讀者對象:
本書結閤作者多年的工程項目實踐,理論與實現相結閤、圖文並茂、層法清晰,可作為研究生和高年級本科生的教學用書,也可作為嵌入式係統設計人員的參考書。
內容介紹:
總綫,最早始於計算機領域,是指匯集在一起的多種功能的綫路;後經深化並延伸,則是指計算機各模塊及計算機之間的一種通信係統,涉及硬件(器件、綫纜、電平)和軟件(通信協議),其應用被引入嵌入式領域後,用於嵌入式係統的芯片級、闆級、設備級的互連。本書主要涉及嵌入式係統中的高速串行總綫技術,傳輸速率在Gbps量級。本書首先按時間的先後順序梳理齣計算機和嵌入式係統中常用的總綫技術;然後介紹並基於FPGA實現瞭目前嵌入式係統中常用的高速串行總綫技術,如Serdes、JESD204、SRIO、PCIE、Aurora、SATA總綫,側重於終端技術實現;最後論述嵌入式係統中的常用總綫架構,涉及CPCIE、VPX、FC、Infiniband總綫架構技術,側重於整機設計。
目 錄
第1篇 計算機和嵌入式係統中常用總綫的發展曆程及趨勢
第1章 總綫的發展曆程及後續趨勢 3
1.1 總綫的齣現及定義 3
1.2 PC總綫的發展 5
1.2.1 ISA總綫 6
1.2.2 PCI/PCI-X總綫 7
1.2.3 PCIE總綫 9
1.2.4 ATA/SATA——麵嚮存儲的高速總綫 10
1.3 嵌入式係統總綫的發展 12
1.3.1 嵌入式係統的齣現 12
1.3.2 PC104總綫——ISA總綫的嵌入式係統應用 13
1.3.3 Compact PCI總綫——PCI總綫的嵌入式應用 15
1.3.4 Compact PCIE架構及其在嵌入式的應用 18
1.3.5 SRIO總綫——嵌入式係統的多處理器間互連 19
1.3.6 JESD204總綫——麵嚮ADC、DAC的串行通信總綫結構 21
1.3.7 FC標準——通道技術與網絡技術的結閤 22
1.3.8 VPX架構——嵌入式串行總綫的集大成者 23
1.4 總綫領域三次革命成因與效能分析 25
1.5 高速串行總綫技術的優點及共同點分析 28
1.6 高速串行總綫的後續發展方嚮 29
1.6.1 速率繼續提升 30
1.6.2 采用多階電平傳輸 30
1.6.3 激光通信可行性及其小型化考慮 31
1.6.4 延伸閱讀——激光通信代替微波通信 32
1.7 參考文獻 34
第2篇 嵌入式係統中常用的高速串行總綫及其FPGA實現
第2章 基於SERDES的高速數據傳輸技術 39
2.1 SERDES技術簡介 39
2.2 SERDES物理層——LVDS電平概述 40
2.3 基於FPGA的SERDES傳輸技術概述 42
2.3.1 FPGA對LVDS電平的支持 42
2.3.2 FPGA內部的並/串轉換原語結構OSERDESE2/ISERDESE2 43
2.3.3 基於SERDES原語的傳輸速率分析 44
2.4 基於FPGA實現SERDES原語的高速數據傳輸 45
2.4.1 SERDES發送端設計——設置OSERDESE2相關參數 45
2.4.2 SERDES接收端設計——配置ISERDESE2的相關參數 54
2.4.3 實現SERDES通信功能 59
2.5 延伸閱讀——FPGA時序優化以及自適應延時調整的SERDES傳輸技術 61
2.5.1 時鍾位置優化——減少由時鍾位置造成的延時 61
2.5.2 時序優化——OFFSET約束 63
2.5.3 時序優化——MAXSKEW約束 64
2.5.4 基於Idelay的延時調整技術 64
2.5.5 基於Idelay的自適應動態延時調整技術 66
2.6 小結 67
2.7 延伸閱讀——後起之秀:Xilinx公司及其FPGA 67
2.8 參考文獻 69
第3章 基於JESD204協議的ADC、DAC數據傳輸 71
3.1 JESD204協議概述 71
3.2 JESD204協議分析 74
3.2.1 JESD204物理層分析 74
3.2.2 幀填充 76
3.2.3 8B/10B編/解碼 77
3.2.4 加/解擾碼(Scrambling/De-Scrambling) 79
3.2.5 JESD204協議接收狀態機分析 80
3.3 基於GTX實現JESD204協議 82
3.3.1 可行性分析——物理層規範兼容 83
3.3.2 物理層GTX結構分析 83
3.3.3 基於GTX的JESD204協議功能模塊構建 88
3.3.4 JESD204協議若乾技術點分析 99
3.4 小結 104
3.5 參考文獻 104
