可重构片上系统的系统级设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学

作者:沃尔斯

出品人:

页数:231

译者:

出版时间:2007-1

价格:36.00元

装帧:

isbn号码:9787030182456

丛书系列:

图书标签:

• 片上系统
• 可重构计算
• 系统级设计
• 硬件设计
• 嵌入式系统
• VLSI
• 数字电路
• FPGA
• SoC
• 计算机体系结构

《嵌入式系统架构与优化实践》 内容简介 本书深入探讨了现代嵌入式系统的设计、实现与性能优化。重点聚焦于系统级的架构选择、硬件与软件的协同设计，以及在资源受限环境中实现高效能的工程方法。全书内容涵盖了从底层硬件抽象到高层软件框架构建的全景视角，旨在为工程师和研究人员提供一套严谨而实用的技术指南。 第一章：嵌入式系统概述与发展趋势 本章首先界定了嵌入式系统的基本概念，阐述了其与通用计算系统的本质区别。详细分析了当前嵌入式系统设计面临的关键挑战，如功耗约束、实时性要求、安全合规性以及日益增长的复杂性。我们回顾了嵌入式技术从早期微控制器到现代异构多核系统的演进历程，并重点讨论了物联网（IoT）、边缘计算和人工智能（AI）驱动下的嵌入式系统设计范式转变。讨论包括了基于特定领域架构（DSA）的崛起，以及对可信执行环境（TEE）和安全启动机制的需求增长。 第二章：处理器选型与微架构分析 本章是系统设计的基础，详细剖析了主流嵌入式处理器类型。内容涵盖了高性能的复杂指令集计算机（CISC，如x86的低功耗版本）和精简指令集计算机（RISC，如ARM Cortex系列、RISC-V）。我们深入分析了不同微架构的内部构造，包括流水线深度、分支预测策略、缓存层次结构（L1/L2/L3）的设计对系统性能的影响。特别关注了异构计算单元（如GPU、DSP、NPU）的集成模式，以及如何根据应用负载特征进行恰当的处理器选型。此外，还探讨了功耗管理单元（PMU）在动态电压与频率调节（DVFS）中的作用，以实现能效最优。 第三章：内存系统与数据访问优化 内存子系统是决定嵌入式系统性能的关键瓶颈之一。本章从硬件层面解析了片上内存（SRAM）与片外内存（DRAM）的接口标准（如DDRx, LPDDRx），以及其时序参数对系统吞吐量的影响。我们详细讲解了缓存一致性协议（如MESI）在多核系统中的工作原理，并提供了缓存命中率分析的方法论。针对数据局部性和时间局部性，本章提供了实用的内存访问模式优化技巧，包括数据结构对齐、循环展开与数据预取机制的配置。此外，还讨论了使用内存保护单元（MPU）或内存管理单元（MMU）进行资源隔离与虚拟内存管理的实践。 第四章：片上总线与互连网络 系统内部组件的高效通信依赖于稳健的总线架构。本章全面对比了各种片上总线协议，包括早期的共享总线（如AHB/APB）和现代的点对点、分层互连结构（如AXI/ACE）。重点分析了片上网络（NoC）的设计原则，包括拓扑结构选择（网格、环形）、路由算法和流量控制机制。我们将探讨如何通过总线仲裁策略最小化延迟，以及如何利用DMA控制器实现高效的数据传输，从而解放CPU资源。对于高性能系统，本章还涉及跨时钟域信号的同步处理技术。 第五章：实时操作系统（RTOS）内核与调度机制 实时性是嵌入式系统设计的核心要求。本章聚焦于实时操作系统的选择、配置与内核调优。详细介绍了任务抽象、优先级继承协议（PIP）、优先级天花板协议（PCP）等实时同步原语的应用。在调度算法方面，深入分析了固定优先级抢占式调度、轮转调度以及更先进的EDF（最早截止时间优先）调度器的实现细节与性能边界。实践部分包括了上下文切换开销分析、中断延迟的测量与优化，以及如何使用内核跟踪工具诊断实时性违规。 第六章：固件开发与底层驱动编程 本章侧重于从硬件启动到应用运行的底层软件栈构建。内容覆盖了启动序列（Bootloader）的实现，包括硬件初始化、内存映射配置和操作系统的加载。驱动程序开发部分，我们详细讲解了如何使用标准接口（如Linux设备模型或特定RTOS的HAL）访问和控制外设寄存器。重点案例分析包括了高效的串行通信（UART/SPI/I2C）驱动实现，以及对高级外设（如定时器、看门狗、中断控制器）的精确配置，确保与硬件规格的精确匹配。 第七章：功耗与热管理设计 在移动和边缘设备中，功耗预算是首要约束。本章系统地介绍了嵌入式系统的功耗模型，区分了静态功耗与动态功耗。探讨了多层次的功耗优化策略：从架构级（如选择低功耗核、电源门控），到软件级（如任务调度优化、动态频率调节）。详细讲解了睡眠模式（Sleep Modes）的进入与唤醒机制，以及如何精确测量系统在不同工作负载下的能效（Joules/Operation）。热管理方面，本章讨论了温度敏感型系统的热限制与降频策略的实现。 第八章：系统级可靠性与错误处理 系统的健壮性依赖于有效的错误检测与恢复机制。本章涵盖了硬件错误检测（如ECC内存、CRC校验）和软件错误处理（如看门狗、异常处理）。深入分析了看门狗定时器的配置策略，区分了窗口看门狗与传统看门狗的应用场景。对于高可靠性系统，本章讨论了冗余设计（如双核锁步）的基本概念，以及如何设计故障注入测试以验证系统的鲁棒性。错误日志记录与远程诊断机制的实现方法亦是重点内容。 第九章：系统验证、调试与性能分析 高效的开发流程需要强大的验证工具链。本章介绍了嵌入式系统验证的层次结构，包括单元测试、集成测试和系统级回归测试。调试技术部分，详细阐述了JTAG/SWD接口的使用、硬件断点与跟踪（Trace）的配置。性能分析方面，重点介绍了指令周期计数器、事件计数器等硬件性能监控单元（PMU）的应用，以及如何使用专业工具对缓存缺失、总线争用和I/O延迟进行定量分析，从而指导设计改进。 本书面向具有一定C/C++编程基础和数字逻辑基础的工程师、嵌入式软件开发者以及从事系统架构设计的科研人员。通过本书的学习，读者将能够系统性地理解并掌握现代复杂嵌入式系统的全栈设计方法论与工程实践技巧。

