 麵嚮硬件的算法設計（AAD）： 算法的硬件適應性分析：是否適閤並行化、是否適閤流水綫。 算法重構與優化：將軟件算法轉化為硬件友好結構。 數據路徑與控製路徑的設計：分離與協同。 定點與浮點數的硬件實現：精度、性能、功耗的權衡。 3. 關鍵硬件加速模塊的設計實例： 數據處理單元（DPU）設計： 算術邏輯單元（ALU）、乘法器、纍加器等核心組件的設計與優化。 存儲器接口與控製器設計： 高速接口（DDR、PCIe）的協議理解與數據傳輸優化。 DMA（Direct Memory Access）控製器： 解耦CPU與數據傳輸，提升係統效率。 通信接口與協處理器設計： 針對特定通信協議（如TCP/IP、Ethernet）的硬件卸載。 第三部分：硬件設計流程、驗證與優化 1. 從設計到實現：綜閤、布局布綫（P&R）的考量： 邏輯綜閤：將RTL代碼轉化為門級網錶，優化目標（麵積、時序、功耗）。 布局布綫：將門級網錶映射到物理器件，考慮布綫延遲、時鍾樹。 時序約束與時序收斂：STA（Static Timing Analysis）的重要性，如何處理時序違例。 功耗分析與優化：靜態功耗、動態功耗的來源，低功耗設計技術。 2. 硬件驗證的藝術： 仿真驗證：功能仿真、門級仿真、時序仿真。 形式驗證：利用數學方法證明設計的正確性。 硬件測試與調試：JTAG、ILA（Integrated Logic Analyzer）的應用。 測試平颱（Testbench）的設計：麵嚮驗證的HDL編程。 3. 性能調優與工程實踐： 性能瓶頸分析：識彆設計中的關鍵路徑。 流水綫優化：深度調整、轉發邏輯。 並行度提升：增加計算單元、優化數據共享。 功耗管理策略：門控時鍾、電源門控。 麵積優化：資源共享、算法簡化。 第四部分：高級議題與未來展望 1. 硬件/軟件協同設計： 片上係統（SoC）架構：CPU、IP核、總綫協同。 軟硬件接口與通信協議。 嵌入式係統中的硬件加速應用。 2. 特定領域的硬件加速： AI/深度學習加速器設計： 捲積、矩陣乘法等算子的硬件實現。 網絡處理加速： 包過濾、查找、加密解密等。 高性能計算（HPC）加速： 科學計算、數據分析。 3. 新興技術與趨勢： 異構計算與片上係統集成。 低功耗設計與邊緣計算。 新興存儲器技術與內存牆的突破。 硬件安全與可信計算。 三、 讀者對象：為何而讀，讀後何得 本書的目標讀者群體廣泛，涵蓋瞭從初學者到資深工程師的各個層麵。 計算機科學與電子工程專業的學生： 本書將為他們提供一個堅實的硬件加速理論基礎，理解CPU之外的計算世界，為未來的技術選擇和職業發展奠定基礎。 軟件工程師： 學習硬件加速，能夠幫助他們更深入地理解程序的性能瓶頸，甚至參與到軟硬件協同設計中，編寫齣對硬件更友好的代碼，或者指導硬件團隊進行針對性優化。 硬件工程師（FPGA/ASIC）： 本書將深化他們對硬件設計原理的理解，提供更係統的設計方法論和工程實踐技巧，幫助他們提升設計效率和性能。 AI、通信、高性能計算等領域的研發人員： 瞭解硬件加速的原理，能夠幫助他們更好地與硬件工程師協作，設計齣滿足特定應用需求的加速方案。 對高性能計算和底層技術感興趣的任何人士： 本書將以通俗易懂的方式，揭示現代計算的幕後英雄——硬件加速的魅力。 讀後收獲： 建立“硬件思維”： 能夠從數字邏輯和並行計算的角度審視問題，將軟件算法轉化為高效的硬件實現。 掌握硬件加速的關鍵技術： 深入理解流水綫、並行處理、內存訪問優化等核心概念。 熟悉硬件設計流程與工具鏈： 瞭解從RTL設計到最終實現的關鍵環節。 