Xilinx FPGA开发实用教程

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页数:609
译者:
出版时间:2008-11
价格:59.00元
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isbn号码:9787302184256
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  • FPGA
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具体描述

《Xilinx FPGA开发实用教程》系统讲述了Xilinx FPGA的开发知识,包括FPGA开发简介、Verilog HDL语言基础、基于Xilinx芯片的HDL语言高级进阶、ISE开发环境使用指南、FPGA配置电路及软件操作、在线逻辑分析仪ChipScope的使用、基于FPGA的数字信号处理技术、基于System Generator的DSP系统开发技术、基于FPGA的可编程嵌入式开发技术、基于FPGA的高速数据连接技术和时序分析原理以及时序分析器的使用11章内容,各章均以实例为基础,涵盖了FPGA开发的主要方面。

数字世界的基石:深入探索FPGA的设计与应用 在信息爆炸、科技飞速发展的今天,硬件设计的灵活性与高效性显得尤为重要。现场可编程门阵列(FPGA)作为一种高度灵活、可重构的数字集成电路,正日益成为现代电子系统设计中不可或缺的关键组件。从通信设备到嵌入式系统,从高性能计算到人工智能加速,FPGA的身影无处不在,为创新提供了强大的硬件支撑。 本书旨在为读者提供一个全面且深入的FPGA设计实践指导,帮助您掌握从基础概念到高级应用的完整流程。我们并非仅仅罗列枯燥的理论,而是聚焦于实际项目开发中的核心技术、常用方法以及遇到的典型问题,力求让读者在动手中学习,在实践中成长。 第一部分:FPGA基础与设计环境搭建 在正式进入设计之前,对FPGA的基本原理和工作方式有着清晰的认识至关重要。本部分将为您揭示FPGA的内部架构,包括逻辑单元(LUTs、Flip-flops)、布线资源、DSP Slice、Block RAM等核心组成部分,以及它们如何协同工作以实现复杂的数字逻辑。您将了解到不同FPGA厂商(如Xilinx、Intel Altera等)的产品系列及其特点,理解它们在性能、功耗和成本上的权衡。 更重要的是,我们将详细指导您如何搭建高效的FPGA开发环境。这包括安装和配置主流的FPGA集成开发环境(IDE),如Vivado(针对Xilinx器件)等。从软件的下载、安装、许可激活,到项目的新建、工程管理、库文件的引入,我们将一步步引导您完成初始设置,确保您能够顺利开始您的第一个FPGA设计。同时,我们还会介绍仿真工具(如Modelsim、QuestaSim)和综合工具的使用,它们是验证设计正确性和实现硬件映射的关键。 第二部分:硬件描述语言(HDL)与逻辑设计 FPGA的强大之处在于其可编程性,而实现这种编程的核心工具就是硬件描述语言(HDL)。本书将重点讲解Verilog HDL,作为业界最广泛使用的HDL之一,它以其简洁高效的语法,能够精确地描述数字电路的行为和结构。您将学习Verilog的基础语法,包括数据类型、运算符、赋值语句、结构体(module)、端口声明、生成语句(generate)、过程块(always、initial)等。 在此基础上,我们将深入探讨如何利用Verilog进行状态机(FSM)的设计,包括有限状态机(Mealy/Moore)的建模、状态编码、转移逻辑的实现,这是设计许多控制逻辑的关键。您还将学习如何进行组合逻辑和时序逻辑的设计,理解门电路、寄存器、计数器、移位寄存器等基本逻辑单元在HDL中的实现方式。 为了让设计更具可读性和可维护性,本书还将介绍模块化设计思想,教会您如何将复杂的系统分解为小的、可管理的模块,并通过实例化和端口连接来实现整体功能。此外,对参数化设计的讲解,将使您的HDL代码更具通用性和灵活性,能够适应不同参数需求的设计。 第三部分:FPGA项目开发流程与实践 掌握了HDL语言和基本设计方法后,我们便进入实际的项目开发环节。本书将详细阐述从需求分析、设计输入、功能仿真、综合、布局布线、时序约束、静态时序分析(STA)到生成比特流(bitstream)并下载到FPGA的完整流程。 功能仿真: 在将设计映射到硬件之前,通过仿真工具对HDL代码进行功能验证是必不可少的步骤。我们将演示如何编写测试平台(testbench),生成激励信号,并分析仿真波形,确保设计的逻辑功能符合预期。 综合与实现: 综合是将HDL代码转换为门级网表的过程,而实现则包括布局(placement)和布线(routing),将网表映射到FPGA的物理资源上。我们将重点讲解如何理解综合和实现的报告,例如逻辑资源利用率、时序报告等,以及如何根据这些信息优化设计。 