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这本书的封面设计颇具匠心，封面上“可重构片上系统”几个字醒目而有力，辅以抽象但富有科技感的图案，很容易让人联想到芯片的复杂结构和灵活的设计。我购买这本书，很大程度上是被这个名字所吸引。在当今集成电路设计飞速发展的时代，片上系统（SoC）已经成为主流，而“可重构”更是赋予了SoC前所未有的灵活性和生命力。我个人对硬件架构，尤其是那些能够适应不同应用需求的系统有着浓厚的兴趣。这本书的书名直击了我关注的核心，我非常期待它能深入探讨可重构片上系统的方方面面，从其基本原理、架构演进，到具体的实现技术和应用案例。我希望它能够为我揭示如何通过硬件级别的重构来提升性能、降低功耗，或者实现对算法的快速适配。在阅读之前，我已经在脑海中勾勒出它会详细介绍一些经典的重构架构，比如FPGA在SoC中的应用，或者更先进的动态可重构技术，以及相关的设计流程和验证方法。我对于书中是否会涉及一些性能评估的指标和优化策略也充满了好奇，毕竟，一个优秀的系统设计离不开严谨的性能分析和有效的优化手段。总而言之，这本书在我心中已经树立了一个高大上的形象，我迫不及待地想翻开它，探索这个充满魅力的可重构世界。

