Embedded Design Using Programmable Gate Arrays pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:

作者:Silage, Dennis

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:

價格:270.00 元

裝幀:

isbn號碼:9781589094864

叢書系列:

圖書標籤:

• FPGA
• 嵌入式係統
• 數字電路設計
• Verilog
• VHDL
• 硬件描述語言
• 可編程邏輯器件
• 電子工程
• 設計方法學
• 嵌入式設計

深入探索現代電子設計的基石：FPGA的強大力量 本書將為您揭示嵌入式係統設計領域中最具革新性、最靈活的組件之一——現場可編程門陣列（FPGA）的無窮潛力。如果您對構建高性能、高效率、高度定製化的電子産品充滿熱情，渴望掌握驅動下一代智能設備的核心技術，那麼這本書將是您不可或缺的指南。 不再局限於固定的硬件，擁抱無限的可能性 傳統的嵌入式係統設計往往受限於預先製造好的專用集成電路（ASIC）。一旦芯片生産完成，其功能便已固定，任何修改或升級都需要重新設計和製造，成本高昂且耗時漫長。而FPGA的齣現，徹底打破瞭這一桎梏。FPGA本質上是一種半導體器件，其內部邏輯門和互連綫可以在器件上進行配置和重編程，允許用戶根據具體應用需求，實時定義和修改其硬件功能。 想象一下，您可以像編寫軟件一樣，通過硬件描述語言（HDL），如Verilog或VHDL，來“繪製”您想要的數字電路。無論是復雜的信號處理算法、高速數據通信接口、精密的運動控製邏輯，還是人工智能推理的加速器，您都可以將其轉化為能夠在FPGA上運行的硬件。這意味著您可以在一次硬件開發周期內，嘗試多種設計方案，快速迭代，直至找到最優解。 本書將為您提供一個全麵的學習框架，涵蓋從基礎概念到高級應用的方方麵麵： FPGA架構的奧秘： 我們將深入剖析FPGA的核心構建模塊，包括可配置邏輯塊（CLBs）、輸入/輸齣塊（IOBs）、分布式RAM（DRAM）、鎖相環（PLL）以及各種硬核IP（如處理器核、DSP切片等）。理解這些組成部分的工作原理，是掌握FPGA設計的基礎。您將學習到不同廠商的FPGA在架構上的差異，以及如何根據項目需求選擇最閤適的FPGA係列。 硬件描述語言（HDL）的精髓： 本書將係統地介紹Verilog和VHDL這兩種主流的HDL。您將學習如何使用這些強大的語言來描述組閤邏輯和時序邏輯，如何實例化和實例化模塊，以及如何進行層次化設計。我們將提供大量的代碼示例，幫助您快速掌握HDL的語法和設計範式，並重點講解如何編寫可綜閤（synthesizable）的代碼，確保您的設計能夠被成功映射到FPGA硬件上。 設計流程的完整解析： 從概念到最終實現的完整FPGA設計流程將被詳盡地呈現。這包括： 邏輯綜閤（Logic Synthesis）： 將HDL代碼轉化為網錶（netlist）的過程，是硬件實現的第一步。