FPGA应用开发入门与典型实例

FPGA应用开发入门与典型实例 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:人民邮电出版社
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页数:427
译者:
出版时间:2010-6
价格:49.80元
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isbn号码:9787115227409
丛书系列:
图书标签:
  • FPGA
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具体描述

《FPGA应用开发入门与典型实例(修订版)》内容简介:目前数字电路系统设计领域公认的基础性技术分别是CPU、DSP和FPGA。其中FPGA技术发展迅速,正在逐渐融合CPU和:DSP的功能。FPGA不仅可以解决电子系统小型化、低功耗、高可靠性等问题,而且其开发周期短、投入少,芯片价格又在不断下降。

高性能计算领域的新视野:并行处理与加速技术 书籍信息: 本书探讨了现代高性能计算(HPC)领域的核心技术,特别是围绕并行处理架构、异构计算模型以及如何利用专用硬件加速通用计算任务的实践方法。本书旨在为读者提供一个深入且实用的视角,理解当前计算瓶颈的成因,并掌握超越传统CPU架构的解决方案。 内容梗概: 本书的结构遵循从理论基础到前沿实践的递进路线,共分为五大部分,旨在构建一个完整的知识体系。 第一部分:并行计算基础与架构演进 (Foundations of Parallel Computing and Architectural Evolution) 本部分首先系统地回顾了计算能力的增长曲线(如摩尔定律的限制),并引入了并行化作为克服性能瓶颈的关键途径。我们详细分析了从串行到并行计算的范式转变,着重于指令级并行(ILP)、数据级并行(DLP)和任务级并行(TLP)这三个核心层次。 重点章节包括: 1. 现代处理器微架构剖析: 深入解析多核CPU的缓存层次结构、乱序执行单元、超线程技术(SMT)的工作原理。理解这些内部机制对于编写高效的并行代码至关重要。 2. 并行性度量与性能瓶颈: 介绍Amdahl定律和Gustafson定律等经典性能分析工具,并探讨内存墙、I/O墙等现实世界中的限制因素。 3. 并行编程模型概述: 比较基于共享内存(如OpenMP)和基于消息传递(如MPI)的模型,为后续学习更底层的硬件加速做好铺垫。 第二部分:异构计算与加速器编程范式 (Heterogeneous Computing and Accelerator Programming Paradigms) 随着专用加速器在HPC、AI和数据密集型应用中占据主导地位,理解异构计算环境成为核心竞争力。本部分聚焦于如何有效利用不同类型的计算单元。 1. GPU计算架构深度解析: 详细介绍流式多处理器(SM/CU)的组织结构、线程束(Warp/Wavefront)的调度机制,以及内存访问模式(如合并访问、Bank Conflict)对性能的影响。 2. 核心加速器编程接口: 深入学习CUDA C++和OpenCL的编程模型。内容涵盖内核函数的编写、设备内存管理(全局、共享、常量内存)、同步机制(Grid、Block、Thread同步)和流(Streams)在实现重叠计算与数据传输中的作用。 3. 统一内存与内存一致性: 探讨现代异构系统如何通过统一虚拟地址空间简化编程,以及在此模型下,数据一致性和同步策略的复杂性与优化技巧。 第三部分:领域专用加速与数据流计算 (Domain-Specific Acceleration and Dataflow Computing) 通用并行处理虽然强大,但在特定领域,专用硬件能提供数量级的效率提升。本部分将视角转向更专业的加速器设计理念。 1. 特定领域架构(DSA)原理: 讨论向量处理器(SIMD扩展)和张量处理器(如TPU中的核心运算单元)的设计哲学,它们如何通过高度定制化的数据路径和运算单元来优化特定算法(如矩阵乘法、卷积)。 2. 数据流编程模型: 介绍数据流架构(Dataflow Architecture)的基本概念,强调计算不是由时钟驱动,而是由数据可用性驱动。探讨如何将经典算法映射到数据流图上,以实现更细粒度的并行和自动调度。 3. 高层次综合(HLS)简介: 概述如何使用高级语言(如C/C++或OpenCL)来描述硬件行为,并通过综合工具链实现硬件加速器的原型设计和部署,强调设计空间探索(Design Space Exploration, DSE)的重要性。 第四部分:分布式内存系统与大规模并行化 (Distributed Memory Systems and Large-Scale Parallelization) 当问题规模超出单机内存限制时,需要依赖集群和分布式计算。 1. MPI深入实践: 详细讲解MPI标准的集体通信操作(如`Allreduce`, `Broadcast`, `Gather`)的性能特性和实现细节。重点分析点对点通信中的延迟和带宽优化策略。 2. 任务与数据分解策略: 探讨如何为复杂的科学计算或大数据任务设计有效的负载均衡方案,包括空间分解、时间步长分解等。分析通信拓扑结构(如环形、网格、超立方体)对MPI性能的影响。 3. 混合并行编程: 介绍在集群环境中如何结合OpenMP(节点内共享内存)和MPI(节点间分布式内存)进行混合编程,这是构建大规模、高效HPC应用的标准方法。 第五部分:性能分析、调试与未来趋势 (Performance Analysis, Debugging, and Future Trends) 强大的代码需要高效的运行和可靠的调试工具。本部分关注实际操作和面向未来的展望。 1. 系统级性能度量工具: 介绍使用如`perf`(Linux)、VTune Profiler或特定硬件性能计数器工具来精确测量CPU周期、缓存未命中率、分支预测失误等关键指标的方法。强调如何将性能数据转化为优化指导。 2. 并行程序的调试挑战与技巧: 讨论死锁、竞态条件(Race Conditions)和非确定性错误(Heisenbugs)在并行程序中的特殊表现,以及如何使用特定工具(如Thread Sanitizer或基于日志的调试)来定位这些错误。 3. 面向未来的计算范式: 简要介绍新型计算技术对HPC的影响,包括内存计算(Processing-In-Memory, PIM)、神经形态计算的潜力,以及量子计算对经典并行算法的挑战与机遇。 本书通过大量的代码示例(不限于特定硬件的API,而是侧重于通用并行思想的实现)和深入的案例分析,帮助读者建立起一套完整的高性能、异构计算思维体系,使其能够应对当前和未来计算领域中对速度和效率的严苛要求。

