那些年,我们拿下了FPGA pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:北京航空航天大学出版社

作者:苏阳

出品人:

页数:335

译者:

出版时间:2013-10-1

价格:49.00

装帧:平装

isbn号码:9787512412323

丛书系列:

图书标签:

• 嵌入式
• FPGA
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• 数字电路
• 嵌入式系统
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《数字时代的基石：可编程逻辑器件深度解析》 引言 在信息技术日新月异的今天，我们正处于一个由数据和计算驱动的时代。从智能手机到超级计算机，从物联网传感器到航天航空系统，其核心往往依赖于高效、灵活且高度定制化的硬件平台。本书旨在深入剖析构成现代数字系统骨架的关键技术——可编程逻辑器件（Programmable Logic Devices, PLD），特别是现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array, FPGA）的底层原理、设计流程以及前沿应用。本书面向对数字电路设计、嵌入式系统开发或计算机体系结构有浓厚兴趣的工程师、科研人员和高年级学生，旨在提供一个全面而深入的学习路径。 第一部分：PLD与FPGA的演进与结构 本部分将追溯可编程逻辑器件的发展历程，从早期的紫外线可擦除只读存储器（UVPROM）基础的可编程阵列逻辑（PAL）和通用阵列逻辑（GAL），过渡到复杂的SRAM基FPGA。我们将详细阐述FPGA的内部组织结构，这是理解其工作机制的基石。 第1章：从离散逻辑到可编程集成电路 数字电路设计范式的转变： 探讨ASIC（专用集成电路）的局限性与PLD的优势。 早期的可编程器件： 逻辑阵列结构、熔丝技术与浮栅技术的工作原理。 FPGA的诞生背景与发展路线图： 为什么需要更高密度和更灵活的结构。 第2章：FPGA的内部基本单元解析 核心内容聚焦于现代SRAM型FPGA的三个关键组成部分： 查找表（Look-Up Table, LUT）： 深入讲解LUT作为基本逻辑单元的数学原理，不同位宽LUT（如4输入、6输入）的配置方式及其对逻辑深度的影响。讨论基于LUT的算术运算实现。 可配置逻辑块（Configurable Logic Block, CLB）/逻辑单元（Logic Cell, LC）： 剖析CLB的内部结构，包括LUT、触发器（Flip-Flops）和进位链（Carry Chains）。讲解如何利用这些单元实现组合逻辑和时序逻辑。 布线资源与互联矩阵（Interconnect Resources）： 详细描述FPGA内部的开关矩阵、长线、短线和延迟线模型。理解布线资源对系统性能（时序和功耗）的关键制约。 第3章：FPGA的专用资源块 现代高性能FPGA不仅仅是大量的逻辑单元堆砌，还集成了多种加速功能。本章将介绍这些硬核资源： 嵌入式存储器（Block RAM, BRAM）： 讲解BRAM的架构（单端口、双端口、真双端口），数据位宽配置，以及在系统中的应用，如FIFO、小型缓存和查找表存储。 数字信号处理（DSP）切片： 深入分析DSP切片的结构，包括乘法器、加法器和预加法器。讨论其在滤波器、FFT等数学密集型运算中的高效性。 高速串行收发器（Transceivers）： 介绍SerDes原理，用于高速数据传输标准（如PCIe、Ethernet）的物理层实现。 第二部分：硬件描述语言与设计流程 理解FPGA的工作方式后，必须掌握如何用“硬件语言”来描述期望的电路。本部分侧重于描述性语言和综合布局布线工具的使用。 第4章：硬件描述语言（HDL）的精髓 VHDL与Verilog/SystemVerilog的对比： 介绍两种主流语言的基本语法结构和设计哲学。 并发与顺序执行： 区分`always`块、`initial`块和连续赋值语句在硬件实现中的含义，强调HDL的并行性。 结构化建模与行为建模： 如何使用模块实例化、端口映射实现层次化设计。 时序与组合逻辑的建模规范： 强调组合逻辑的竞争冒险（Hazards）和时序逻辑的正确同步描述。 第5章：设计约束与综合 综合是将HDL代码转换为门级网表的过程，而约束是指导这一过程的关键指令。 设计约束文件（XDC/SDC）： 详细讲解时钟定义、输入/输出延迟（Input/Output Delays）和例外约束（False Paths/Multicycle Paths）。 综合工具链： 分析逻辑优化、门级映射和层次化结构保持的算法。讨论综合结果的度量：资源利用率和时序满足度。 第6章：布局布线与时序分析 布局布线（Place & Route, P&R）是将逻辑单元映射到物理资源并确定布线路径的过程，直接决定了最终电路的性能。 布局（Placement）： 逻辑单元到CLB的分配，目标是最小化后续布线的长度和拥塞。 布线（Routing）： 描述全局布线和详细布线的算法，如何处理竞争和资源冲突。 静态时序分析（Static Timing Analysis, STA）： 深入讲解建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的计算模型。讲解关键路径（Critical Path）的识别与优化策略。 第三部分：系统级应用与高级主题 本部分将探讨FPGA在实际系统中的高级应用，以及面向更高性能和更高抽象层次的设计方法。 第7章：嵌入式处理系统与SoC FPGA不再仅用于纯粹的硬件加速，它正日益集成微处理器核，形成系统级芯片（SoC）。 软核处理器（Soft-Core）实现： 以NIOS II或MicroBlaze为例，讲解如何实例化和配置软核处理器。 硬核处理器系统（HPS）： 探讨如Xilinx Zynq系列中硬核ARM处理器与可编程逻辑的异构集成架构。 片上总线架构： AXImaster/Slave接口的协议规范及其在数据传输中的作用。 第8章：高性能数据流加速与流水线设计 FPGA的核心优势在于并行处理能力。本章关注如何将算法转化为高效的硬件数据流。 流水线（Pipelining）技术： 介绍如何通过插入寄存器分解长组合逻辑路径，提高系统时钟频率。 并行化策略： 探讨数据级并行（SIMD）和指令级并行在FPGA上的实现。 缓存一致性与内存访问优化： 讨论如何在FPGA中设计高效的片外/片内存储器访问模式。 第9章：面向高抽象层次的设计方法 为了应对日益增长的设计复杂度，需要更高层次的抽象工具。 高层次综合（High-Level Synthesis, HLS）： 介绍C/C++/OpenCL代码如何自动翻译成RTL代码。重点分析HLS工具如何处理循环展开、数据流优化和接口生成。 IP核复用与验证： 讲解如何集成第三方或自研的知识产权（IP）模块，以及使用仿真验证（如Testbench编写）确保设计的正确性。 结论 本书全面覆盖了从晶体管级逻辑单元到复杂系统集成所需的理论知识和实践技能。通过对FPGA内部机制的深入剖析和对设计流程的细致讲解，读者将能够掌握驾驭这一强大硬件平台的关键能力，为解决未来复杂的计算挑战打下坚实的基础。

