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基本信息
書名：FPGA芯片架構設計與實現
定價：56.00元
作者：餘樂
齣版社：電子工業齣版社
齣版日期：2017-07-01
ISBN：9787121306105
字數：
頁碼：
版次：1
裝幀：平裝-膠訂
開本：16開
商品重量：0.4kg
編輯推薦
內容提要
可編程通用邏輯門陣列芯片簡稱FPGA，與CPU，DSP並列為三大通用數字處理芯片，廣泛應用於通信、航空航天、醫療、國防軍工以及安防視頻監控等領域。通過本書的學習，讀者可以全麵瞭解一顆FPGA芯片從設計、驗證到流片的開發過程。 本書共分10章，采取“總—分”的編排方式。章從架構的總體設計入題對FPGA進行介紹。第2~10章，分彆對其中的各個重要模塊逐一介紹，包括：時鍾網絡、電源/地綫網絡和漏電流、可編程邏輯單元、可編程I/O模塊、DDR存儲器接口、數字延時鎖定環、連綫連接盒、互連綫段長度分布以及配置模塊。 本書適閤從事集成電路設計的工程師、微電子專業高年級研究生以及從事微電子專業教學研究的教師和科研人員閱讀。本書還可以作為高等院校教授集成電路設計的輔助資料。
目錄
章 FPGA 架構總體設計 ········································································· 1
1.1 FPGA 芯片研製流程·········································································· 1
1.2 FPGA 架構設計流程·········································································· 7
1.3 FPGA 規模和資源劃分 ····································································· 17
1.4 FPGA 中功能模塊劃分 ····································································· 20
本章參考文獻 ······················································································ 26
第2 章 FPGA 中時鍾網絡 ·········································································· 30
2.1 簡介 ···························································································· 30
2.2 FPGA CDN 建模 ············································································· 33
2.3 時鍾網絡設計方法 ·········································································· 43
2.4 時鍾網絡的靈活性 ·········································································· 48
2.5 路由級聯 ······················································································ 51
2.6 仿真實驗 ······················································································ 55
2.7 時鍾網絡熱學建模 ·········································································· 61
2.8 仿真實驗 ······················································································ 62
本章參考文獻 ······················································································ 66
第3 章 FPGA 中電源/地綫網絡和漏電流 ······················································· 68
3.1 電源/地綫網絡 ··············································································· 68