我們將討論綜閤工具的工作原理，以及如何優化綜閤結果以獲得更高的性能和更低的資源利用率。 布局布綫（Place and Route）： 將綜閤後的邏輯映射到FPGA的物理資源上，並完成內部互連綫的設計。我們將探討布局布綫過程中可能遇到的挑戰，如時序違例（timing violations），以及如何通過約束（constraints）文件來指導布局布綫過程，確保設計的時序要求得到滿足。 時序分析（Timing Analysis）： 驗證設計在目標時鍾頻率下是否能穩定工作，是FPGA設計成功的關鍵。本書將詳細講解如何理解時序報告，如何識彆和解決時序問題，以及各種時序優化技術。 仿真與驗證（Simulation and Verification）： 在實際部署之前，通過仿真來驗證設計的正確性是必不可少的環節。我們將介紹不同類型的仿真（行為仿真、門級仿真），以及如何編寫測試平颱（testbenches）來全麵地測試您的設計。 嵌入式係統的整閤： FPGA並非孤立存在，它常常是整個嵌入式係統的一部分。本書將重點闡述如何將FPGA與微控製器（MCU）、專用芯片、傳感器、執行器以及其他外設進行高效的集成。您將學習到如何設計和實現各種通信接口，如SPI、I2C、UART、Ethernet、USB，以及如何利用FPGA來實現高速ADC/DAC接口、內存控製器等關鍵功能。 高級應用案例剖析： 為瞭讓您更直觀地理解FPGA的強大應用，本書將深入探討一係列典型的嵌入式係統設計案例。這些案例將覆蓋： 數字信號處理（DSP）： 如何利用FPGA的並行計算能力實現高效的濾波器、FFT、調製解調等算法。 圖像與視頻處理： 構建高性能的圖像采集、處理、編解碼係統。 通信係統： 設計低延遲、高吞吐量的數據通信協議棧和物理層實現。 運動控製： 精準控製電機、步進器等執行器，實現復雜的運動軌跡。 機器學習與人工智能（AI）加速： 利用FPGA的硬件加速能力，實現神經網絡的推理和部署。 調試與優化的實戰技巧： 在實際開發過程中，調試是不可避免的挑戰。本書將分享各種強大的調試工具和技術，例如片上邏輯分析儀（On-Chip Logic Analyzer）、信號探測器等，幫助您快速定位和解決設計中的問題。同時，您還將學習到如何對您的FPGA設計進行性能優化、功耗優化和麵積優化。 誰適閤閱讀本書？ 電子工程、計算機科學及相關專業的學生： 本書將為您打下堅實的FPGA設計基礎，為您的未來職業生涯做好準備。 嵌入式係統工程師： 如果您希望提升您在嵌入式係統設計中的靈活性和性能，FPGA是您必須掌握的技術。 硬件開發者和愛好者： 任何對定製化硬件開發、高速計算、並行處理感興趣的人，都將從本書中獲益匪淺。 希望從軟件思維轉嚮硬件思維的開發者： 本書將提供一個清晰的橋梁，幫助您理解硬件的語言和邏輯。 通過本書的學習，您將不僅掌握FPGA的設計方法和工具鏈，更重要的是，您將獲得一種全新的、麵嚮硬件的思維方式。您將能夠自信地應對各種復雜的嵌入式係統設計挑戰，將您的創新想法轉化為切實可行的、高性能的硬件解決方案。準備好踏上這場激動人心的FPGA設計之旅吧！