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阅读这本书的过程，就像是在和一位经验丰富的“老兵”对话。他并没有用高高在上的姿态，而是用一种平等、分享的态度，将自己多年的宝贵经验倾囊相授。书中那些关于“踩过的坑”、“走过的弯路”，让我觉得特别亲切，因为我预感自己在未来的学习和实践中，也可能会遇到类似的问题。作者的真诚，让这本书充满了人情味，也让我在学习技术的同时，感受到一种精神上的鼓舞。他传递的不仅仅是知识，更是一种“迎难而上、不断探索”的精神。我尤其喜欢书中关于“持续学习”的篇章，作者强调了FPGA技术日新月异，作为工程师，必须保持一颗好奇心，不断学习新的技术和工具。这句话让我深以为然，也为我指明了未来学习的方向。

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书中关于“如何上手FPGA”的部分，真的给了我一种“踏破铁鞋无觅处，得来全不费工夫”的感觉。我之前尝试过看一些在线教程，但总是觉得杂乱无章，缺乏系统性。而这本书，就像一位经验丰富的导师，一步步地引导你搭建起属于自己的FPGA开发环境。从开发板的选择，到基础开发工具的安装配置，再到第一个“点灯”程序的实现，每一个步骤都讲解得细致入微，甚至连一些可能遇到的坑都提前预警了。我特别欣赏书中关于“第一个程序”的描述，作者没有简单地给出代码，而是详细解释了代码的逻辑，以及为什么需要这样做。那种将抽象的指令转化为具体可执行操作的过程，被描绘得充满了成就感。更重要的是，书中不仅仅停留在“会用”的层面，还在不断地强调“理解”。它会引导你去思考，为什么这个模块是这样设计的？它的优势在哪里？这种深入的思考，对于真正掌握FPGA开发至关重要，也让我意识到，学习FPGA不仅仅是学习一门语言，更是学习一种解决问题的思维方式。