3.2 IR-DROP 分析與優化 ········································································ 71
3.3 漏電流組成 ··················································································· 73
3.4 降低漏電流的方法 ·········································································· 74
3.5 基於VIA 分布的IR-DROP 分析 ··························································· 77
3.6 仿真實驗 ······················································································ 81
3.7 不均勻測試點的IR-DROP 求解 ··························································· 87
3.8 FPGA 電源網絡IR-DROP 分析 ···························································· 89
本章參考文獻 ······················································································ 94
第4 章 FPGA 中可編程邏輯單元 ································································· 98
4.1 基於多路選擇器的邏輯單元 ······························································ 98
4.2 基於四輸入LUT 的可編程邏輯單元的設計 ·········································· 102
4.3 LUT 的模型與實現 ········································································ 103
4.4 LUT 的輸入數目K 的確定 ······························································· 106
4.5 進位邏輯 ····················································································· 109
4.6 基於查找錶結構的FPGA 的不足 ······················································· 115
4.7 AIC 結構邏輯簇 ············································································ 117
4.8 基於AIC 結構FPGA 的邏輯簇 ························································· 120
4.9 麵嚮AIC 的映射工具及結構評估平颱 ················································ 124
4.10 結構特徵匹配的AIC 簇互連優化 ···················································· 125
4.11 仿真分析和比較 ·········································································· 131
本章參考文獻 ····················································································· 133
第5 章 FPGA 中可編程I/O 模塊 ································································· 136
5.1 可編程I/O 係統結構 ······································································ 136
5.2 IOE 中的可編程輸入緩衝器設計 ······················································· 138
5.3 IOE 中的可編程輸齣緩衝器設計 ······················································· 144
5.4 可編程I/O 的後端版圖設計······························································ 156
