ALTERA可编程逻辑器件应用技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:张丽英

出品人:

页数:320

译者:

出版时间:2004-9

价格:28.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787030139528

丛书系列:

图书标签:

• FPGA
• ALTERA
• 可编程逻辑
• 数字电路
• VHDL
• Verilog
• EDA
• 电子设计
• 集成电路
• Quartus

电子设计与前沿技术探索：面向新一代系统的实践指南 本书聚焦于当前电子信息技术领域最活跃、最具创新性的方向，旨在为电子工程、计算机科学及相关专业的学生、工程师和技术爱好者提供一套系统化、前沿性的实践指导。 本书内容涵盖了从底层硬件架构到高端软件应用的全链路知识体系，特别强调理论与实践的紧密结合，鼓励读者通过实际项目深入理解复杂系统的设计与实现。 --- 第一部分：嵌入式系统与实时控制的深度解析 本部分深入探讨了现代嵌入式系统的核心组成、设计原理及高级应用。我们不再停留于基础的微控制器编程，而是着眼于构建高性能、低功耗、高可靠性的实时嵌入式平台。 1.1 现代微处理器与片上系统（SoC）架构 本书详细剖析了主流高性能微处理器的内部结构，包括指令集架构（如ARM Cortex-M/R/A系列）的最新发展、流水线技术、缓存一致性协议（Cache Coherency）以及内存保护单元（MPU/MMU）的配置与优化。重点讲解了异构计算单元（如GPU、DSP核）在SoC中的集成方式及其协同工作机制。读者将学习如何根据应用需求选择合适的处理器核心，并掌握多核系统中的任务调度和资源仲裁技术。 1.2 实时操作系统（RTOS）的精细化管理 区别于通用操作系统的复杂性，本书专注于实时操作系统（RTOS）在嵌入式环境中的应用。内容涵盖RTOS内核的调度算法（如固定优先级、轮转、截止时间分析等）的性能评估，中断处理与延迟的最小化策略。特别强调了内存管理在高实时性应用中的挑战与对策，如内存池、动态内存分配的确定性保证。此外，还详细介绍了FreeRTOS、Zephyr等主流RTOS在资源受限环境下的移植、裁剪与优化方法。 1.3 传感器融合与数据预处理 本章聚焦于物联网（IoT）和边缘计算场景中的关键技术——多源异构传感器数据的采集、校准与融合。内容覆盖惯性测量单元（IMU）、高精度环境传感器、视觉传感器的接口协议（I2C, SPI, MIPI CSI-2等）。重点讲解了卡尔曼滤波（Kalman Filter）、扩展卡尔曼滤波（EKF）以及粒子滤波（PF）在状态估计中的应用，并探讨了如何在资源受限的嵌入式设备上高效实现这些复杂的数学模型。 --- 第二部分：先进通信协议与网络化系统设计 随着万物互联时代的到来，高效、安全、可靠的通信机制成为电子系统的生命线。本部分深入解析了当前主流的短距离、广域网通信技术及其在系统集成中的应用。 2.1 低功耗广域网（LPWAN）技术栈 本书系统梳理了LoRaWAN、NB-IoT、Sigfox等LPWAN技术的物理层特性、媒体访问控制（MAC）层机制及网络服务器架构。重点分析了在实际部署中，如何平衡传输距离、数据速率与功耗之间的关系。内容包括终端设备（Module）的功耗模型分析、空中接口的安全机制设计，以及上层应用服务器（Network Server/Application Server）的数据处理流程。 2.2 工业以太网与时间敏感网络（TSN） 针对工业自动化对确定性通信的严苛要求，本章详述了基于标准以太网的扩展技术，特别是时间敏感网络（TSN）。深入解析IEEE 802.1Qbv（时间窗口接入）、802.1AS（精确时间同步）等关键标准，并介绍了如何利用硬件辅助（如专用交换芯片）实现毫秒级甚至微秒级的端到端确定性延迟保证。