掌握驗證與調試的方法： 能夠有效地測試和驗證硬件設計的正確性。 提升設計效率與性能： 學會通過各種技術手段優化硬件設計的速度、功耗和麵積。 開闊視野： 瞭解硬件加速在AI、通信、HPC等前沿領域的應用，為未來的技術發展和職業規劃提供指引。 四、 寫作風格：深入淺齣，循序漸進 本書的寫作風格將力求“深入淺齣，循序漸進”。我們不會迴避技術細節，但會以清晰的邏輯、生動的類比和恰當的圖示來解釋復雜的概念。例如，在講解流水綫時，我們會用生産綫的比喻來解釋其工作原理；在討論功耗優化時，我們會分析不同電路單元的功耗構成。 本書強調理論與實踐的結閤。每一個理論概念的提齣，都會緊隨其後的工程實踐或設計實例。我們鼓勵讀者在閱讀的同時，動手實踐，將所學知識應用於實際的設計流程中。 本書的目的是培養讀者解決問題的能力，而不僅僅是傳授知識。我們希望通過本書，讀者能夠掌握一種係統性的思考和設計方法，在麵對新的技術挑戰時，能夠遊刃有餘。 五、 結語：邁嚮高效計算的徵途 在計算需求日益增長的今天，硬件加速已不再是可有可無的附加項，而是驅動技術進步的關鍵引擎。《深耕之道：硬件加速的智慧與實踐》旨在為讀者提供一條清晰的學習路徑，帶領大傢深入探索硬件加速的奧秘。我們相信，通過對本書的學習，您將能夠更深刻地理解現代計算的基石，並為構建更高效、更智能的未來計算係統貢獻力量。這是一次關於智慧、關於實踐、關於未來的深度對話，期待與您一同開啓這段激動人心的探索之旅。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的評價，可以用“撥雲見日”來形容。在接觸FPGA之前，我一直覺得這個領域充滿瞭神秘感，各種專業術語和設計流程讓我望而卻步。然而，這本書的齣現，徹底改變瞭我的看法。作者以一種非常易於理解的方式，將FPGA設計的復雜概念層層剝開。無論是數字邏輯的基礎，還是高級的設計技巧，都得到瞭清晰而有條理的闡釋。我特彆喜歡書中對FPGA內部架構的講解，讓我對FPGA的本質有瞭更深的理解，也明白瞭為什麼有些設計會比其他設計更有效率。書中不僅僅停留在理論層麵，更是通過大量的圖示和代碼示例，將抽象的概念具象化，讓讀者能夠直觀地感受到邏輯是如何在硬件中實現的。我曾花瞭不少時間去理解書中關於並行處理和流水綫設計的概念，通過作者的講解，我終於明白瞭如何利用FPGA的並行性來大幅提升計算效率。這本書的優點在於，它能夠照顧到不同層次的學習者，既有適閤初學者的入門內容，也有能讓有經驗的工程師們獲得啓發的深入探討。總而言之，這本書讓我對FPGA設計不再感到畏懼，而是充滿瞭探索的興趣。

評分☆☆☆☆☆

這本書如同一扇窗，讓我得以窺探FPGA設計的奇妙世界。我並非科班齣身，接觸FPGA純屬偶然，起初麵對著那些晦澀的術語和復雜的邏輯圖，感到無從下手。然而，當我翻開這本書時，一股清晰的思路便在我腦海中緩緩展開。作者並沒有一上來就堆砌那些令人生畏的理論，而是循序漸進地從最基礎的概念講起，仿佛一位耐心的老師，一點點地引導我認識FPGA的本質，以及它在現代電子工程中扮演的重要角色。書中對硬件描述語言（HDL）的講解尤為細緻，無論是Verilog還是VHDL，作者都用生動形象的例子來解釋其語法和應用，讓我這個初學者也能快速理解並掌握。我尤其欣賞的是，書中沒有將HDL僅僅作為一種代碼編寫工具，而是深入剖析瞭HDL背後所蘊含的邏輯思想，如何將抽象的算法轉化為具體的硬件實現。這種“從理解到實現”的路徑，讓我不再是被動地模仿，而是能夠主動地思考和設計。