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读后感

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用户评价

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这本书就像我 FPGA 学习旅途中的一盏明灯,驱散了我所有的迷茫和困惑。《FPGA应用开发入门与典型实例》最打动我的地方在于,它不是一本“填鸭式”的教材,而是真正引导我思考和动手实践。我之前也尝试过阅读一些 FPGA 的资料,但往往是看完一遍,合上书本,脑子里依然是一片空白。这本书的不同之处在于,它将理论知识与大量的实例紧密结合,让我能够一边学习理论,一边在实践中巩固。例如,在讲解 Verilog/VHDL 语言的时候,它不会简单地罗列语法,而是通过分析具体的逻辑功能,来讲解如何用代码实现。我记得书中有一个关于“按键消抖”的实例,通过这个简单的例子,我不仅学会了如何用 Verilog 编写一个简单的时序逻辑,还理解了在硬件设计中,一些看似微小的细节,比如按键的机械抖动,都需要我们去考虑和处理。这种“小处着手,大处着眼”的设计思路,让我受益匪浅。而且,书中对每一个实例的讲解都非常详细,从需求分析、模块划分、代码编写,到仿真、综合、实现,每一个步骤都交代得清清楚楚。它甚至还会提到一些实际开发中可能会遇到的问题,以及如何解决这些问题。这种“预见性”的讲解,让我少走了很多弯路。总而言之,这本书让我深刻地体会到,学习 FPGA,不仅仅是学习一门技术,更是学习一种严谨的工程思维。

