Design Recipes for FPGAs pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Newnes

作者:Peter Wilson

出品人:

页数:320

译者:

出版时间:2007-07-17

价格:USD 55.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780750668453

丛书系列:

图书标签:

FPGA
数字电路设计
Verilog
VHDL
硬件设计
嵌入式系统
可编程逻辑
设计方法
实用指南
电子工程

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具体描述

This book provides a rich toolbox of design techniques and templates to solve practical, every-day problems using FPGAs. Using a modular structure, the book gives 'easy-to-find' design techniques and templates at all levels, together with functional code, which engineers can easily match and apply to their application. The 'easy-to-find' structure begins with a design application to demonstrate the key building blocks of FPGA design and how to connect them, enabling the experienced FPGA designer to quickly select the right design for their application, while providing the less experienced a 'road map' to solving their specific design problem. Written in an informal and 'easy-to-grasp' style, this invaluable resource goes beyond the principles of FPGA s and hardware description languages to actually demonstrate how specific designs can be synthesized, simulated and downloaded onto an FPGA. In addition, the book provides advanced techniques to create 'real world' designs that fit the device required and which are fast and reliable to implement. An accompanying companion website contains code, test benches and simulation command files for ModelSim. This book will be an indispensable, well-thumbed resource for FPGA designers of all levels of experience. It features: a rich toolbox of practical FGPA design techniques at an engineer's finger tips; easy-to-find structure that allows the engineer to quickly locate the information to solve their FGPA design problem, and obtain the level of detail and understanding needed; and includes accompanying companion website containing code, test benches and simulation files for ModelSim.

