Embedded Design Using Programmable Gate Arrays pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Silage, Dennis

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:270.00 元

装帧:

isbn号码:9781589094864

丛书系列:

图书标签:

• FPGA
• 嵌入式系统
• 数字电路设计
• Verilog
• VHDL
• 硬件描述语言
• 可编程逻辑器件
• 电子工程
• 设计方法学
• 嵌入式设计

深入探索现代电子设计的基石：FPGA的强大力量 本书将为您揭示嵌入式系统设计领域中最具革新性、最灵活的组件之一——现场可编程门阵列（FPGA）的无穷潜力。如果您对构建高性能、高效率、高度定制化的电子产品充满热情，渴望掌握驱动下一代智能设备的核心技术，那么这本书将是您不可或缺的指南。 不再局限于固定的硬件，拥抱无限的可能性 传统的嵌入式系统设计往往受限于预先制造好的专用集成电路（ASIC）。一旦芯片生产完成，其功能便已固定，任何修改或升级都需要重新设计和制造，成本高昂且耗时漫长。而FPGA的出现，彻底打破了这一桎梏。FPGA本质上是一种半导体器件，其内部逻辑门和互连线可以在器件上进行配置和重编程，允许用户根据具体应用需求，实时定义和修改其硬件功能。 想象一下，您可以像编写软件一样，通过硬件描述语言（HDL），如Verilog或VHDL，来“绘制”您想要的数字电路。无论是复杂的信号处理算法、高速数据通信接口、精密的运动控制逻辑，还是人工智能推理的加速器，您都可以将其转化为能够在FPGA上运行的硬件。这意味着您可以在一次硬件开发周期内，尝试多种设计方案，快速迭代，直至找到最优解。 本书将为您提供一个全面的学习框架，涵盖从基础概念到高级应用的方方面面： FPGA架构的奥秘： 我们将深入剖析FPGA的核心构建模块，包括可配置逻辑块（CLBs）、输入/输出块（IOBs）、分布式RAM（DRAM）、锁相环（PLL）以及各种硬核IP（如处理器核、DSP切片等）。理解这些组成部分的工作原理，是掌握FPGA设计的基础。您将学习到不同厂商的FPGA在架构上的差异，以及如何根据项目需求选择最合适的FPGA系列。 硬件描述语言（HDL）的精髓： 本书将系统地介绍Verilog和VHDL这两种主流的HDL。您将学习如何使用这些强大的语言来描述组合逻辑和时序逻辑，如何实例化和实例化模块，以及如何进行层次化设计。我们将提供大量的代码示例，帮助您快速掌握HDL的语法和设计范式，并重点讲解如何编写可综合（synthesizable）的代码，确保您的设计能够被成功映射到FPGA硬件上。 设计流程的完整解析： 从概念到最终实现的完整FPGA设计流程将被详尽地呈现。这包括： 逻辑综合（Logic Synthesis）： 将HDL代码转化为网表（netlist）的过程，是硬件实现的第一步。我们将讨论综合工具的工作原理，以及如何优化综合结果以获得更高的性能和更低的资源利用率。 布局布线（Place and Route）： 将综合后的逻辑映射到FPGA的物理资源上，并完成内部互连线的设计。我们将探讨布局布线过程中可能遇到的挑战，如时序违例（timing violations），以及如何通过约束（constraints）文件来指导布局布线过程，确保设计的时序要求得到满足。 时序分析（Timing Analysis）： 验证设计在目标时钟频率下是否能稳定工作，是FPGA设计成功的关键。本书将详细讲解如何理解时序报告，如何识别和解决时序问题，以及各种时序优化技术。 仿真与验证（Simulation and Verification）： 在实际部署之前，通过仿真来验证设计的正确性是必不可少的环节。我们将介绍不同类型的仿真（行为仿真、门级仿真），以及如何编写测试平台（testbenches）来全面地测试您的设计。 嵌入式系统的整合： FPGA并非孤立存在，它常常是整个嵌入式系统的一部分。本书将重点阐述如何将FPGA与微控制器（MCU）、专用芯片、传感器、执行器以及其他外设进行高效的集成。您将学习到如何设计和实现各种通信接口，如SPI、I2C、UART、Ethernet、USB，以及如何利用FPGA来实现高速ADC/DAC接口、内存控制器等关键功能。 高级应用案例剖析： 为了让您更直观地理解FPGA的强大应用，本书将深入探讨一系列典型的嵌入式系统设计案例。这些案例将覆盖： 数字信号处理（DSP）： 如何利用FPGA的并行计算能力实现高效的滤波器、FFT、调制解调等算法。 图像与视频处理： 构建高性能的图像采集、处理、编解码系统。 通信系统： 设计低延迟、高吞吐量的数据通信协议栈和物理层实现。 运动控制： 精准控制电机、步进器等执行器，实现复杂的运动轨迹。 机器学习与人工智能（AI）加速： 利用FPGA的硬件加速能力，实现神经网络的推理和部署。 调试与优化的实战技巧： 在实际开发过程中，调试是不可避免的挑战。本书将分享各种强大的调试工具和技术，例如片上逻辑分析仪（On-Chip Logic Analyzer）、信号探测器等，帮助您快速定位和解决设计中的问题。同时，您还将学习到如何对您的FPGA设计进行性能优化、功耗优化和面积优化。 谁适合阅读本书？ 电子工程、计算机科学及相关专业的学生： 本书将为您打下坚实的FPGA设计基础，为您的未来职业生涯做好准备。 嵌入式系统工程师： 如果您希望提升您在嵌入式系统设计中的灵活性和性能，FPGA是您必须掌握的技术。 硬件开发者和爱好者： 任何对定制化硬件开发、高速计算、并行处理感兴趣的人，都将从本书中获益匪浅。 希望从软件思维转向硬件思维的开发者： 本书将提供一个清晰的桥梁，帮助您理解硬件的语言和逻辑。 通过本书的学习，您将不仅掌握FPGA的设计方法和工具链，更重要的是，您将获得一种全新的、面向硬件的思维方式。您将能够自信地应对各种复杂的嵌入式系统设计挑战，将您的创新想法转化为切实可行的、高性能的硬件解决方案。准备好踏上这场激动人心的FPGA设计之旅吧！