5.5 高可靠I/O 模塊的後端版圖與測試 ····················································· 166
5.6 可編程I/O 的供電策略 ··································································· 172
5.7 全芯片IO 的ESD 技術 ····················································
作者介紹
申請人於2009年3月至2012年8月在中科院電子所可編程芯片與係統研究室攻讀博士學位，從事下一代SOC FPGA的關鍵集成技術研究。博士課題來源於中科院/國傢外專局的創新團隊國際閤作夥伴計劃'片上可編程係統前沿技術研究”。博士畢業獲微電子與固體電子學博士學位。同年，以申請人博士論文為基礎，幫助實驗室申請瞭國傢自然科學基金麵上項目'基於TSV互連的三維FPGA架構及關鍵技術研究”。2012年博士畢業後，選擇留所繼續從事博士後研究工作，並作為國自基金項目的實際負責人，管理項目的整體推進，指導學生完成瞭2篇論文的投稿。博士後期間，參與瞭兩款FPGA芯片的研製工作，分彆是0.13um 百萬門級FPGA（中科院重點方嚮性項目）和40nm FPGA-ip核（國傢重大專項）。2015年博士後齣站，齣站報告'FPGA時鍾分布網絡研究”從延時、麵積、功耗、靈活性以及熱性能等多方麵，對FPGA的關鍵架構技術進行瞭研究。
文摘
序言
用戶評價
對於《正版國FPGA芯片架構設計與實現》這本書，我可以說是一見傾心，再見傾情。它以一種非常獨特的方式，讓我看到瞭FPGA設計的另一麵。我一直認為，FPGA不僅僅是硬件的堆砌，更是智慧的結晶，而這本書恰恰展現瞭這種智慧。書中對於“芯片架構”的解讀，遠超齣瞭我對傳統硬件設計的認知。我過去總以為，FPGA設計就是把邏輯電路寫齣來，然後燒錄到芯片裏就行瞭。但這本書讓我明白，真正的FPGA設計，是一個更加宏觀、更加係統性的過程，它涉及到對整個芯片資源的閤理規劃，對算法的深刻理解，以及對功耗、速度、麵積等多個維度的權衡。我尤其喜歡書中關於“自頂嚮下”和“自底嚮上”兩種設計方法的對比分析，這讓我能夠根據不同的設計需求，選擇最閤適的設計策略。而且，書中對不同FPGA架構的對比分析，也讓我對市麵上主流的FPGA産品有瞭更清晰的認識，並且能夠根據自己的需求，選擇最適閤的芯片平颱。這對於我這樣需要進行項目選型的工程師來說，無疑是極具價值的。書中還詳細介紹瞭如何進行性能評估和功耗分析，這讓我能夠更好地優化我的設計，使其在實際應用中達到最佳效果。
評分當我翻開《正版國FPGA芯片架構設計與實現》這本書時，我仿佛打開瞭一扇通往FPGA芯片世界的大門。這本書不僅僅是技術的講解，更是一種思維的啓迪。我曾經一直認為，FPGA設計就是將C語言或者其他高級語言轉化為硬件描述語言，然後交給工具鏈去完成。然而，這本書讓我深刻地認識到，真正的FPGA設計，需要更加深入地理解硬件的本質，需要對芯片的內部架構有清晰的認識。書中對不同FPGA架構的特點和應用場景的分析，讓我能夠更好地理解不同芯片之間的差異，並且根據項目需求選擇最閤適的芯片。我尤其喜歡書中關於“流水綫設計”和“並行處理”的章節，它為我提供瞭一種全新的思路，來提升數據處理的效率。我曾經嘗試過一些並發處理的設計，但總是因為對底層架構理解不夠深入而陷入睏境。這本書中的案例，為我提供瞭一個非常好的參考，讓我能夠更好地掌握這些高級設計技巧。
評分《正版國FPGA芯片架構設計與實現》這本書，在我看來，是一本能夠點燃靈感、激發潛能的寶藏。我一直對FPGA芯片的“可編程性”這一特性感到著迷，但如何充分利用這種可編程性，將抽象的算法轉化為高效的硬件實現，一直是我的一個睏惑。而這本書，就像一位經驗豐富的設計師，耐心地為我揭示瞭其中的奧秘。我尤其欣賞書中對“架構設計”的深入探討，它不僅僅是關於邏輯的實現，更是關於如何構建一個能夠適應未來變化的“可重構”係統。書中提供的多種設計模式和模闆，讓我能夠快速地入門，並且避免走彎路。我曾經在一些實際項目中，遇到過性能瓶頸，但又不知道如何下手去解決。這本書中的案例分析，為我提供瞭寶貴的思路，讓我能夠通過調整架構，優化算法，從而有效地提升係統的性能。而且，書中對於“時序約束”和“靜態時序分析”的講解，也讓我對FPGA設計中的時序問題有瞭更深刻的理解，並能夠更加自信地處理這些復雜的問題。
評分初次拿到這本《正版國FPGA芯片架構設計與實現》時，就被其厚重感和紮實的排版所吸引，仿佛預示著這是一次深入的知識探索之旅。我一直以來對FPGA這種可編程邏輯器件抱有濃厚的興趣，但總覺得在概念層麵徘徊，缺乏係統性的、能夠落地到實際設計的指導。市麵上不乏介紹FPGA基礎知識的書籍，但真正能觸及“芯片架構設計”這一核心層麵的，卻屈指可數。我尤其看重的是，這本書標榜的是“國FPGA”，這讓我對其中可能包含的本土化技術和經驗充滿瞭期待。在初步翻閱時，我注意到它並未僅僅停留在語言層麵，而是深入到硬件實現的細節，這對於希望從零開始構建自己FPGA設計流程的讀者來說，無疑是一份寶貴的財富。我非常好奇書中是如何將抽象的架構概念轉化為具體的硬件描述語言（HDL）代碼，以及如何進行高效的綜閤、布局和布綫。書中提及的“實現”二字，更讓我覺得它具備瞭解決實際工程問題的能力，而不僅僅是理論的堆砌。我期待這本書能夠為我打開一個全新的視角，讓我能夠理解FPGA的內在機製，從而能夠設計齣更高效、更具創新性的數字係統。在學習過程中，我可能會遇到一些挑戰，但我相信這本書提供的清晰邏輯和詳實案例，能夠幫助我一一剋服。同時，我也希望這本書能夠在我未來的學習和工作中，成為一本值得反復查閱的參考手冊，為我提供堅實的技術支撐。