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我拿到这本书的时候，其实对FPGA的了解仅限于“一种可编程的芯片”，知之甚少。但读完前几章，我惊讶地发现自己竟然能够理解一些相对复杂的概念，这绝对是作者功力深厚之处。他没有上来就讲Verilog或VHDL的语法，而是从FPGA的诞生背景、它与ASIC的区别、以及它在不同应用场景下的优势娓娓道来，就像在给一群对此一无所知的朋友们科普一样，生动有趣，逻辑清晰。尤其是关于“为什么选择FPGA”的讨论，书中通过一些生动的案例，比如快速原型验证、小批量生产的灵活性等，让我深刻理解了FPGA存在的价值。它不像传统的微处理器那样预设好功能，而是像一块空白的画布，任由工程师们挥洒创意。这种“由你定”的特性，在书中被描绘得淋漓尽致，我甚至能想象到作者在面临某个项目时，是如何被FPGA的这种特性所吸引，并最终选择了它作为实现目标的工具。这种基于实际应用场景的讲解，比纯粹的理论阐述要来得更加直观和有说服力，也让我这个门外汉，能够迅速抓住FPGA的核心魅力。

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书中关于FPGA的调试技术，简直就是“救命稻草”。我相信很多初学者都会在调试阶段感到头疼，因为一旦代码出现问题，要找到根源往往是一件极其困难的事情。这本书在这方面提供了非常实用的指导。从最基本的LED闪烁调试，到利用逻辑分析仪，再到FPGA内部的逻辑分析工具（ILA）的使用，作者都进行了非常详细的讲解。我尤其喜欢书中关于“如何优雅地调试”的讨论，它不仅仅是教会你使用工具，更重要的是教会你一种调试的思路和方法。比如，如何通过观察信号来判断逻辑是否正确，如何利用时序信息来定位问题，这些经验性的总结，对于节省开发时间、提高调试效率非常有帮助。我甚至可以想象到，在某个深夜，当一个人对着代码和波形图愁眉不展时，翻开这本书的某个章节，就能找到豁然开朗的灵感。

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令我印象深刻的是，书中关于FPGA设计流程的描述，简直就是一份详尽的“攻略”。从需求分析、架构设计、HDL编码，到仿真验证、综合、布局布线，再到时序约束和下载调试，每一个环节都清晰地展现在读者面前。作者没有回避其中的困难和挑战，而是坦诚地分享了在实际项目中遇到的各种问题，以及如何一步步克服它们。比如，关于仿真的重要性，书中花了相当大的篇幅来阐述，如何编写有效的测试平台，如何通过仿真来发现潜在的逻辑错误，这些都让我受益匪浅。特别是关于时序分析的部分，虽然听起来很枯燥，但作者用生动的比喻，将那些复杂的时序参数变得易于理解。他强调了“时序是FPGA设计的灵魂”，这句话让我对FPGA的理解上升到了一个新的高度。原来，写出能跑的代码只是第一步，让它跑得“快”且“稳”，才是真正的挑战，而这本书给了我解决这个挑战的钥匙。

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这本书的封面设计就非常吸引人，一种复古又带点怀旧的暖色调，配合着中间那个略显模糊但依然能辨认出是FPGA芯片的图案，仿佛一下子将人拉回了那个充满挑战与激情的年代。书名“那些年，我们拿下了FPGA”更是点睛之笔，它不是那种冰冷的科技手册，而是带着一股青春的气息，让人好奇那些“年”里，究竟发生了什么，又是如何“拿下”这个听起来就很硬核的技术。我一直觉得，技术类的书籍如果能融入情感和故事，那将会是另一种层面的享受。这本书显然是往这个方向努力的，它没有直接甩出一堆晦涩的专业术语，而是用一种更具人文关怀的方式来介绍FPGA，就像一位老友在跟你娓娓道来他年轻时的奋斗史，让你在不知不觉中，对这个领域产生了浓厚的兴趣。我尤其喜欢它在引言部分对于FPGA的定位，不是单纯的工具，而是承载着梦想和创新的载体，这种描述一下子就拔高了主题，也让我对接下来的内容充满了期待，想知道在作者和他的伙伴们手中，FPGA究竟扮演了怎样的角色，又经历了怎样的跌宕起伏。