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这本书在我心中,绝对是一本“闭门不出门,也能学好 FPGA”的宝典。我是一名在校大学生,对 FPGA 的接触不多,学校的课程设置也相对比较理论化,很多时候感觉学到的知识和实际的应用之间隔了一层纱。直到我接触到《FPGA应用开发入门与典型实例》,我才真正体会到“实践出真知”的含义。书中对于每个实例的讲解,都不仅仅是给出代码,而是从项目启动开始,一步步引导读者完成。我记得其中一个关于 SPI 通信的实例,它详细讲解了 SPI 协议的工作原理,以及如何用 Verilog 语言实现一个 SPI 主机控制器。书中提供的代码,逻辑清晰,注释也很到位,我跟着一步步敲,然后进行仿真。当我在仿真器中看到自己写的代码能够按照 SPI 协议正确地发送和接收数据时,那种感觉真是太棒了!这本书最吸引我的地方在于,它不会让你觉得 FPGA 开发是“高不可攀”的。它将复杂的概念拆解成易于理解的部分,并且用大量的图示和表格来辅助说明,让抽象的硬件原理变得生动起来。它甚至会涉及到一些实际的开发工具的使用,比如 Xilinx ISE 或 Quartus II。虽然书中可能不会详细到每个按钮的功能,但它会告诉你,在完成某个步骤时,需要使用哪些工具,以及大致的操作流程。这种“授人以渔”的方式,让我感觉自己不仅仅是在模仿代码,而是在学习一种解决问题的思路和方法。

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说实话,在遇到《FPGA应用开发入门与典型实例》之前,我对 FPGA 的印象就是“高大上”且“遥不可及”。我是一名偏软件的开发者,对于硬件相关的知识总是望而却步。然而,这本书的出现,彻底改变了我的看法。它用一种非常友好的方式,将 FPGA 这个相对复杂的领域展现在我面前。书中没有一上来就抛出各种晦涩难懂的公式和定义,而是从最浅显易懂的概念入手,比如 FPGA 的基本构成、工作原理,以及它在现代电子技术中的重要性。我记得书中有一个章节,用非常生动的比喻讲解了 FPGA 的可编程性,就像一块空白的电路板,你可以根据自己的需求,用不同的“逻辑门”来“画”出你想要的电路。这种比喻让我一下子就理解了 FPGA 的核心优势。更重要的是,书中选择了许多贴近实际应用的典型实例,这些实例并不是那种“ HelloWorld”式的简单示例,而是能够体现 FPGA 实际价值的项目。我印象特别深刻的是书中关于“数据采集与处理”的章节,通过一个简单的 ADC 接口设计,让我体会到了 FPGA 在高速数据采集方面的能力。书中提供的代码,不仅逻辑严谨,而且注释也十分详细,让我这个初学者也能看得懂,并且能够从中学习到很多实用的技巧。它让我明白,原来 FPGA 的开发并没有想象中那么困难,关键在于找到正确的学习方法和合适的学习资料。

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我一直认为,学习任何一门技术,最重要的就是找到一条适合自己的学习路径。《FPGA应用开发入门与典型实例》为我指明了一条清晰且高效的学习之路。作为一名有一定编程基础但对硬件接触不多的爱好者,我之前尝试过一些关于 FPGA 的在线教程,但很多教程都存在着一些问题,要么过于偏重理论,要么实例太简单,无法满足我进阶的需求。这本书的出现,恰好弥补了这些不足。它在设计上,充分考虑到了初学者可能遇到的困难,从基础概念的普及,到核心技术的讲解,再到典型应用的实现,整个流程都安排得非常合理。我尤其欣赏书中在讲解 Verilog/VHDL 语言时的处理方式。它并没有生硬地罗列语法规则,而是将语言特性融入到实例的开发过程中。例如,在讲解如何编写一个状态机时,书中会结合一个具体的控制逻辑实例,然后解释如何使用 `always` 块、`case` 语句等来描述状态转移。这种“在实践中学语言”的方式,让学习过程更加生动有趣,也更容易理解语言背后的设计思想。而且,书中的每一个实例,都像是为我量身定制的“练习题”,我可以通过动手实践,巩固所学的知识,并不断提升自己的设计能力。我记得书中有一个关于图像处理的入门实例,虽然功能比较基础,但让我看到了 FPGA 在实时处理方面的潜力。这本书给我最大的感受就是,它不仅仅是一本书,更像是一位耐心的老师,陪伴我一起成长。

