FPGA系统设计与实践 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:电子工业出版社

作者:陈琼

出品人:

页数:413

译者:

出版时间:2005-1

价格:36.00元

装帧:平装（带盘）

isbn号码:9787121006746

丛书系列:

图书标签:

• FPGA
• FPGA
• 系统设计
• 数字电路
• Verilog
• VHDL
• 硬件描述语言
• 可编程逻辑
• 嵌入式系统
• 电子设计
• 实践教程

嵌入式系统软件架构与性能优化：从硬件抽象到实时调度 图书简介 本书聚焦于现代嵌入式系统软件开发的深层挑战与前沿实践，旨在为工程师和研究人员提供一套系统化、可落地的软件架构设计与性能调优方法论。内容严格围绕不涉及FPGA硬件加速器设计与具体实现细节的前提，全面剖析在资源受限环境下如何构建高效、可靠、可维护的软件系统。 第一部分：嵌入式软件架构基础与抽象层设计 本部分首先确立了现代嵌入式软件设计的核心原则：分层、模块化与接口隔离。 第1章：嵌入式系统软件栈的演进与分层模型 详细探讨了从裸机编程到复杂操作系统环境的软件栈演变历程。重点剖析了标准的四层架构模型：硬件层、硬件抽象层（HAL）、中间件层（OS/Middleware）和应用层。强调HAL层设计的核心目标——屏蔽底层差异性，提高代码的可移植性。分析了不同架构（如基于状态机的有限自动机模型、基于事件驱动的reactor模式）在不同应用场景下的适用性。 第2章：硬件抽象层（HAL）的深度设计原则 深入讲解如何设计一个健壮且灵活的HAL。内容包括：对寄存器访问的封装策略（原子操作的实现、内存映射的安全性）、中断服务程序（ISR）的结构化处理，以及如何通过抽象接口（如统一的GPIO、UART、Timer接口）隔离上层应用对具体微控制器（MCU）寄存器的依赖。本章特别讨论了如何在不依赖特定硬件加速器的前提下，利用MCU内部资源（如DMA控制器、缓存机制）进行高效的数据搬运和任务调度。 第3章：实时操作系统（RTOS）的选型、配置与内核机制 本章是软件架构的核心支撑。详细对比了主流RTOS（如FreeRTOS, Zephyr, RT-Thread）的内核机制，包括任务（Task）的创建、上下文切换的原理、任务间通信（IPC）机制（信号量、互斥锁、消息队列、事件组）的正确使用范式。重点解析了优先级反转问题及其避免策略，以及如何通过配置内核以适应特定的内存约束和启动时间要求。 第二部分：性能优化与资源管理 本部分将性能优化的焦点放在软件算法、调度策略和内存布局上，而非硬件加速带来的计算提速。 第4章：实时性保证与调度算法分析 深入剖析嵌入式系统中“实时性”的量化指标（最坏情况执行时间WCET、抖动Jitter）。详细分析了固定优先级抢占式调度、轮转调度、优先级继承（Priority Inheritance）和优先级天花板（Priority Ceiling）协议在实际中的应用与局限性。提供了一套基于时序分析的软件模块优先级分配流程。 第5章：高效内存管理与数据对齐 在内存资源紧张的嵌入式系统中，内存布局至关重要。本章探讨了静态内存分配、动态内存分配（如内存池、堆管理算法）的性能开销分析。深入讲解了结构体和数组在不同架构下的内存对齐规则（Stack Aligment vs. Data Section Alignment），以及如何通过编译器优化指令（如`__attribute__((packed))`的审慎使用）来平衡访问速度和代码大小。 第6章：低功耗模式的软件控制与唤醒策略 探讨系统级功耗管理策略。内容包括MCU不同睡眠模式（Sleep, Stop, Standby）的软件触发与退出流程、唤醒源的配置与去抖动处理。重点在于设计一个高效的“唤醒-执行-休眠”循环，精确控制外设的时钟门控，确保在不引入外部加速路径的情况下，实现最优的能源效率。 第三部分：中间件与上层应用设计 本部分关注如何利用标准软件组件构建复杂应用，并确保软件的可维护性与可调试性。 第7章：驱动程序设计与标准化接口 讲解如何设计符合平台级驱动标准的组件。以通信协议栈（如UART、SPI、I2C）为例，展示如何实现驱动的初始化、数据收发缓冲区的管理（DMA缓冲区的软件设置，而非DMA硬件本身的配置），以及如何确保多线程环境下对共享硬件资源的访问安全。 第8章：面向状态的事件驱动架构（EDA） 介绍如何使用有限状态机（FSM）或更高级的基于事件的架构来管理复杂的系统行为。重点讨论如何将物理事件（如按键按下、传感器阈值触发）转化为清晰的软件事件，并安全地传递给状态机进行处理。这是一种高度解耦的软件组织方式。 第9章：嵌入式系统的可靠性与调试方法 探讨软件故障的预防和检测机制。包括看门狗定时器（WDT）的软件喂狗策略、运行时错误检测（如栈溢出检测、断言的使用），以及非侵入式调试技术（如JTAG/SWD接口下的断点设置、变量监视）在性能分析中的应用。本章强调在不依赖专用硬件加速器分析工具的情况下，如何通过软件日志和系统快照进行问题定位。 总结 本书的核心价值在于提供一套独立于特定加速硬件的、专注于提升微控制器软件质量与执行效率的系统工程方法论。它帮助读者掌握在资源约束下，通过精妙的软件架构设计和算法优化，构建出高性能、高可靠性嵌入式系统的能力。

