Field-Programmable Gate Arrays pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer

作者:Stephen D. Brown

出品人:

页数:228

译者:

出版时间:1992-6-30

价格:USD 205.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780792392484

丛书系列:

图书标签:

计算机
电子
FPGA
数字电路
可编程逻辑
硬件设计
VHDL
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数字系统设计
集成电路
电子工程

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具体描述

Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs) have emerged as an attractive means of implementing logic circuits, providing instant manufacturing turnaround and negligible prototype costs. They hold the promise of replacing much of the VLSI market now held by mask-programmed gate arrays. FPGAs offer an affordable solution for customized VLSI, over a wide variety of applications, and have also opened up new possibilities in designing reconfigurable digital systems. Field-Programmable Gate Arrays discusses the most important aspects of FPGAs in a textbook manner. It provides the reader with a focused view of the key issues, using a consistent notation and style of presentation. It provides detailed descriptions of commercially available FPGAs and an in-depth treatment of the FPGA architecture and CAD issues that are the subjects of current research. The material presented is of interest to a variety of readers, including those who are not familiar with FPGA technology, but wish to be introduced to it, as well as those who already have an understanding of FPGAs, but who are interested in learning about the research directions that are of current interest.

《集成电路设计的精巧艺术：从逻辑门到系统级硬件实现》内容概要本书深入探索集成电路（IC）设计的核心原理与实践，旨在为读者构建一个全面而深入的理解框架。我们不再局限于单一的硬件平台，而是将视角放宽至整个数字逻辑设计的生态系统，涵盖从最基础的逻辑门操作，到如何构建复杂、高效的电子系统。全书以严谨的学术态度，结合大量的实际案例与工程经验，详细剖析了现代集成电路设计中不可或缺的各个环节。第一部分：数字逻辑基础与抽象本部分为理解后续更复杂概念奠定坚实的基础。我们将从最基本的布尔代数原理讲起，这是数字电路设计的数学基石。读者将学习如何运用逻辑门（AND, OR, NOT, XOR等）来构建简单的组合逻辑电路，理解其真值表、逻辑表达式以及如何进行逻辑化简，从而优化电路性能。随后，我们将深入到时序逻辑电路的设计。寄存器、触发器（D型、JK型、T型、RS型）是构建存储单元的关键，本书将详细阐述它们的内部工作机制、状态转移以及在时序电路设计中的作用。这将帮助读者理解如何设计计数器、移位寄存器等基本时序模块，并学习如何分析和避免时序违例，如建立时间（setup time）和保持时间（hold time）问题。除了硬件层面的基础，本书还将引入抽象层面的设计方法。我们将详细介绍硬件描述语言（HDL）在现代IC设计中的关键作用，重点讲解Verilog和VHDL的语法、语义以及在行为级、寄存器传输级（RTL）建模中的应用。