时序约束与优化: FPGA的性能很大程度上取决于时序。您将学习如何设置时序约束,例如时钟周期、输入输出延迟等,以指导综合和实现工具满足性能要求。静态时序分析(STA)将是本部分的重要组成部分,您将学会分析STA报告,找出时序违例(timing violations),并采取相应措施进行优化,例如调整逻辑结构、添加流水线、修改时序约束等。 高级调试技术: 在实际项目中,硬件调试是不可避免的一部分。我们将介绍FPGA内部逻辑分析仪(如ILA)的使用,以及如何将其集成到设计中,用于在线抓取和分析内部信号,快速定位问题。 第四部分:FPGA接口与通信协议 现代电子系统往往需要与其他器件或系统进行通信。本部分将聚焦于FPGA常用的各种接口和通信协议,使您的设计能够实现与其他硬件的无缝对接。 通用接口: 您将学习如何实现DDR SDRAM、SRAM等存储器的接口,以及如何设计GPIO接口以连接外部传感器、执行器等。 高速串行接口: 高速串行通信是现代通信系统的基础。我们将深入讲解SerDes(Serializer/Deserializer)的工作原理,并重点介绍PCIe(Peripheral Component Interconnect Express)接口的设计和应用。您将了解PCIe的总线协议、事务层、数据链路层和物理层,以及如何在FPGA上实现一个简单的PCIe端点。 网络通信: 对于网络设备和嵌入式系统,以太网接口是必不可少的。本书将介绍以太网MAC层和PHY层的基本概念,并演示如何在FPGA上实现一个基础的以太网收发器。 其他常用接口: 您还将接触到SPI、I2C、UART等在嵌入式系统中广泛应用的通信协议,并学习如何在FPGA上进行实现。 第五部分:FPGA在嵌入式系统中的应用 FPGA凭借其灵活性和可重构性,在嵌入式系统设计领域展现出巨大的潜力。本部分将带领您探索FPGA在构建高性能、定制化嵌入式解决方案中的应用。 SoC(System on Chip)设计: 您将学习如何将CPU(如ARM Cortex-A系列,通过IP核集成)与FPGA逻辑相结合,构建完整的片上系统。这包括软核(如MicroBlaze)和硬核CPU的集成、中断控制器、内存控制器、以及用户自定义逻辑的协同工作。 硬件加速: FPGA非常适合作为CPU的协处理器,用于加速计算密集型任务。我们将介绍如何将算法卸载到FPGA上,例如图像处理、信号处理、加密解密等,以显著提升系统性能。 实时控制系统: 对于需要精确时间控制的应用,如工业自动化、机器人控制等,FPGA能够提供比通用CPU更高的实时性和确定性。您将学习如何设计高精度定时器、脉冲发生器以及实现实时的闭环控制算法。 第六部分:FPGA设计进阶与未来趋势 为了帮助您在FPGA领域不断进步,本部分将触及一些更高级的主题,并展望FPGA技术的未来发展。 IP核的评估与集成: 掌握如何评估、购买和集成第三方IP核,可以极大地加速开发进程。我们将分享选择和集成IP核的经验和技巧。 低功耗设计: 在许多应用中,功耗是一个关键的考量因素。您将了解FPGA的低功耗设计技术,包括门控时钟、功率门控、动态电压频率调整(DVFS)等。 算法的硬件化: 学习如何将复杂的算法(如机器学习、深度学习算法)转化为高效的FPGA硬件实现,以及如何利用FPGA实现AI推理加速。 FPGA与其他技术融合: 展望FPGA在人工智能、边缘计算、5G通信、物联网等前沿领域的应用前景,以及与ASIC、SoC等技术的协同发展。 本书以理论与实践相结合的方式,通过丰富的实例和详细的步骤,力求让读者对FPGA的设计与应用有深入的理解和扎实的掌握。无论您是初次接触FPGA的初学者,还是希望提升技能的在职工程师,都能从本书中受益,踏上数字世界创新的探索之路。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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我喜欢这本书的一点是,它不仅仅局限于某一款具体的FPGA芯片或者某个特定的开发板,而是从原理出发,注重培养读者独立分析和解决问题的能力。书中给出的很多设计思路和技巧,都是具有普遍意义的,即使未来接触到其他型号的FPGA或者不同的开发平台,也能够举一反三。例如,在讲解状态机设计时,作者不仅介绍了传统的Mealy和Moore模型,还详细讨论了如何根据具体需求选择合适的状态机类型,以及如何进行优化以提高性能和降低资源消耗。此外,书中还穿插了一些关于FPGA项目管理和团队协作的经验分享,这对于希望将FPGA技术应用于实际工程项目的读者来说,无疑是宝贵的财富。作者的写作风格非常注重逻辑性和条理性,使得整个学习过程顺畅而高效。每学习完一个章节,都会有一个小结,帮助我们回顾和巩固所学知识。而且,书中提供的例程代码也非常规范,注释清晰,可以直接用于学习和参考。总的来说,这本书为我打开了FPGA开发的大门,并且在我心中种下了独立探索和不断进取的种子。