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我非常欣賞這本書在收尾部分對於未來趨勢的展望，以及如何將FPGA技術與新興的領域，如機器學習加速和異構計算平颱相結閤。這錶明作者的視野並不僅限於傳統的數字電路設計，而是著眼於如何利用可編程邏輯來驅動下一代計算平颱的發展。書中關於如何將一個C/C++描述的算法快速移植到FPGA上運行的案例，讓我看到瞭縮短産品上市時間的巨大潛力。對於那些希望從軟件領域跨界到硬件加速領域的工程師來說，這本書提供瞭一個非常紮實且前瞻性的路綫圖。它不僅僅是一本關於如何使用工具的書，更是一本關於如何用邏輯和並行思維去解決復雜工程問題的指南。它讓我確信，掌握FPGA技術是現代嵌入式係統工程師工具箱中不可或缺的一環。

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這本書在關於係統集成和接口方麵的內容深度，給我留下瞭深刻印象。在現代嵌入式係統中，CPU、內存、外設之間的通信效率至關重要，而FPGA恰恰是實現定製化、高帶寬互連的理想載體。我仔細閱讀瞭其中關於AXI總綫協議講解的部分，感覺其細緻程度遠超我之前閱讀的其他資料。作者並沒有僅僅停留在協議的規範描述，而是深入探討瞭在實際設計中如何利用高層次綜閤（HLS）工具來加速IP核的開發，以及如何調試那些在硬件層麵上齣現的時序違規問題。這種將理論與現代設計流程緊密結閤的態度，極大地提升瞭這本書的實用價值。此外，它對低功耗設計策略的探討也顯得非常及時和必要，因為在電池供電的嵌入式設備中，效率就是一切。這本書真正做到瞭在“設計”和“實現”之間架起一座堅實的橋梁。

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我花瞭幾個周末來研究這本書的整體結構，發現它在內容組織上頗具匠心。它似乎沒有采用那種堆砌理論公式的枯燥方式，而是采取瞭一種循序漸進、以項目驅動的學習路徑。從最基礎的邏輯門操作開始，逐步過渡到更復雜的狀態機設計，再到如何高效地管理時鍾域和同步問題——這正是我在實際工作中經常遇到的瓶頸。我特彆欣賞它在介紹高級概念時所展現齣的那種務實態度，比如如何處理片上資源管理，以及如何在有限的資源內優化設計以達到最佳性能指標。這種注重實踐的敘事方式，使得即便是像我這樣對FPGA接觸不深的讀者，也能感受到設計的脈絡和邏輯的清晰。我感覺作者深諳如何將那些原本深奧的電子工程概念，轉化為C++或Python程序員能夠理解的思維模型。如果書中對不同廠商的FPGA架構差異有所提及，並給齣一些通用的設計哲學指導，那就更完美瞭，因為真正的嵌入式設計往往需要跨平颱的能力。

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這本書的標題吸引瞭我——《嵌入式設計與可編程門陣列》，我立刻被那種將底層硬件控製與靈活的邏輯實現結閤的前景所打動。作為一名多年從事軟件開發的工程師，我深知在許多需要極緻性能或對時序有嚴格要求的應用場景中，僅僅依靠傳統的微控製器或CPU是遠遠不夠的。這本書似乎正填補瞭這樣一個空白，它不再僅僅停留在抽象的軟件層麵，而是深入到瞭晶體管和邏輯門級的實現藝術。我期待著它能清晰地闡釋如何利用FPGA這種強大的工具鏈，去構建那些在傳統嵌入式係統中難以企及的實時、高速的數字信號處理或定製化接口。如果它能提供紮實的理論基礎，同時輔以豐富的實際案例，指導讀者如何從零開始規劃一個基於FPGA的嵌入式係統，那它絕對是值得我投入時間的參考書。我尤其關注它對硬件描述語言（HDL）的講解深度，以及如何有效地進行綜閤、布局和布綫，這些都是將設計轉化為物理電路的關鍵步驟。一個優秀的教程應該能夠將復雜的並行處理概念平易近人地呈現齣來，引導我真正理解“硬件編程”的精髓所在，而不是僅僅停留在調用庫函數的層麵。

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閱讀這本書的過程，對我而言更像是一次思維模式的轉變。過去我習慣於串行處理指令，而FPGA的本質在於並行計算。書中對於流水綫（Pipelining）和並行性（Parallelism）的闡述，幫助我從一個全新的角度去審視問題。例如，它如何指導讀者將一個復雜的濾波算法，拆解成多個可以同時執行的邏輯塊，並通過精妙的時序控製來實現數據流的無縫銜接，這簡直是迷人的工程藝術。我發現書中對狀態機的描述尤為精闢，它不僅展示瞭如何編寫清晰、可綜閤的狀態機代碼，更重要的是，它教會瞭我如何去“思考”一個硬件狀態機——如何避免競爭條件，如何確保設計在所有時鍾邊緣都能做齣確定的響應。這種對底層確定性的執著追求，是FPGA設計區彆於傳統軟件開發的核心魅力所在，而這本書成功地捕捉到瞭這一點。

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