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我花了几个周末来研究这本书的整体结构，发现它在内容组织上颇具匠心。它似乎没有采用那种堆砌理论公式的枯燥方式，而是采取了一种循序渐进、以项目驱动的学习路径。从最基础的逻辑门操作开始，逐步过渡到更复杂的状态机设计，再到如何高效地管理时钟域和同步问题——这正是我在实际工作中经常遇到的瓶颈。我特别欣赏它在介绍高级概念时所展现出的那种务实态度，比如如何处理片上资源管理，以及如何在有限的资源内优化设计以达到最佳性能指标。这种注重实践的叙事方式，使得即便是像我这样对FPGA接触不深的读者，也能感受到设计的脉络和逻辑的清晰。我感觉作者深谙如何将那些原本深奥的电子工程概念，转化为C++或Python程序员能够理解的思维模型。如果书中对不同厂商的FPGA架构差异有所提及，并给出一些通用的设计哲学指导，那就更完美了，因为真正的嵌入式设计往往需要跨平台的能力。

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这本书在关于系统集成和接口方面的内容深度，给我留下了深刻印象。在现代嵌入式系统中，CPU、内存、外设之间的通信效率至关重要，而FPGA恰恰是实现定制化、高带宽互连的理想载体。我仔细阅读了其中关于AXI总线协议讲解的部分，感觉其细致程度远超我之前阅读的其他资料。作者并没有仅仅停留在协议的规范描述，而是深入探讨了在实际设计中如何利用高层次综合（HLS）工具来加速IP核的开发，以及如何调试那些在硬件层面上出现的时序违规问题。这种将理论与现代设计流程紧密结合的态度，极大地提升了这本书的实用价值。此外，它对低功耗设计策略的探讨也显得非常及时和必要，因为在电池供电的嵌入式设备中，效率就是一切。这本书真正做到了在“设计”和“实现”之间架起一座坚实的桥梁。

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我非常欣赏这本书在收尾部分对于未来趋势的展望，以及如何将FPGA技术与新兴的领域，如机器学习加速和异构计算平台相结合。这表明作者的视野并不仅限于传统的数字电路设计，而是着眼于如何利用可编程逻辑来驱动下一代计算平台的发展。书中关于如何将一个C/C++描述的算法快速移植到FPGA上运行的案例，让我看到了缩短产品上市时间的巨大潜力。对于那些希望从软件领域跨界到硬件加速领域的工程师来说，这本书提供了一个非常扎实且前瞻性的路线图。它不仅仅是一本关于如何使用工具的书，更是一本关于如何用逻辑和并行思维去解决复杂工程问题的指南。它让我确信，掌握FPGA技术是现代嵌入式系统工程师工具箱中不可或缺的一环。

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阅读这本书的过程，对我而言更像是一次思维模式的转变。过去我习惯于串行处理指令，而FPGA的本质在于并行计算。书中对于流水线（Pipelining）和并行性（Parallelism）的阐述，帮助我从一个全新的角度去审视问题。例如，它如何指导读者将一个复杂的滤波算法，拆解成多个可以同时执行的逻辑块，并通过精妙的时序控制来实现数据流的无缝衔接，这简直是迷人的工程艺术。我发现书中对状态机的描述尤为精辟，它不仅展示了如何编写清晰、可综合的状态机代码，更重要的是，它教会了我如何去“思考”一个硬件状态机——如何避免竞争条件，如何确保设计在所有时钟边缘都能做出确定的响应。这种对底层确定性的执着追求，是FPGA设计区别于传统软件开发的核心魅力所在，而这本书成功地捕捉到了这一点。

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这本书的标题吸引了我——《嵌入式设计与可编程门阵列》，我立刻被那种将底层硬件控制与灵活的逻辑实现结合的前景所打动。作为一名多年从事软件开发的工程师，我深知在许多需要极致性能或对时序有严格要求的应用场景中，仅仅依靠传统的微控制器或CPU是远远不够的。这本书似乎正填补了这样一个空白，它不再仅仅停留在抽象的软件层面，而是深入到了晶体管和逻辑门级的实现艺术。我期待着它能清晰地阐释如何利用FPGA这种强大的工具链，去构建那些在传统嵌入式系统中难以企及的实时、高速的数字信号处理或定制化接口。如果它能提供扎实的理论基础，同时辅以丰富的实际案例，指导读者如何从零开始规划一个基于FPGA的嵌入式系统，那它绝对是值得我投入时间的参考书。我尤其关注它对硬件描述语言（HDL）的讲解深度，以及如何有效地进行综合、布局和布线，这些都是将设计转化为物理电路的关键步骤。一个优秀的教程应该能够将复杂的并行处理概念平易近人地呈现出来，引导我真正理解“硬件编程”的精髓所在，而不是仅仅停留在调用库函数的层面。

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