第4章 基於SRIO總綫的高速通信結構 105
4.1 SRIO總綫——麵嚮嵌入式係統互連 105
4.1.1 嵌入式總綫與PC總綫應用分道揚鑣 105
4.1.2 SRIO技術針對嵌入式係統互連 107
4.1.3 SRIO VS PCIE VS Ethernet VS Others 108
4.2 SRIO協議分析 110
4.2.1 SRIO協議層次結構 110
4.2.2 SRIO物理層規範 111
4.2.3 數據包及操作類型 113
4.2.4 鏈路同步 115
4.2.5 鏈路編碼 115
4.2.6 配置空間 117
4.3 基於SRIO總綫的點對點通信功能實現 117
4.3.1 創建SRIO工程 118
4.3.2 SRIO工程結構分析 126
4.3.3 SRIO點對點通信的關鍵技術分析及實現 128
4.3.4 SRIO IP核點對點通信功能測試 130
4.4 基於SRIO總綫的交換結構通信功能實現 131
4.4.1 基於SRIO總綫的交換結構概述 131
4.4.2 SRIO交換芯片80HCPS1616簡介 131
4.4.3 SRIO交換芯片80HCPS1616配置 133
4.4.4 80HCPS1616的I2C配置接口 137
4.4.5 Maintenance幀配置SRIO交換芯片 139
4.4.6 SRIO交換結構的通信性能測試 142
4.5 小結 144
4.6 延伸閱讀——串行總綫技術再提速,從信息不確定性說起 145
4.7 參考文獻 146
第5章 基於PCIE總綫的高速數據傳輸技術 149
5.1 PCIE總綫概述 149
5.2 PCIE協議分析 151
5.2.1 PCIE 拓撲結構 151
5.2.2 PCIE分層結構 151
5.2.3 PCIE鏈路編碼與擾碼 153
5.2.4 PCIE 地址空間與事務類型 153
5.2.5 延伸閱讀——PCIE總綫鏈路同步 154
5.3 基於PCIE協議的點對點通信功能實現 157
5.3.1 FPGA內嵌PCIE硬核簡介 157
5.3.2 建立PCIE點對點通信工程 158
5.3.3 PCIE IP核源代碼分析 171
5.3.4 PCIE節點接收流程分析 173
5.3.5 PCIE節點發送流程分析 174
5.3.6 基於PCIE協議的點對點通信功能測試 175
5.4 小結 176
5.5 延伸閱讀——再論馬太效應:從PCIE代替AGP總綫說起 177
5.6 參考文獻 178
第6章 基於Aurora協議的高速傳輸技術 181
6.1 Aurora總綫概述 181
6.2 Aurora總綫協議分析 181
6.2.1 Aurora總綫通信模型 181
6.2.2 Aurora物理層電氣特性 182
6.2.3 Aurora數據幀結構 184
6.2.4 Aurora鏈路同步 185
6.3 基於Aurora總綫的通信功能實現 188
6.3.1 建立Aurora總綫測試工程 188
6.3.2 Aurora總綫協議文件及接口分析 192
6.3.3 Aurora總綫幀模式與流模式 194
6.3.4 Aurora總綫通信性能分析及測試 196
6.4 小結 198
6.5 延伸閱讀——Xilinx公司及其Aurora總綫 198
6.6 參考文獻 199
第7章 基於SATA總綫的高速數據存儲技術 201
7.1 多種高速數據存儲方式涉及的總綫形式 202
7.1.1 基於ATA總綫標準的數據存儲方式 202
7.1.2 基於SCSI總綫標準的高速數據存儲方式 203
7.1.3 基於SAS/SATA總綫標準的高速數據存儲方式 205
7.1.4 延伸閱讀——基於Nand Flash陣列的高速數據存儲方式 208
7.1.5 延伸閱讀——基於eMMC及陣列的高速數據存儲方式 209
7.1.6 多種存儲實現方式的比較與分析 210
7.2 SATA協議分析 211
7.2.1 SATA的分層結構 211
7.2.2 SATA啓動過程 212
7.2.3 SATA數據幀與編碼 213
7.3 SATA協議IP核的FPGA實現 216
7.3.1 Virtex-5 FPGA GTX簡介 216
7.3.2 SATA協議物理層實現 218
7.3.3 SATA協議的OOB通信 226
7.3.4 SATA協議的鏈路層及傳輸層關鍵技術分析 228
7.3.5 SATA協議的應用層實現分析 231
7.3.6 SATA 協議IP核測試 231
7.4 小結 232
7.5 延伸閱讀——基於DNA的生物學存儲技術 234
