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出版者:西安电子科技大学出版

作者:褚振勇

出品人:

页数:328

译者:

出版时间:2006-12

价格:35.00元

装帧:平装（带盘）

isbn号码:9787560611327

丛书系列:

图书标签:

• FPGA
• 数字电路
• Verilog
• VHDL
• 嵌入式系统
• 硬件设计
• 可编程逻辑
• 电子工程
• 通信系统
• 信号处理

精品图书推荐：深入探索现代通信与信号处理的基石 以下为您推荐一本涵盖现代通信系统架构、高效信号处理算法实现以及前沿嵌入式系统设计的专业技术书籍，旨在为工程师和研究人员提供一个全面、深入的学习平台，以应对当前高速、复杂的信息处理挑战。 --- 书籍名称：《高速数字系统：从理论建模到实时硬件加速》 内容提要： 本书聚焦于当前电子信息领域最为关键的两大支柱：超高速数字电路设计与复杂算法的硬件加速实现。它不仅停留在基础的器件物理层面，更深入到系统级的架构优化和性能瓶颈分析，为读者构建一个从底层物理信号完整性到顶层应用软件优化的完整知识体系。全书内容经过精心编排，结构逻辑严谨，力求将理论的严密性与工程实践的实用性完美结合。 第一部分：超高速信号与系统级设计基础 本部分为理解现代高性能数字系统的基石。 第一章：现代高速互连与串扰分析 详细阐述了PCB走线上的电磁兼容性（EMC）挑战，重点分析了串扰（Crosstalk）、反射（Reflection）和时钟抖动（Jitter）的物理成因。引入了基于传输线理论的S参数模型，教授读者如何利用Spice仿真工具对高速信号的眼图进行精确预测与优化。特别关注了背板（Backplane）设计中的信号完整性管理策略。 第二章：先进半导体工艺与逻辑族对比 剖析了当前主流半导体工艺节点（如FinFET架构）的发展趋势及其对电路延迟和功耗的影响。深入比较了CMOS、LVDS、CML等不同逻辑电平标准的适用场景、驱动能力与噪声容限。重点讲解了亚阈值设计的基本原理及其在低功耗边缘计算中的潜力。 第三章：系统级时序约束与验证方法 超越传统的静态时序分析（STA），本书引入了动态时序分析（DTA）的概念，用于处理工艺、电压和温度（PVT）变化下的系统裕量管理。详细介绍了多周期路径、伪路径的约束设置规范，并讨论了如何通过时钟域交叉（CDC）的异步FIFO设计来确保数据传输的可靠性，这是所有复杂数字系统设计的核心难点。 第二部分：并行计算架构与算法硬件化 本部分是本书的核心，专注于如何将计算密集型算法高效地映射到并行硬件结构上。 第四章：并行计算范式与数据流架构 系统地介绍了SIMD、MIMD、Systolic Array（脉动阵列）等并行计算范式。强调了数据流驱动的编程思想，并以卷积神经网络（CNN）的前向传播为例，演示如何将矩阵乘法分解为高度并行化的数据流路径，以最大化硬件吞吐量。 第五章：数字滤波器的高效硬件实现 全面覆盖了FIR、IIR等经典数字滤波器的设计。重点在于资源优化。详述了定点运算的精度损失控制、量化噪声的分析。推导出如何利用流水线技术（Pipelining）和资源共享技术，在有限的硬件资源内实现高采样率的实时滤波功能，例如在软件定义无线电（SDR）前端的应用。 第六章：快速傅里叶变换（FFT）的硬件优化 傅里叶变换是信号处理的灵魂。本章专门探讨了基-2、基-4、混合基数FFT的结构差异。深入分析了蝶形运算（Butterfly Operation）的并行度挖掘，并详细介绍了数据重排（Bit Reversal）的硬件实现策略，包括使用存储器重排和原地（In-place）算法来减少片上RAM的开销。 第七章：大规模并行处理器的内存层次结构 高速计算的瓶颈往往在于数据搬运而非计算本身。本章探讨了如何设计高效的片上存储器（On-Chip Memory）。讲解了Scratchpad Memory (SPM)相对于传统Cache的优势，以及如何通过预取（Prefetching）和数据局部性优化来有效隐藏内存延迟。分析了双端口RAM（Dual-Port RAM）在数据双向访问场景中的应用。 第三部分：现代系统集成与验证流程 本部分将理论与实践结合，指导读者如何将设计转化为可工作的、可验证的物理实现。 第八章：硬件描述语言（HDL）的高级编码技巧 超越基本的结构化描述，本章聚焦于可综合性（Synthesizability）与性能导向的编码风格。讲解了如何正确使用时序约束（Timing Directives）来引导综合工具优化关键路径。讨论了高层次综合（HLS）的原理和限制，指导读者何时使用HLS替代手工RTL编码。 第九章：同步设计与跨时钟域接口（CDC）的鲁棒性设计 针对异步信号带来的亚稳态问题，本书提供了业界标准的解决方案：握手协议（Handshaking）、双口缓存（Dual-Port Buffer）和异步同步器（Metastability Filter）的详细设计实例。提供了基于形式验证工具（Formal Verification）来自动检查CDC路径的规范性检查流程。 第十章：系统级性能评估与调试策略 讲解了如何利用硬件调试接口（如JTAG、ILA/VIO）对实时系统进行高效的逻辑分析。介绍了性能计数器（Performance Counters）在识别硬件瓶颈中的作用。最后，提供了一套完整的、从功能仿真到门级仿真的设计验证流程（Verification Flow），确保设计在投片前满足所有性能指标。 目标读者： 本教材适合电子工程、计算机工程、通信工程等专业的高年级本科生、研究生，以及在通信、雷达、图像处理和高性能计算领域工作的硬件工程师和系统架构师。掌握VHDL/Verilog基础是阅读本书的前提。

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