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这本书的装帧精美，纸张质量也相当不错，拿在手里很有分量感。虽然我还没有深入阅读，但光是翻阅目录和一些章节的标题，就足以让我感受到作者深厚的功底和对这个领域的透彻理解。“系统级设计”这个词语，在我看来，意味着这本书并非仅仅停留在某个具体模块的讲解，而是会从更高的层面去审视整个可重构片上系统的构建过程。我猜测书中会详细阐述如何进行系统划分、接口定义、时钟域规划，以及功耗管理等至关重要的系统级议题。对于我这样一名在工程实践中摸爬滚打多年的工程师而言，这些“大局观”的东西往往比微观细节更能带来启发。我非常看重这本书在系统设计方法论上的论述，例如，它是否会介绍一些成熟的设计流程，或者提出一些创新的设计理念。我特别关注书中对“可重构”与“系统”二者融合的探讨，是如何在整体架构层面实现这种灵活性，而不是仅仅在局部进行拼凑。我希望它能提供一些在实际项目中可以借鉴的设计模式和最佳实践，帮助我规避潜在的设计陷阱。在我看来，一本优秀的系统级设计书籍，应该能够让读者建立起一套完整的、系统的设计思维框架，而不仅仅是掌握一些零散的技术点。

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这本书的书名，给我的第一印象是其在通用性和专用性之间的巧妙平衡。我一直在思考，在云计算和边缘计算日益普及的今天，如何设计出既能满足特定应用高性能需求，又能具备一定灵活性以应对快速变化的算法和业务场景的硬件。而“可重构片上系统”的定位，似乎正是解决这一挑战的关键。“系统级设计”则进一步强调了这本书的宏观视角，它不仅仅关注单个处理单元的性能，更注重整个系统的协同工作。我非常期待书中能够探讨如何在系统层面实现高效的资源分配和调度，以及如何管理不同重构状态下的数据流和控制流。我猜测，书中可能会介绍一些关于可重构分区、重构调度算法，以及如何通过抽象层来简化可重构系统的开发和验证。我对于书中是否会讨论一些实际的商业化案例，或者介绍一些业界领先的可重构SoC设计平台和EDA工具也充满了期待。在我看来，一本真正有价值的书籍，应该能够为读者提供一种解决实际问题的思路和方法，并且能够启发读者去思考未来的发展趋势。这本书的出现，让我看到了一个可能解决当前技术瓶颈的新方向。

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这本书的序言部分，即使我尚未深入研读，也能够感受到一种沉静而坚定的学术气息。这让我相信，这本书的内容是经过严谨的考证和深入的思考的。从书名“可重构片上系统”的字里行间，我推测这本书的核心价值在于其对“可重构”这一概念在片上系统设计中的深刻阐释。我个人对硬件描述语言（HDL）和逻辑综合等基础技术非常熟悉，我很好奇这本书会如何在此基础上，进一步探讨如何设计出能够动态变化的硬件结构。我希望能读到关于可重构单元（RCU）的设计、动态配置机制、以及如何管理重构带来的时序和功耗挑战等内容。而且，“系统级设计”的定位，也暗示着这本书会超越纯粹的硬件实现，而会触及到软件与硬件的协同设计。我期待书中能够介绍一些支持可重构硬件的软件工具链，或者讨论如何通过软件来控制和管理硬件的重构过程。在我看来，这种软硬件协同的设计理念，是未来高性能计算和通用计算发展的必然趋势。这本书的出现，恰好契合了我的求知欲，我希望它能为我打开一扇新的大门，让我对可重构片上系统的理解上升到一个全新的维度，并能够将这些知识应用到我未来的研究或工作中。

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坦白讲，选择购买这本书，很大程度上是出于对“可重构”这一前沿技术的强烈好奇心。我是一名对新兴计算架构充满探索欲的研究生，日常接触到的文献和研究方向也常常涉及可编程硬件和定制化计算。这本书的题目仿佛一座灯塔，指引着我深入了解这一领域的奥秘。我非常希望书中能够提供清晰的理论框架，解释可重构片上系统与传统固定功能SoC以及通用FPGA之间的异同。我猜测，书中会详细介绍不同类型的可重构架构，例如数据流驱动、指令驱动，甚至是基于配置比特流的重构机制。我尤其关注其在不同应用场景下的优势和劣势分析，比如在高性能计算、通信处理、人工智能加速等领域，可重构SoC能够带来怎样的突破。此外，我希望书中能够涉及一些关于可重构单元的细粒度、粗粒度划分策略，以及如何高效地进行逻辑映射和布线。在我看来，一本优秀的学术著作，应该能够兼顾理论的深度和实践的可行性，并且能够为后续的研究提供坚实的基础。这本书的名字，预示着它能做到这一点，我期待它能够成为我学术探索路上的得力助手。

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