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这本书在板级调试方面的章节,是我学习过程中最期待的部分之一,也是我之前接触到的很多资料中相对薄弱的环节。《Xilinx FPGA开发实用教程》在这里展现了其“实用”的真谛。作者并没有仅仅停留在理论层面,而是将许多实际的调试技巧和方法融入其中。例如,关于如何利用ILA(Integrated Logic Analyzer)进行在线调试,书中给出了非常具体的操作步骤和应用实例,让我们能够直观地观察FPGA内部的信号变化,从而快速定位问题。此外,书中还讨论了串口通信、LED闪烁、按键输入等基础的板级交互设计,并通过实例演示了如何将这些功能集成到FPGA项目中,并进行验证。我尤其关注的是,书中还涉及到了功耗分析和时序约束的一些高级技巧,这对于设计高性能、低功耗的FPGA应用非常重要。了解这些内容,不仅能帮助我解决实际项目中遇到的困难,更能提升我设计FPGA的整体水平。作者的讲解方式,总是能够让我们从实际应用出发,理解理论的意义,并掌握解决实际问题的能力。这种“学以致用”的学习体验,让我对这本书的价值有了更深的认识。

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这本《Xilinx FPGA开发实用教程》在讲解原理方面,我感觉作者真是下了功夫。它不仅仅是简单地罗列一些公式或者概念,而是将复杂的FPGA工作原理拆解成易于理解的部分,并辅以大量的图示和流程图,让读者能够直观地把握FPGA内部的信号流动和逻辑实现过程。尤其是在介绍组合逻辑和时序逻辑的设计时,作者通过对比分析,清晰地阐述了它们之间的区别和联系,以及在实际项目中的应用场景。对于初学者来说,这一点至关重要,因为它直接关系到后续能否设计出稳定可靠的FPGA电路。我特别欣赏的是,书中在讲解某些重要概念时,会穿插一些“实战小贴士”或者“常见误区解析”,这些细节处理非常到位,能够帮助我们避免走弯路。例如,在讲解时钟域交叉问题时,作者不仅给出了解决方案,还详细分析了可能出现的潜在风险,并提供了避免这些风险的具体方法。此外,这本书在语言上也力求通俗易懂,没有过多晦涩难懂的专业术语,即使是初学者也能较快地进入状态。这种循序渐进、深入浅出的讲解方式,极大地降低了学习难度,让我感觉FPGA不再是遥不可及的神秘技术,而是可以通过努力掌握的实用技能。

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我个人非常看重一本书在“开发流程”方面的细致程度,而《Xilinx FPGA开发实用教程》在这方面做得相当出色。从项目的创建、代码的书写,到仿真验证、逻辑综合,再到布局布线和生成比特流,作者都进行了非常详尽的描述,并且每一个步骤都配有详细的截图和操作指南。这对于像我这样习惯跟着步骤操作的读者来说,简直是福音。尤其是仿真验证的部分,我之前在其他资料上看过,但总感觉不够系统。《Xilinx FPGA开发实用教程》在这里花费了相当多的篇幅,从测试平台的搭建,到各种激励信号的产生,再到波形分析,都进行了细致的讲解,甚至还探讨了如何编写高效的仿真脚本。这一点让我感到非常安心,因为我知道,扎实的仿真验证是保证最终硬件功能正确性的关键。在综合和实现阶段,书中也针对Xilinx的开发工具(比如Vivado)的各个选项进行了详细的解释,并说明了它们对最终芯片性能的影响,这让我能够更好地理解和优化综合与实现过程,从而获得更优化的时序和资源利用率。总的来说,这本书在开发流程的讲解上,真正做到了“手把手教学”,让读者能够清晰地认识到FPGA开发的完整生命周期。

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这本书的封面设计简洁大方,蓝白为主色调,给人一种科技感和专业感,第一时间就吸引了我。我一直对FPGA技术非常感兴趣,但苦于没有一个系统性的入门教程。市面上相关的书籍不少,但很多都过于理论化,或者内容零散,难以形成完整的知识体系。在浏览多家书店和在线平台时,我偶然发现了这本书,它的标题——“Xilinx FPGA开发实用教程”——正是我所寻找的。从目录来看,它涵盖了从FPGA的基础知识、开发环境的搭建,到具体的逻辑设计、综合、实现,再到板级调试等各个环节,内容安排得非常紧凑且逻辑性强,让我对接下来的学习充满了期待。特别是第一章对FPGA基本原理的讲解,听说非常到位,能够帮助初学者快速建立起正确的认识。而且,书名中“实用”二字也表明了它不仅仅是理论的堆砌,更注重实际操作和项目应用,这对于我这样希望学以致用的人来说,是至关重要的。我了解到,这本书还将涉及到Xilinx最新的开发工具和一些热门的应用方向,这让我对更新知识和掌握前沿技术充满信心。整体而言,这本书给我留下了一种“内容翔实,体系完整,注重实践”的良好第一印象,我相信它能够成为我FPGA学习道路上的得力助手。

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这书好像是xup的官方教材一类的东西,讲的有点泛泛,不过还是不错的。

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DSP单元没读,估计暂时也不会读那块。

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入门书,手册的中文翻译

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入门书,手册的中文翻译

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DSP单元没读,估计暂时也不会读那块。

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