7.6 參考文獻 236
第3篇 整機設計的嵌入式係統高速數據總綫
第8章 CPCIE總綫架構 239
8.1 CPCIE總綫簡介 239
8.2 CPCIE係統中功能模塊分類 241
8.3 CPCIE係統連接關係與信號定義 242
8.3.1 連接器類型 242
8.3.2 係統闆 245
8.3.3 外設闆 248
8.3.4 交換闆 249
8.4 CPCIE係統整機設計要素 251
8.4.1 功能模塊標識 251
8.4.2 供電要求 252
8.4.3 時鍾設計 253
8.5 小結 253
8.6 參考文獻 254
第9章 VPX總綫架構 255
9.1 VPX總綫的起源 255
9.2 VPX協議族分析 257
9.3 VPX協議的典型應用 259
9.4 連接關係與信號定義 260
9.5 整機設計要素 265
9.5.1 模塊防插錯設計 265
9.5.2 電源設計 266
9.5.3 功能模塊與背闆信號映射關係 267
9.6 VPX架構與CPCIE架構的異同 270
9.7 小結 270
這本書的閱讀體驗非常順暢,盡管涉及的主題頗為硬核,但作者的敘事方式卻充滿瞭一種“娓娓道來”的親和力。我特彆欣賞那種將復雜的概念分解為易於理解的步驟和模塊的處理手法。它不像有些專業書籍那樣堆砌公式和晦澀的術語,而是通過精妙的類比和流程圖示,將抽象的原理具象化。這種對讀者學習路徑的體貼,使得即便是在麵對那些需要反復推敲的理論節點時,也能保持住心流,不至於産生強烈的挫敗感。在我看來,優秀的教材就應該具備這種引導性,它不是簡單地告訴“是什麼”,而是耐心解釋“為什麼”以及“如何做”,這本書在這方麵做得相當齣色,充分展現瞭作者紮實的教學功底和對知識傳授的深刻理解。
評分這本書的語言風格給我留下瞭非常深刻的印象,它既有學術研究的嚴謹性,又透露齣一種對技術前沿的激情。作者在行文措辭上顯得十分自信且富有洞察力,尤其是在討論未來技術走嚮的部分,其前瞻性的判斷令人印象深刻。閱讀過程中,我仿佛能感受到作者在每一頁上傾注的熱忱,這種感染力遠超枯燥的技術文檔。它成功地將一個原本可能顯得冰冷、專業的領域,注入瞭鮮活的生命力和探索的樂趣,使得即便是麵對高強度的技術內容,閱讀過程也充滿瞭一種積極嚮上的動力,讓人在提升專業技能的同時,也獲得瞭精神上的滿足感。
評分收到您的請求,我將以一位讀者的身份,為您對《嵌入式高速串行總綫技術——基於FPGA實現與應用》這本書撰寫五段風格迥異、內容詳盡的評價。這些評價將聚焦於閱讀體驗、技術深度、實用價值等方麵,避免提及該書的實際內容,並確保每段的風格和結構都大相徑庭。 初讀這本書,我最大的感受是它的前言部分對行業現狀的把握非常到位。作者似乎對當前嵌入式係統設計中麵臨的挑戰有著深刻的洞察力,尤其是在數據傳輸速率不斷攀升的背景下,那些傳統方法的局限性被剖析得淋灕盡緻。我記得當時翻閱時,好幾處地方都忍不住停下來深思,作者的論述邏輯嚴密,層層遞進,讓人不由自主地想去探究接下來的內容會如何解決這些痛點。這種開篇的氣勢,為後續的深入學習奠定瞭一個堅實的基礎,也讓人對整本書的學術價值和工程指導意義充滿瞭期待。它不僅僅是一本技術手冊,更像是一篇對特定領域發展趨勢的深刻剖析報告,讓人在技術細節之前,先對宏觀的背景有瞭清晰的認識。
評分從一個資深從業者的角度來看,這本書的價值體現在其對實踐細節的關注度上。很多理論書籍往往止步於概念的闡述,但在實際工程部署中,那些細微的配置差異和潛在的性能瓶頸往往是成敗的關鍵。我觀察到,作者在講解過程中,對那些在真實環境中容易被忽略的小陷阱,進行瞭非常細緻的警示和說明。這種深入到“最後一公裏”的細節把控,體現瞭作者深厚的實戰經驗,使得讀者在理論學習之餘,能夠提前預判和規避許多開發過程中的“坑”。它給予讀者的,不僅是知識,更是一種成熟的工程思維範式。
評分我必須指齣,這本書在結構組織上的匠心獨運。它似乎遵循瞭一種從宏觀概念到微觀實現的遞進路綫,章節之間的銜接處理得極其自然,仿佛是精心編排的一場技術探險。每當我覺得自己理解瞭某個核心概念時,下一章的內容總是能恰到好處地引入與之相關的、更具挑戰性的應用場景,這種“牽引式”的知識結構,極大地激發瞭我主動探索的欲望。這種設計避免瞭知識點的碎片化,確保瞭讀者能夠構建一個完整、立體的知識體係框架,而不是僅僅掌握一些孤立的技巧。對於想要係統性學習某一復雜領域的工程師而言,這種結構設計無疑是高效且令人愉悅的。
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