好的，这是一份针对您提供的书名 Design Recipes for FPGAs 的、内容详尽且不含该书内容的图书简介。 --- 电子设计自动化领域的深度实践指南：可编程逻辑芯片设计精要书名：电子设计自动化领域的深度实践指南：可编程逻辑芯片设计精要作者： [此处填写虚拟作者名] 页数：约 750 页版次：第一版 ISBN： [此处填写虚拟ISBN号] 图书概述本书汇集了数字电子系统设计、硬件描述语言（HDL）应用以及现代可编程逻辑器件（FPGA）开发流程中的核心理念与尖端实践。它并非仅仅停留在理论层面，而是着眼于将复杂的概念转化为可操作、可验证的工程解决方案。本书的结构设计旨在引导读者——从具备基础电子知识的工程师到经验丰富的系统架构师——系统性地掌握从概念定义到最终硬件部署的每一个关键环节。我们深入探讨了高效利用现有FPGA资源池的策略，强调了设计收敛性、时序约束管理以及功耗优化在当代SoC集成中的重要性。全书内容聚焦于如何通过精妙的架构选择和严谨的编码规范，应对现代系统对性能、面积和功耗的苛刻要求。第一部分：数字系统基础与硬件描述语言的精炼运用本部分奠定了整个设计方法论的基石，重点在于培养读者使用硬件描述语言（VHDL与Verilog）进行高层次抽象建模的能力，而非仅仅将其视为软件编程的替代品。第一章：超越基础门级：结构化与行为建模的辩证统一本章首先回顾了组合逻辑与时序逻辑的基本构建块，但很快将焦点转向更高级的抽象层次。我们详细剖析了如何有效地使用结构化描述（实例化、层次化连接）来清晰表达硬件的物理布局意图，并阐述了行为建模（如`always`块、进程）在快速原型验证中的优势与陷阱。特别地，本章对并发性与顺序性在HDL中的实现机制进行了深入的对比分析，强调了竞争条件（Race Condition）在硬件描述中的特殊意义和规避方法。第二章：时钟域与同步机制的艺术时钟是数字电路的生命线。本章将同步设计原则提升到核心地位。内容涵盖了单频、多频系统中的时钟域交叉（CDC）问题。我们详细分析了异步信号同步的各种经典电路，如握手协议、双触发器同步器（Meta-stability的概率分析）以及更复杂的同步机制，如基于流水的同步（Flow-through Synchronization）。对于跨时钟域数据的传输，本书提供了详尽的FIFO设计指南，包括异步FIFO的指针逻辑设计、满/空标志位的安全生成，以及如何确保数据在不同时钟域间的完整性。第三章：层次化设计与模块化封装良好的设计源于良好的组织结构。本章探讨了如何应用软件工程中的模块化概念到硬件设计中。我们讲解了接口定义语言（IDL）在复杂系统中的作用，以及如何创建可复用的、参数化（Generics/Parameters）的设计组件。本章重点展示了如何使用抽象层来隔离平台相关的细节（如特定FPGA芯片的I/O限制），使得核心算法逻辑可以独立于目标硬件进行验证。第二部分：高性能计算架构与流水线技术现代FPGA设计往往以吞吐量为核心目标。本部分专门针对如何构建高速度、高吞吐率的数据通路进行深入的探讨。第四章：流水线设计：延迟与吞吐量的权衡流水线（Pipelining）是提升系统性能的关键手段。本章不仅介绍了基本的N级流水线结构，更侧重于深层流水线设计的挑战。我们分析了流水线级间寄存器的成本、时序裕度的分配，以及如何处理流水线分支和异常（如复位和清除操作）。内容中包含了针对特定算法（如快速傅里叶变换或数字滤波器的迭代阶段）进行局部流水线优化（Loop Unrolling与数据预取）的实战案例。第五章：数据通路与控制流的分离设计一个健壮的系统需要清晰地分离数据处理单元（Datapath）和状态机控制单元（Control Path）。本章详细对比了拉式（Pull-based）和推式（Push-based）数据流的优缺点。针对控制逻辑，我们深入分析了有限状态机（FSM）的设计模式，包括单热编码（One-Hot）与两段式（Two-Phase）编码在速度与面积上的权衡。此外，还探讨了使用更高级别的控制结构（如指令驱动的处理器核心）来简化复杂的时序逻辑。第六章：内存系统与片上资源的高效利用 FPGA上的存储器资源（BRAM/URAM/MRAM）是性能瓶颈的常见来源。本章指导读者如何根据访问模式（随机访问、序列访问、双端口需求）选择最合适的存储器类型。内容包括： 1. 分布式RAM（LUT RAM）与块RAM的适用性边界。 2. 共享资源管理：如何设计一个高效的仲裁器（Arbiter）来管理对共享存储块的多端口访问，确保公平性与最低延迟。 3. 外部存储接口：针对DDR SDRAM的底层控制器设计理念，强调了地址交错（Address Interleaving）和突发传输（Burst Transfer）的优化策略。第三部分：系统级验证、时序分析与综合实战设计完成后的验证和时序收敛是决定项目成败的关键阶段。本部分侧重于工程实践的后半程。第七章：形式化验证与仿真方法学本书倡导“仿真驱动设计”和“验证先行”的理念。本章详述了如何构建高效、可重用的测试平台（Testbench），不仅仅是简单的激励生成，更包括响应检查、错误注入和覆盖率报告。我们深入探讨了：序列检测器（Sequential Monitors）的应用，用于捕获复杂的错误模式。伪随机激励生成与约束随机验证（CRV）的基本框架。断言（Assertions）在HDL代码中的嵌入，用于描述设计期望的局部属性。第八章：时序约束的语言与艺术理解和驾驭静态时序分析（STA）是高频设计的核心技能。本章将时序约束语言（SDC/XDC）的使用提升到架构层面。我们详细讲解了如何定义输入延迟（Input Delay）、输出延迟（Output Delay）、跨时钟域的例外约束（False Path/Multicycle Path），以及如何处理I/O引脚上的抖动（Jitter）和偏差（Skew）。本章的重点在于：如何根据系统级协议（如PCIe或高速串行链路）的物理层要求，反向推导出最精确的逻辑单元时序约束。第九章：综合、布局布线与物理实现优化本章聚焦于FPGA供应商工具链中的后端流程。我们分析了综合器如何将HDL代码映射到目标FPGA的原语（Primitives）上。重点讨论了布局布线阶段可能引入的性能瓶颈，包括布线拥塞、时钟网络延迟。本章提供了一系列设计收敛技巧（Convergence Tactics），例如：如何利用特定的约束或指令来指导综合工具的优化方向，如何通过预先的资源锁定（Pin Assignment）来避免物理层面的冲突，以及在迭代设计中如何快速定位并修复时序违例（Timing Violations）。结论：面向未来设计的思维模式全书在最后总结了面向大规模、低功耗系统的设计哲学，强调了设计者的角色正从单纯的逻辑实现者向系统架构师转变。本书旨在为读者提供一套成熟、可靠、可复用的设计“工具箱”，使其能够在瞬息万变的电子工程领域中，自信地驾驭复杂的FPGA实现项目。 --- 本书适合人群：嵌入式系统工程师和数字电路设计师。需要掌握FPGA高级开发技术的硬件描述语言（VHDL/Verilog）高级用户。正在进行或计划进行ASIC/SoC前端设计的验证和集成工程师。高等院校电子工程、计算机工程专业的高年级学生和研究生。