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我是一个对新技术充满好奇心的电子爱好者，最近被FPGA的强大功能所吸引，于是寻找相关的书籍。在众多选择中，《FPGA系统设计与实践》这本书脱颖而出。我被它深入浅出的讲解方式所吸引，即便我是一个FPGA新手，也能够理解书中的内容。书中对于Verilog HDL和VHDL两种硬件描述语言的讲解都非常到位，并且对比分析了它们的优缺点，帮助我选择适合自己的语言。更重要的是，这本书不仅仅停留在语言层面，而是将重心放在了如何利用这些语言来设计和实现实际的FPGA系统。我被书中关于接口设计的部分深深吸引，例如如何实现UART、SPI、I2C等常用通信协议，以及如何设计SDRAM控制器、DDR控制器等存储器接口。书中提供了详细的时序图和状态机描述，让我能够清晰地理解这些复杂接口的工作原理。我尝试着跟着书中的例子，在开发板上实现了几个简单的接口，成功地让FPGA与外部设备进行了数据交互，这给了我巨大的成就感。这本书不仅仅是学习知识，更是一种能力的培养，它教会了我如何分析问题、解决问题，以及如何将理论知识转化为实际成果。

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作为一个在大学里教授数字逻辑和微电子学的教师，《FPGA系统设计与实践》这本书给我留下了深刻的印象。我经常会推荐一些书籍给我的学生，而这本书无疑会是我未来推荐名单中的重要一员。它在教学内容的设计上非常贴合当前的行业需求，并且在知识的深度和广度上都达到了一个相当高的水平。我尤其欣赏书中关于FPGA系统级设计的讨论，作者不仅仅局限于单个模块的设计，而是从整个系统的角度出发，讲解如何进行合理的架构划分、模块间的接口定义以及整体性能的优化。书中对于异步时钟域交叉（CDC）问题的分析尤为精彩，作者详细阐述了CDC可能带来的潜在风险，并给出了多种常用的同步电路设计方法，如握手信号、FIFO等，并对它们的适用场景进行了分析。这对于学生理解和避免在实际项目中可能出现的时序问题至关重要。此外，书中还介绍了FPGA在嵌入式系统设计中的应用，以及如何与ARM等处理器协同工作，这为学生提供了更广阔的职业发展视野。这本书的语言风格严谨而不失生动，图文并茂，非常适合作为高等院校相关专业学生的教材或参考书。

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作为一名在IT行业摸爬滚打多年的软件工程师，我对硬件世界一直充满着好奇，也希望能够扩展自己的技术栈。《FPGA系统设计与实践》这本书，为我打开了通往FPGA世界的大门。虽然我之前对硬件了解不多，但书中从最基础的数字电路原理讲起，循序渐进，让我能够逐步理解FPGA的运作方式。我尤其喜欢书中关于并行计算和硬件加速的讲解。作者用形象的比喻解释了如何将原本在CPU上串行执行的任务，通过FPGA实现高度并行化，从而获得巨大的性能提升。书中就以一个图像处理的例子，详细展示了如何将卷积运算在FPGA上并行实现，速度比CPU快了几个数量级。这让我看到了FPGA在高性能计算领域的巨大潜力。此外，书中还涉及到了SoC（System on Chip）的设计理念，以及FPGA如何与ARM等高性能处理器结合，构建复杂的嵌入式系统。这本书让我看到了软件和硬件结合的魅力，也激发了我对硬件加速和嵌入式系统开发的浓厚兴趣。

