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页数:463

译者:

出版时间:2009-4

价格:55.00元

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isbn号码:9787121082207

丛书系列:

图书标签:

• FPGA嵌入式项目开发实战
• FPGA
• 嵌入式
• 项目开发
• VHDL
• Verilog
• 硬件设计
• 数字电路
• 嵌入式系统
• 实践
• 开发板

电子系统设计与硬件加速：从理论基石到前沿应用 本书深入探讨了现代电子系统设计领域的核心理念、关键技术以及面向未来的发展趋势。内容覆盖从基础的数字逻辑电路构建，到复杂系统的架构设计与实现，旨在为读者构建一个全面、系统且深入的知识框架。 第一部分：数字电路与底层原理的夯实 本部分聚焦于电子系统设计的基石——数字逻辑。我们从布尔代数、逻辑门（AND, OR, NOT, XOR等）的物理实现原理出发，逐步过渡到组合逻辑电路（如译码器、多路选择器、加法器）和时序逻辑电路（如触发器、寄存器、计数器）的设计与分析。详细阐述了如何利用这些基本单元构建更复杂的运算器和控制器。 重点内容包括： CMOS技术与基本逻辑单元的物理特性： 探讨不同工艺下逻辑门的开关速度、功耗、噪声容限等关键参数，为理解系统性能瓶颈打下基础。 时序分析与同步电路设计： 深入讲解时钟域的概念、建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的约束，以及如何通过同步逻辑设计来确保系统在高速运行下的稳定性。 有限状态机（FSM）的设计范式： 详细介绍摩尔（Moore）和米利（Mealy）状态机的建模方法、状态编码优化（如格雷码、独热码），以及如何将其有效地映射到实际硬件结构中。 第二部分：系统级抽象与硬件描述语言 在掌握了底层逻辑后，本部分将重点转向如何使用高级抽象工具来描述和实现复杂的数字系统。硬件描述语言（HDL）是实现现代集成电路设计的核心工具。 本书选择了业界主流的两种语言进行深入剖析： VHDL/Verilog的结构化与行为级建模： 不仅介绍基本语法，更侧重于如何通过结构化描述（如实例化模块）和行为描述（如使用`always`块或`process`）来清晰地表达设计意图。重点讲解了数据流建模与并发性处理。 SystemVerilog的高级特性： 引入SystemVerilog在验证和面向对象设计方面的强大功能，包括接口（Interfaces）、约束随机化（CRC）以及如何利用其数据类型来提升代码的可读性和可重用性。 综合与仿真流程： 详细阐述从RTL（寄存器传输级）代码到门级网表（Netlist）的完整设计流程。讲解了逻辑综合的原理、约束的设定（如时序例外、多周期路径定义），以及如何利用专业的仿真工具进行功能验证和调试。 第三部分：现代处理器架构与内存系统 理解当代计算设备如何运作，必须深入到处理器核心的构建层面。本部分将系统地介绍指令集架构（ISA）的设计原理以及微处理器内部关键部件的实现。 涵盖内容： 精简指令集（RISC）核心实现： 以经典的MIPS或类似的RISC架构为例，详细剖析取指（Fetch）、译码（Decode）、执行（Execute）、访存（Memory）和写回（Writeback）五个阶段的流水线设计。讲解如何处理数据冒险和控制冒险（分支预测）。 存储器层次结构与缓存设计： 阐述DRAM与SRAM的原理差异，深入探讨多级缓存（L1, L2, L3）的设计目标、命中率计算、替换策略（如LRU）以及一致性协议的基础知识。 总线与互连结构： 介绍片上总线（如AXI、AHB）的标准接口规范，讲解仲裁机制和突发传输（Burst Transfer）的设计，以优化数据在不同模块间的传输效率。 第四部分：高性能计算与并行处理技术 现代电子系统往往追求极高的计算密度和吞吐量。本部分着重介绍如何通过并行化技术来突破传统串行计算的瓶颈。 核心主题： 并行处理模型： 区分SIMD（单指令多数据）、MIMD（多指令多数据）和SPMD（单程序多数据）等并行计算范式，并分析其在不同应用场景下的适用性。 向量化处理单元设计： 讲解如何设计专用的向量寄存器和控制单元，以实现对多个数据元素同时执行相同操作，是提升信号处理和图形渲染性能的关键。 加速器设计原理： 探讨通用处理器（CPU）与专用加速器（如视频编码器、加密模块）之间的协同工作模式，以及如何通过定制化的硬件结构来加速特定算法的运行速度。 第五部分：系统集成与低功耗设计实践 将设计从仿真环境推向实际芯片或系统级产品，需要关注集成度、可靠性和能效。 本部分关注工程实践： 片上系统（SoC）的架构规划： 介绍如何将处理器核、存储控制器、外设接口以及定制逻辑集成在一个单芯片上，包括时钟域交叉（CDC）处理和复位网络的合理设计。 功耗管理技术： 详细介绍静态功耗与动态功耗的来源，以及降低功耗的硬件方法，如时钟门控（Clock Gating）、电源门控（Power Gating）和电压频率调节（DVFS）在硬件层面的实现机制。 可测性设计（DFT）： 讲解测试逻辑电路（如扫描链Scan Chain）的插入，以确保在制造完成后，可以高效地检测出生产过程中的缺陷，这是保证产品良率的重要环节。 本书内容结构严谨，理论与实践紧密结合，旨在培养读者从抽象的需求描述到具体的硬件实现的全栈设计能力，为从事先进数字IC、ASIC、SoC或高性能嵌入式系统开发的人员提供坚实的专业指导。

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