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这本书给我最大的感受就是“深入浅出”,它将 FPGA 这个看似高深的领域,以一种极其友好的方式展现在我面前。《FPGA应用开发入门与典型实例》并没有一开始就“教条式”地讲解各种理论,而是从最实用的角度出发,让我体验到 FPGA 的魅力。我记得书中在讲解 Verilog 语言时,并没有先列出大量的语法规则,而是通过一个简单的“LED 闪烁”程序,来引入 `module`、`always`、`assign` 等基本语句,让我能够立即上手编写代码,感受到编程的乐趣。随后,书中引入了更多复杂的实例,比如“交通灯控制器”、“多功能计数器”等等,这些实例的选择非常巧妙,能够逐步引导读者掌握更高级的设计技巧。我尤其喜欢书中对“状态机”的讲解。它通过一个生动的例子,让我理解了状态机的概念,以及如何用 Verilog 来实现一个状态机。这种“化繁为简”的讲解方式,让我能够轻松地掌握那些看似复杂的概念。而且,书中还涉及到了 FPGA 的仿真和综合等关键步骤,让我能够真正地看到自己设计的逻辑是如何在硬件上实现的。这本书不仅仅是一本技术书籍,更像是一位经验丰富的导师,在我学习 FPGA 的道路上,给予了我极大的帮助和指导。

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在我看来,《FPGA应用开发入门与典型实例》是一本真正“干货满满”的书籍。它并没有那些华而不实的理论,而是将重心放在了 FPGA 的实际应用开发上。我曾尝试过阅读一些其他的 FPGA 入门书籍,但很多书籍要么过于理论化,要么实例过于简单,无法满足我深入学习的需求。这本书的不同之处在于,它通过大量的典型实例,全面地展示了 FPGA 的强大功能和广泛应用。我记得书中对“SD 卡读写”的实例讲解,让我对 FPGA 在存储接口控制方面的应用有了更深刻的认识。它详细讲解了 SD 卡的协议,以及如何用 Verilog 编写一个 SD 卡控制器,让我能够理解如何在 FPGA 上实现复杂的外设接口。更难能可贵的是,书中在讲解每个实例的过程中,都会穿插一些重要的 FPGA 开发知识点,比如如何进行时序分析,如何优化代码以提高性能,以及如何进行硬件调试等等。这些知识点,都是在实际开发中非常重要的,能够帮助我少走很多弯路。总而言之,这本书让我从一个对 FPGA 懵懂的初学者,成长为一个能够独立完成一些中等复杂度 FPGA 项目的开发者,我非常感谢这本书给了我如此宝贵的学习机会。

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我一直觉得,学习一门新的技术,尤其是像 FPGA 这种偏硬件的领域,最怕的就是理论过于抽象,脱离实际。我之前也尝试过阅读一些相关的资料,但往往是看着看着就陷入了细节,或者是一些高深的理论,最终感觉自己什么都没学到,反而越学越挫败。《FPGA应用开发入门与典型实例》在这方面做得非常出色。它从“应用”入手,强调的是如何将 FPGA 用起来,而不是仅仅停留在理解其内部原理。我特别喜欢书中对各个典型实例的讲解,这些实例的选择非常有代表性,覆盖了 FPGA 常见的应用方向,比如数字信号处理、接口通信、嵌入式系统等。对于每一个实例,书中都提供了详细的开发流程,从需求分析、硬件选型、Verilog/VHDL 语言编写、仿真验证,到最终的综合、布局布线和下载,都讲解得非常透彻。我记得其中有一个关于数码管显示的实例,书中不仅给出了完整的代码,还详细解释了每一行代码的作用,以及如何通过状态机来控制数码管的动态显示。更重要的是,它还提供了仿真波形图,让我可以直观地看到我的代码是如何工作的,以及在不同输入下,输出会发生什么变化。这种“看得见”的学习过程,对于理解复杂的逻辑设计非常有帮助。而且,书中在讲解每个实例的过程中,也会穿插讲解一些必要的理论知识,比如时序分析、异步复位、同步复位等等。这些理论知识点,因为和具体的应用场景紧密结合,所以学习起来不会觉得枯燥,反而感觉很实用,能够立刻应用到实际的例子中去。