通过丰富的示例，读者将学会如何用HDL描述数字电路的功能，并理解HDL综合（synthesis）的概念，即如何将高层次的HDL代码转化为实际的门级网表。第二部分：架构设计与系统构建在掌握了基础的逻辑构建能力后，本部分将引导读者进行更高级别的架构设计。我们将详细讲解微处理器、内存控制器、通信接口等核心数字系统模块的设计原理。这包括指令集架构（ISA）的理解、流水线（pipelining）技术以提高指令执行效率、缓存（cache）的设计与优化策略，以及如何设计和实现各种总线协议（如AXIM, AHB等）以实现模块间的有效通信。本书还将探讨存储器的设计。从基本的SRAM和DRAM的工作原理，到如何设计内存控制器以管理数据读写和刷新操作，都将得到详尽的阐述。同时，我们将分析不同存储器技术的优缺点，以及如何在系统设计中根据性能、功耗和成本需求做出选择。第三部分：高级设计技术与优化为了应对日益复杂的芯片设计需求，本部分将深入探讨各种先进的设计技术和优化方法。功耗分析与优化是现代IC设计的重中之重。我们将介绍静态功耗和动态功耗的来源，并讲解各种降低功耗的技术，如时钟门控（clock gating）、电源门控（power gating）、低功耗态（sleep modes）以及动态电压频率调整（DVFS）等。时钟树综合（Clock Tree Synthesis, CTS）是确保芯片内部所有时钟信号同步的关键技术。本书将详细介绍时钟树的构建原理、时钟偏斜（clock skew）和时钟抖动（clock jitter）的影响，以及CTS工具如何生成低偏斜、低抖动的时钟网络。同时，我们将深入探讨信号完整性（Signal Integrity, SI）和电源完整性（Power Integrity, PI）问题。信号噪声、串扰（crosstalk）、反射（reflection）等问题会对电路的稳定性和性能造成严重影响。本书将介绍这些问题的成因、分析方法以及相应的解决方案，例如端接（termination）、差分信号（differential signaling）的应用，以及如何进行电源分配网络（PDN）的设计以保证稳定可靠的电压供应。第四部分：验证与测试一个功能正确、性能优越的集成电路离不开严格的验证和测试。本部分将全面介绍数字IC设计的验证流程。我们将讲解验证的层次，包括单元验证（unit verification）、集成验证（integration verification）和系统验证（system verification）。仿真（simulation）是验证的核心手段。我们将详细介绍不同类型的仿真器（如事件驱动仿真、cycle-accurate仿真），以及如何编写高效的测试平台（testbench）来驱动被测设计（DUT）并检查其输出。激励生成（stimulus generation）、检查器（checker）的设计以及断言（assertion）的应用都将得到详细讲解。除了功能验证，形式验证（formal verification）作为一种无须仿真波形的验证方法，也将被重点介绍。我们将讲解其基本原理，如模型检测（model checking）和等价性验证（equivalence checking），以及如何在设计流程中应用它们来证明设计的正确性。最后，本书还将探讨芯片制造后的测试。我们将介绍可测性设计（Design for Testability, DFT）的概念，包括扫描链（scan chain）的插入、边界扫描（boundary scan）技术以及内置自测试（Built-In Self-Test, BIST）的原理，这些技术能够极大地提高测试效率和覆盖率。第五部分：现代IC设计流程与工具链为了让读者能够将所学知识应用于实际工程，本部分将介绍现代IC设计的典型流程。我们将从需求定义、架构设计，到前端（front-end）设计（包括RTL编写、逻辑综合、静态时序分析STA），再到后端（back-end）设计（包括布局布线Placement & Routing, P&R、物理验证Physical Verification），最后到芯片流片（tape-out）和制造，贯穿整个生命周期。本书还将简要介绍在整个流程中使用的关键EDA（Electronic Design Automation）工具，如逻辑综合工具、布局布线工具、STA工具、物理验证工具等，并讲解它们在不同设计阶段的作用。目标读者本书适合以下读者：对集成电路设计感兴趣的本科生和研究生。希望系统学习数字逻辑设计、计算机体系结构和EDA工具的工程师。从事相关领域研究的科研人员。对电子系统底层实现原理有深入了解需求的软件开发者。本书的特点系统性与全面性：本书涵盖了从基础逻辑门到复杂系统构建的完整知识体系，不遗漏任何关键环节。理论与实践结合：深入的理论阐述辅以丰富的实例和工程实践经验，帮助读者理解概念并掌握实际应用。技术前沿性：关注当前集成电路设计领域的热点和发展趋势，如低功耗设计、高可靠性设计等。严谨的学术风格：以严谨的逻辑和清晰的结构呈现内容，确保知识的准确性和权威性。面向解决问题：不仅仅是知识的罗列，更侧重于培养读者分析问题、解决问题的能力。通过阅读本书，读者将能够深刻理解现代集成电路设计的艺术与科学，为设计出更强大、更高效、更可靠的电子产品打下坚实的基础。