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对于我这样一名在FPGA领域摸索了几年，但总觉得基础不够扎实的研究生来说，《FPGA系统设计与实践》这本书的出现，无疑是雪中送炭。它不像许多教科书那样，只注重理论知识的堆砌，而是将理论与实践紧密地结合在一起。书中对于FPGA开发流程的梳理，从需求分析、架构设计、模块划分，到HDL编码、仿真验证、综合实现、时序分析，再到硬件调试，几乎涵盖了FPGA项目开发的每一个环节。我特别赞赏书中关于RTL设计原则和代码风格的章节，作者强调了代码的可读性、可维护性和可综合性，并提供了很多实用的编码技巧。例如，在讲解如何避免亚稳态时，作者就通过分析不同时钟域信号交互的场景，给出了几种行之有效的解决方法，并用详细的Verilog代码示例进行了说明。此外，书中还涉及到了C/C++到HDL的自动转换技术（如HLS），以及如何利用Xilinx Vivado、Intel Quartus等主流FPGA开发工具进行高效开发。这本书让我意识到，FPGA开发不仅仅是编写几行代码，而是一个系统工程，需要综合运用多种知识和技能。

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我是一名刚刚毕业，正在寻找工作的电子工程专业毕业生。在找工作期间，我深知扎实的FPGA理论知识和实践经验是多么重要。《FPGA系统设计与实践》这本书，简直就是为我量身定做的。它不像许多招聘广告中提到的“精通XXX，熟悉YYY”，而是真正地从零开始，一步步引导我深入理解FPGA的精髓。书中对于FPGA器件的内部架构，如LUT（查找表）、FF（触发器）、BRAM（块RAM）等资源的讲解，让我对FPGA的“硬件”有了更直观的认识，理解了为什么不同的设计会消耗不同数量的资源。我特别喜欢书中关于时序优化的部分，作者通过大量的实例，讲解了如何通过修改HDL代码、调整综合和布局布线选项来提高设计的时序性能。这对于我在面试中被问到“如何提高FPGA设计速度”这类问题时，能够给出令人信服的答案非常有帮助。书中还提供了许多关于FPGA在通信、图像处理、嵌入式系统等领域的应用案例，让我对FPGA的实际应用有了更全面的了解，也为我未来的职业发展方向提供了参考。

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说实话，我一开始对《FPGA系统设计与实践》这本书的期望并不高，因为市面上关于FPGA的书籍实在太多了，很多都内容重复，缺乏新意。但是，当我翻开这本书的时候，我立刻被它的专业性和系统性所吸引。这本书的作者显然对FPGA领域有着非常深入的研究，并且能够将复杂的概念用清晰易懂的语言表达出来。我印象最深刻的是书中关于IP核复用和IP核设计的章节。作者详细介绍了如何选择和集成现有的IP核，以及如何根据自己的需求设计定制化的IP核。这对于提高开发效率，降低项目风险非常有帮助。书中还提供了大量的工程案例，这些案例不仅涵盖了各种常见的FPGA应用场景，而且对每一个案例的设计思路、实现方法和注意事项都进行了详细的讲解。例如，在讲解数字信号处理（DSP）在FPGA上的实现时，作者就以一个具体的滤波器设计为例，从算法选择、模块划分、到Verilog HDL代码的编写和时序约束，都进行了手把手的指导。这种“从理论到实践”的全方位指导，让我在学习过程中能够快速掌握知识并应用到实际项目中。这本书的编排也十分合理，逻辑清晰，章节过渡自然，让我能够循序渐进地学习，不会感到迷茫。