讀這本書的過程，就像在構建一個精密的數字王國，每一行代碼，每一個邏輯單元，都充滿瞭智慧的閃光。即便我現在還不能完全領會書中所有高深的技巧，但至少，我已經邁齣瞭堅實的第一步，對FPGA設計充滿瞭更深的敬意和學習的熱情。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書，我深切體會到瞭“融會貫通”的含義。在學習FPGA的過程中，我曾經嘗試過閱讀一些網絡上的零散資料，但總覺得缺乏係統性和深度。直到我遇到這本書，它就像一座知識的金礦，將FPGA設計的方方麵麵都以一種非常有條理的方式呈現齣來。書中不僅僅局限於某個特定的技術點，而是將理論知識、實踐操作、以及一些工程上的考量有機地結閤在一起。我特彆喜歡書中關於時序分析的部分，這對於FPGA設計來說至關重要，也是許多初學者容易忽視的難點。作者以極高的專業素養，將復雜時序約束、時鍾域交叉、以及潛在的時序違例問題解釋得淋灕盡緻，並提供瞭行之有效的解決策略。這讓我明白，FPGA設計不僅僅是寫齣能綜閤的代碼，更重要的是要確保設計的穩定性、效率和可靠性。書中還涉及到瞭一些高級的應用場景，例如DSP、接口設計等，這些內容為我打開瞭新的視野，讓我看到瞭FPGA在通信、圖像處理、嵌入式係統等領域的巨大潛力。盡管某些章節我還需要反復鑽研，但整體而言，這本書為我構建瞭一個紮實的FPGA設計知識體係，讓我受益匪淺。

評分☆☆☆☆☆

這本書如同一本精心打磨的藝術品，每一頁都散發著智慧的光芒。我之所以這樣說，是因為作者在講解FPGA設計過程中，不僅僅是傳遞知識，更是一種對工程思維和嚴謹態度的培養。書中對每個設計細節的考量，都體現瞭作者深厚的功底和豐富的實踐經驗。我尤其欣賞書中對於“設計方法學”的強調，它引導我去思考如何更有效地進行項目規劃、模塊劃分、以及團隊協作。書中關於低功耗設計和高可靠性設計的章節，讓我意識到，在實際工程項目中，除瞭功能實現，還有很多其他重要的因素需要考慮。我曾嘗試著運用書中介紹的一些優化技巧來改進我之前的一些小型設計，發現效果顯著。這本書並沒有迴避FPGA設計中的難點，相反，它會直麵這些挑戰，並提供清晰的解決方案。例如，在講解異步復位和同步復位時，作者不僅解釋瞭它們的工作原理，還深入分析瞭在不同應用場景下的選擇依據。這種深入的洞察力，讓我不再滿足於錶麵的理解，而是能夠更深層次地思考問題的本質。這本書給我帶來的，不僅僅是技術的提升，更是一種對工程倫理和職業素養的提升。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我帶來的最深刻的感受，是一種“學以緻用”的成就感。在閱讀的過程中，我並非被動地接受信息，而是積極地將書中的概念和方法應用到實際的練習中。書中提供的豐富示例代碼，不僅僅是演示，更是我理解復雜邏輯的絕佳工具。我曾嘗試著復現書中一些經典的設計，例如簡單的計數器、狀態機，甚至是一些基礎的通信協議模塊。每當我成功地將代碼在FPGA開發闆上運行起來，看到預期的結果時，那種喜悅感是無與倫比的。這本書的強大之處在於，它非常注重實戰性，從原理講解到具體實現，再到調試驗證，都給齣瞭詳盡的指導。讓我印象深刻的是，書中在講解某個功能時，會先闡述其背後的理論基礎，然後給齣多種不同的實現方式，並分析它們各自的優缺點，這極大地拓寬瞭我的設計思路。此外，書中還分享瞭一些寶貴的工程經驗，例如如何優化代碼以提高性能，如何進行有效的仿真和驗證，這些都是課堂上學不到的寶貴財富。這本書不僅僅是一本技術書籍，更像是一位經驗豐富的導師，在我學習FPGA的道路上給予瞭我最切實的幫助。