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这本书让我对FPGA设计中的“优化”有了全新的认识。一开始，我以为只要功能实现了，就可以了。但通过阅读这本书，我才明白，在FPGA领域，“优化”是贯穿始终的。书中关于面积优化、时序优化、功耗优化等方面的内容，让我大开眼界。作者通过一些具体的例子，比如如何通过改变HDL代码的写法来减少逻辑门的使用，如何通过调整综合选项来满足时序要求，以及如何在功耗敏感的应用中进行设计等，都给出了非常实操的建议。我记得书中提到一个关于“流水线”技术的讲解，用非常形象的比喻，让我这个对这个概念不熟悉的读者，也能迅速理解它的原理和作用，以及如何通过它来提高FPGA的吞吐量。这种对设计细节的深入挖掘，以及对各种优化手段的系统性介绍，让我意识到，一个优秀FPGA工程师，不仅仅是会写代码，更需要具备深厚的优化功底。

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这本书的语言风格非常独特，它不像市面上许多技术书籍那样，充斥着生硬的公式和晦涩的术语，而是充满了故事性和画面感。作者在讲解一些技术概念时，会不自觉地引用一些生活中的例子，或者用一些生动的比喻，让原本枯燥的内容变得活泼有趣。比如，在讲到FPGA的时钟信号时，作者用了“脉搏”的比喻，非常贴切地描绘了时钟信号在FPGA中的重要作用。这种“润物细无声”的教学方式，让我在不知不觉中，就吸收了大量的知识。而且，书中的叙事结构也很灵活，有时会穿插一些作者年轻时的趣事，或者是一些设计过程中的“灵光乍现”的时刻，这些都让整本书读起来轻松愉快，没有丝毫的阅读压力。感觉就像是在听一位老朋友，分享他的人生经历和技术感悟，那种亲切感和共鸣感，是很多技术书籍所无法比拟的。

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这本书中关于FPGA在实际项目中的应用案例，是让我最激动的部分。我一直觉得，只有看到技术是如何落地生根，解决实际问题的，才能真正体会到它的价值。书中通过多个不同领域的案例，比如通信系统、图像处理、嵌入式系统等，展示了FPGA的强大能力。我尤其对书中关于某个高速数据采集系统的设计案例印象深刻，作者详细剖析了其中的设计难点，以及如何利用FPGA的高并行处理能力来解决这些难题。这种案例分析，不是简单的罗列，而是深入到设计的细节，让我能够理解在真实的项目中，工程师们是如何思考和决策的。它就像一本“项目复盘”的书，让我得以窥见成功的项目背后所付出的努力和智慧。读到这些案例，我仿佛也置身于那个项目中，和作者一起经历着设计、调试、优化的过程，这种沉浸式的体验，让我对FPGA的应用前景有了更深的认识，也更加激发了我学习FPGA的热情。

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总的来说，这本书给我带来的不仅仅是FPGA技术的知识，更是一种全新的视角和一种鼓舞。我开始明白，FPGA并非遥不可及的技术，而是一个充满创造力和可能性的领域。作者通过“那些年，我们拿下了FPGA”这个充满故事感的名字，以及书中生动的情节和详实的讲解，成功地将一个原本可能让许多人望而却步的技术，变得触手可及。这本书就像一座桥梁，连接了我对技术的好奇心和对实现创意的渴望。它让我看到了FPGA工程师的辛勤付出和智慧闪光，也让我看到了技术如何改变世界。我强烈推荐这本书给所有对FPGA感兴趣的朋友，无论你是初学者，还是有一定经验的工程师，相信你都能从中获得启发和收获。它不仅仅是一本技术书，更是一本关于梦想、关于坚持、关于成长的励志读物。

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