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作为一名在电子工程领域摸爬滚打多年的工程师，我最近有幸接触到了一本名为《FPGA系统设计与实践》的书籍。尽管我早已涉足FPGA的开发，但这本书依然给了我不少惊喜和启发。首先，它并非简单地罗列各种FPGA器件的参数和开发工具的使用方法，而是深入浅出地剖析了FPGA设计的核心思想和流程。作者从最基础的逻辑门原理讲起，循序渐进地引导读者理解组合逻辑和时序逻辑的构建，以及如何利用这些基本单元来搭建更复杂的系统。我尤其欣赏书中对于状态机设计的详细阐述，作者不仅提供了多种状态机编码方式的优缺点分析，还通过实际案例展示了如何根据具体需求选择最优方案。更难能可贵的是，书中还涉及到了高级设计技术，例如流水线技术、并行处理等，这些内容对于提升FPGA设计的性能和效率至关重要。我记得在书的某个章节，作者讲解了如何通过流水线技术将原本串行执行的任务分解成多个阶段并行处理，极大地缩短了整体处理时间。这种深入的剖析和实用的技巧，让我对FPGA的设计能力有了更深刻的认识。此外，书中的代码示例清晰明了，紧密结合理论讲解，读者可以很容易地将学到的知识应用于实践。我尝试着将书中的一些关键模块移植到我正在进行的一个项目中，效果立竿见影。不得不说，这本书确实是FPGA初学者和进阶者不可多得的学习宝典。它不仅教授“做什么”，更重要的是教会“为什么这样做”，以及“如何做得更好”。

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我是一名业余的电子爱好者，一直对FPGA充满着好奇，但苦于没有系统性的入门教材。《FPGA系统设计与实践》这本书，简直就是为我量身打造的。它从最基础的数字逻辑概念开始，用非常通俗易懂的语言解释了什么是FPGA，它的优势在哪里，以及如何进行设计。我非常喜欢书中关于Verilog HDL的讲解，作者并没有一开始就抛出复杂的语法，而是从最基本的门电路开始，逐步引入模块、信号、always块等概念，并且用大量的简单例子来帮助我理解。我跟着书中的例子，在FPGA开发板上成功地实现了自己的第一个LED闪烁程序，这让我感到无比的兴奋和满足。书中还介绍了如何进行行为级仿真和门级仿真，这让我能够提前发现代码中的错误，避免在硬件上出现问题。此外，书中还讲解了FPGA在各种领域的应用，如数字信号处理、通信系统、嵌入式系统等，这让我对FPGA的强大功能有了更全面的认识，也激发了我未来深入学习的动力。这本书的难度适中，内容翔实，是FPGA入门者的绝佳选择。

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对于我这样一位在FPGA设计领域有着多年经验的资深工程师来说，《FPGA系统设计与实践》这本书依然提供了不少宝贵的见解。我一直认为，在FPGA设计中，理解底层硬件和掌握高级抽象能力同样重要。这本书在这一点上做得非常好。书中关于FPGA内部架构的深入剖析，如各种逻辑单元（CLB/LE）的组织方式、时钟网络的设计、以及全局布线资源的使用，都帮助我更深刻地理解了综合和布局布线过程的工作原理，从而能够写出更易于优化的RTL代码。我特别赞赏书中对于低功耗设计策略的详细阐述，这在当前功耗日益成为关键指标的嵌入式领域非常实用。作者不仅介绍了传统的功耗优化方法，如门控时钟、动态电压频率调整（DVFS），还讨论了如何通过优化算法和数据表示来降低功耗。书中还提到了关于FPGA的可靠性设计，如如何处理单粒子翻转（SEU）等问题，这对于一些关键应用领域的设计非常重要。这本书的深度和广度，足以让有经验的工程师从中获得新的启发和更深入的理解。

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拿到《FPGA系统设计与实践》这本书时，我正处于一个技术瓶颈期。我从事FPGA开发已有几年，虽然能够完成一些项目，但总感觉在设计思路上不够开阔，对一些底层原理的理解也停留在表面。这本书的出现，就像一盏明灯，照亮了我前行的道路。它没有一开始就抛出晦涩难懂的专业术语，而是从最朴素的数字逻辑基础开始，一点点地构建起读者对FPGA世界的认知。我非常喜欢书中关于时序约束的章节，作者用生动形象的比喻解释了建立时间和保持时间的概念，让我终于理解了为什么有些设计在仿真时能够通过，但在实际硬件上却出现问题。书中的每一个讲解都紧密联系实际应用，比如在讲解时序分析时，作者就详细描述了如何通过调整代码结构和使用合适的时序优化技巧来满足严格的时序要求。此外，书中还深入探讨了FPGA的功耗优化策略，这对于当前追求低功耗设计的趋势来说，显得尤为重要。我曾经为一个对功耗要求极高的嵌入式项目而苦恼，书中关于时钟门控、动态电压频率调整（DVFS）等技术的介绍，为我提供了全新的思路和解决方案。阅读过程中，我仿佛置身于一个经验丰富的导师的课堂，他的每一个字都饱含着多年的实践经验。这本书的价值不仅仅在于其知识的广度和深度，更在于其传递的解决问题的思维方式和工程实践的态度。

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