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这本书就像是一本“实战手册”,将 FPGA 开发的理论知识与实际应用无缝衔接。《FPGA应用开发入门与典型实例》的作者显然非常了解初学者在学习 FPGA 过程中可能会遇到的痛点。它没有回避那些复杂的概念,而是用一种非常巧妙的方式,将它们融入到具体的实例开发中。我记得书中对“时序约束”的讲解,一开始听起来就让人头大,但书中结合了一个简单的例子,详细解释了时序约束的重要性,以及如何通过设置时序约束来优化设计的性能。这种“先入为主,后学理论”的方式,让我更容易理解那些抽象的理论。而且,书中选择的典型实例非常有代表性,涵盖了 FPGA 在通信、控制、信号处理等多个领域的应用。我特别喜欢书中关于“UART 通信”的实例,它详细讲解了 UART 协议的工作原理,以及如何用 Verilog 编写一个 UART 发送器和接收器。书中提供的代码,不仅完整,而且注释非常详细,让我这个初学者也能看得懂,并且能够从中学习到很多实际的开发技巧。它让我明白,原来 FPGA 的开发,不仅仅是编写代码,更是对硬件设计思路的体现。这本书让我从一个对 FPGA 一无所知的人,变成了一个能够独立完成一些基本 FPGA 项目的开发者。

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这本书的出现,简直是给 FPGA 门外汉的我注入了一剂强心剂。之前我对 FPGA 的认知,仅限于“看起来很高级,但又摸不着头脑”的层面。各种硬件描述语言、时序约束、逻辑综合这些概念,听起来就让人头皮发麻。身边有朋友在做 FPGA 开发,听他们聊起那些复杂的术语,我总是默默地坐在一旁,感觉自己像个局外人。直到我翻开了《FPGA应用开发入门与典型实例》,一切都开始变得不一样了。首先,它并没有一开始就扔给我一堆枯燥的理论,而是循序渐进地从最基础的概念讲起,比如什么是 FPGA,它和微处理器有什么区别,它的优势在哪里,以及在哪些领域有着广泛的应用。这些看似基础的问题,对于我这样的小白来说,却是理解后续内容的关键。我记得书中有几个章节,详细阐述了 FPGA 的内部结构,比如 LUTs、DFFs、BRAMs 等等,并且用非常形象的比喻来解释它们的功能,让我一下子就明白了这些“积木块”是如何搭建起复杂的逻辑电路的。更让我惊喜的是,书中没有停留在理论层面,而是立刻结合了实际的应用场景,通过几个简单的实例,让我看到了 FPGA 的强大之处。例如,书中对一个简单的 LED 闪烁控制的讲解,让我第一次亲手“点亮”了 FPGA 的世界,那种成就感是无法言喻的。而且,它还引导我思考如何将这些简单的逻辑组合起来,实现更复杂的功能。这种“边学边做”的学习模式,极大地激发了我的学习兴趣,也让我对 FPGA 开发的信心倍增。它就像一个经验丰富的向导,带领我一步步探索 FPGA 的奇妙世界,让我不再感到迷茫和无助。

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我曾几何时,对 FPGA 的了解仅限于“能做很多很厉害的事情”,但具体怎么做,却一无所知。《FPGA应用开发入门与典型实例》这本书,彻底为我打开了新世界的大门。它并没有一开始就用深奥的理论“劝退”读者,而是以一种非常亲切的方式,循序渐进地引导我进入 FPGA 的开发世界。我最喜欢的是书中对“为什么”的解释。比如,为什么我们需要 FPGA?它有哪些优势?它在哪些场景下比传统的微处理器更适合?这些问题的解答,让我对 FPGA 有了一个初步但清晰的认识。随后,书中开始介绍 FPGA 的基本组成单元,比如 LUTs、FFs 等,并且用非常形象的比喻,将这些抽象的概念变得具体可感。我记得书中用“积木”来比喻 LUTs,可以实现不同的逻辑功能,这种比喻让我一下子就理解了 FPGA 的核心思想。最让我惊喜的是,书中紧接着就引入了大量贴近实际的典型实例。我记得书中有一个关于“数码管驱动”的例子,让我第一次亲手用 Verilog 编写了一段代码,并且在仿真器中看到了自己写的逻辑是如何工作的。那种成就感是前所未有的!而且,书中对每一个实例的讲解都非常深入,不仅仅是给出代码,而是详细解释了设计的思路,以及代码背后的逻辑。它让我明白,原来 FPGA 的开发,并不是凭空想象,而是有章可循,有据可依的。

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