案例分析将涵盖机器人控制系统和分布式数控机床中的TSN应用实践。 2.3 无线安全与近场通信（NFC/BLE Mesh） 在本节中，探讨了无线通信中的安全隐患与防御策略。内容涵盖蓝牙低功耗（BLE）的配对安全、数据加密（如AES-CCM）的实现，以及Mesh网络中的密钥管理与拓扑发现机制。对于NFC技术，则侧重于其在非接触支付、身份验证和设备快速配对（Tap-to-Connect）中的应用，包括标签的存储结构与安全访问控制。 --- 第三部分：高性能计算与硬件加速技术 本部分关注如何通过并行化和硬件加速来突破传统冯·诺依曼架构在处理海量数据时的性能瓶颈，特别侧重于面向人工智能和信号处理的应用。 3.1 异构计算编程模型与优化 本书详细介绍了现代异构计算平台（如CPU+GPU，或嵌入式SoC内集成FPGA/DSP单元）的编程范式。内容涵盖OpenCL、CUDA（或类似厂商提供的并行编程接口）的核心概念，如内核（Kernel）的启动、全局内存与共享内存的有效组织，以及数据传输的最小化策略。重点在于如何将复杂的信号处理算法或深度学习推理任务，合理地划分并映射到不同的计算资源上以实现最大吞吐量。 3.2 数字信号处理（DSP）的高效实现 针对通信、雷达和音频处理中的核心算法，本章提供了在定点和浮点DSP单元上实现高效算法的技巧。深入讲解了快速傅里叶变换（FFT）、有限脉冲响应（FIR）/无限脉冲响应（IIR）滤波器的结构优化，如系数的量化、流水线化设计以及如何利用硬件乘法累加（MAC）单元的并行能力。 3.3 硬件描述语言（HDL）的高级应用与验证 虽然本书的核心不侧重于可编程逻辑器件的底层结构，但本章提供了使用硬件描述语言（如VHDL/Verilog）设计自定义硬件加速器的基础与进阶内容。重点阐述了如何利用高级综合（High-Level Synthesis, HLS）工具链，将C/C++代码转化为高效的硬件描述，从而加速原型验证和系统集成。内容包括状态机设计、流水线化设计原则以及基本的时序约束和仿真验证流程。 --- 第四部分：系统级验证、调试与可靠性工程 在复杂系统的开发流程中，验证和调试占据了极其重要的地位。本部分强调了从设计初期就应嵌入的系统级思维，确保产品的健壮性和可维护性。 4.1 硬件调试与逻辑分析的高级技巧 本章超越了基础的示波器使用，重点介绍逻辑分析仪在多协议、高速串行数据流中的应用。内容包括JTAG/SWD调试接口的高级配置、跟踪（Trace）工具的使用，以及如何利用硬件断点和指令跟踪来定位实时系统中的隐性Bug（如竞争条件、堆栈溢出）。 4.2 可靠性与电磁兼容性（EMC）设计基础 本书探讨了电子系统在苛刻环境下的生存能力。内容包括元器件的选型原则、PCB布局中的信号完整性（SI）和电源完整性（PI）设计考量，如阻抗匹配、去耦电容的优化放置。此外，还介绍了基本的EMC设计规则，包括屏蔽、接地和滤波技术，以确保设备符合行业标准的辐射和抗扰度要求。 4.3 固件更新与空中下载（OTA）机制 针对部署在现场的设备，安全可靠的远程固件更新能力至关重要。本章详细设计了OTA机制的实现框架，包括：安全启动（Secure Boot）的验证流程、双备份（A/B Partition）的固件切换策略、数据加密传输和不完全更新的恢复机制。强调如何在更新过程中保障用户数据的安全性和系统的连续性。 --- 总结： 本书提供了一张从底层芯片到云端应用的全面技术蓝图，旨在培养读者在快速迭代的电子工程领域中，构建下一代智能、连接和高性能系统的综合能力。通过大量真实的工程案例和实践步骤，读者将能够跨越理论与实际应用的鸿沟，成为具备前瞻性视野的系统级设计专家。

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