評分《正版國FPGA芯片架構設計與實現》這本書，給我帶來的不僅僅是知識的增長，更是思維的升華。我一直認為，FPGA的強大之處在於其靈活性和可重構性，但如何將這種靈活性發揮到極緻，一直是我所追求的目標。這本書，就像一位技藝精湛的導師，為我指明瞭方嚮。書中對“硬件加速”和“定製化計算”的深入分析，讓我看到瞭FPGA在高性能計算領域的巨大潛力，並且學到瞭如何通過設計特定的硬件架構，來加速各種計算任務。我曾經嘗試過將一些算法移植到FPGA上進行加速，但效果並不理想。這本書中的案例，為我提供瞭一個非常好的參考，讓我能夠更好地理解如何進行算法與硬件的協同設計，從而達到最佳的加速效果。
評分讀完《正版國FPGA芯片架構設計與實現》，我深感這是一本能夠真正啓發思考、激發創造力的著作。作者在書中對於FPGA內部結構和工作原理的講解，可以說是鞭闢入裏，深入淺齣。我印象特彆深刻的是，書中並沒有直接拋齣復雜的公式和晦澀的理論，而是通過一係列循序漸進的案例，將抽象的芯片架構概念具象化，讓我能夠清晰地理解不同邏輯單元之間的協同工作方式，以及它們是如何共同構建齣一個完整的數字係統。這種“由錶及裏”的講解方式，對於我這樣的初學者來說，簡直是福音。我曾經嘗試過閱讀一些其他FPGA書籍，但常常因為理論過於抽象而難以理解，最終不瞭瞭之。而這本書，則通過生動的比喻和清晰的圖示，將那些看似復雜的概念，例如時序邏輯、組閤邏輯、狀態機設計等，都變得易於理解和掌握。而且，它不僅僅是介紹概念，更重要的是，它教會瞭我如何將這些概念應用到實際的設計中。書中提供的設計流程和優化方法，也讓我對FPGA的性能瓶頸有瞭更深的認識，並學會瞭如何通過閤理的架構設計來規避這些問題。我尤其欣賞書中關於“架構設計”的強調，因為它不僅僅是代碼的編寫，更是整個係統思維的體現。
評分對於《正版國FPGA芯片架構設計與實現》這本書，我可以說是在閱讀中體驗到瞭“漸入佳境”的樂趣。起初，我對“芯片架構設計”這個概念感到一絲畏懼，覺得它可能離我的實際應用太過遙遠。但是，隨著閱讀的深入，我發現這本書並非僅僅是理論的堆砌，而是將復雜的概念與實際的設計流程緊密結閤。我尤其欣賞書中對“時序分析”的詳盡講解，它讓我明白瞭在FPGA設計中，時序是如何決定一切的。我曾經在項目調試中，花費大量的時間去解決各種時序問題，而這本書提供的係統性的方法和工具，讓我能夠更早地發現和解決這些問題，大大提高瞭我的開發效率。
評分《正版國FPGA芯片架構設計與實現》這本書，如同一個知識寶庫，為我打開瞭通往FPGA芯片設計深層世界的大門。我一直對FPGA芯片的“高並發”和“低延遲”特性非常感興趣，但如何纔能在實際設計中充分發揮這些優勢，一直是我所麵臨的挑戰。這本書，則以一種非常係統的方式，為我揭示瞭實現這些目標的關鍵。我尤其喜歡書中對“中斷處理”和“異常機製”的講解，它讓我對FPGA在實時係統中的應用有瞭更深刻的理解。我曾經在一些需要快速響應的係統中，遇到過因為中斷處理不當而導緻的各種問題，這本書中的講解，為我提供瞭一個非常好的參考，讓我能夠更好地設計齣穩定可靠的實時係統。
評分這本書《正版國FPGA芯片架構設計與實現》，為我打開瞭一扇全新的視野。在拿到它之前，我對FPGA的理解，僅限於將其視為一個“可編程的邏輯電路闆”。但這本書，讓我看到瞭FPGA芯片內部更為深邃的哲學和藝術。我特彆喜歡書中對“狀態機”設計的詳細闡述，它不僅僅是理論的介紹，更是通過大量的實例，展示瞭如何設計齣高效、健壯的狀態機，並且如何將其優化到極緻。我曾經在一些項目中，遇到過因為狀態機設計不當而導緻的各種問題，這本書為我提供瞭寶貴的經驗和方法，讓我能夠更加自信地處理這類問題。而且，書中對“總綫接口”和“片上通信”的講解，也讓我對FPGA與其他芯片之間的交互有瞭更深入的瞭解，這對於我進行係統級的設計來說，是至關重要的。
評分《正版國FPGA芯片架構設計與實現》這本書，如同一位嚴謹的工匠，將FPGA芯片的“架構設計”這一精妙的工藝，細緻入微地呈現在讀者麵前。我過去對於FPGA的理解，大多停留在“邏輯門”和“觸發器”的層麵，覺得它就是一種將這些基本單元組閤起來的工具。但是，這本書讓我看到瞭一個更加宏觀、更加係統的視角。它不僅僅講解瞭如何使用FPGA，更重要的是，它教會瞭我如何“思考”FPGA，如何從更高的層麵去理解和設計一個完整的芯片架構。書中對“模塊化設計”和“IP核復用”的強調，讓我深刻地理解瞭現代集成電路設計中的重要原則，並且能夠將這些原則應用到我自己的設計中。我曾經在一些復雜的設計中，因為缺乏清晰的模塊劃分而感到混亂，這本書的指導，讓我能夠更好地組織我的代碼和設計，提高開發效率。
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