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出版者:Wiley-IEEE Press

作者:Steve Kilts

出品人:

页数:352

译者:

出版时间:2007-06-29

价格:USD 112.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780470054376

丛书系列:

图书标签:

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《嵌入式系统中的硬件加速》 本书深入探讨了如何利用高性能FPGA（现场可编程门阵列）技术，在嵌入式系统中实现前所未有的计算性能和效率。随着移动设备、物联网（IoT）传感器节点、实时通信系统以及人工智能（AI）推理等应用对算力的需求日益增长，传统的CPU和GPU在功耗、延迟和集成度方面逐渐显露出局限性。FPGA凭借其高度并行、可重构以及灵活的硬件定制能力，为解决这些挑战提供了理想的解决方案。 本书将从嵌入式系统设计的根本出发，详细阐述FPGA硬件加速的原理、方法论和最佳实践。我们首先会介绍嵌入式系统设计的关键考量，包括性能瓶颈的识别、功耗预算的规划以及系统级集成的重要性。在此基础上，我们将引入FPGA架构的独特优势，对比其与ASIC（专用集成电路）和通用处理器在不同应用场景下的适用性。读者将学习到FPGA如何通过并行化和流水线技术，大幅提升数据处理和算法执行的速度。 核心章节将聚焦于FPGA设计流程的各个环节。从高级语言（如C/C++、SystemC）到硬件描述语言（HDL，如Verilog、VHDL）的综合与转换，再到 FPGA 内部的逻辑实现、时序约束和优化，我们将提供一套系统性的学习路径。本书特别强调从算法层面到硬件实现的映射策略，帮助读者理解如何将高层的计算任务有效地转化为高效的FPGA逻辑。我们将深入剖析各种常用的硬件加速算法模式，例如矩阵运算、信号处理、图像滤波以及模式匹配等，并提供在FPGA上优化的具体指导。 此外，本书还将涵盖数据路径设计、存储器接口、中断处理以及与CPU的协同工作机制。对于需要处理海量数据的应用，高效的数据传输和存储器访问是关键。因此，我们将详细讲解FPGA内部存储器的类型（BRAM、URAM等）及其使用技巧，以及如何设计高效的外部存储器接口（DDR、QSPI等），以满足高速数据吞吐的需求。同时，我们也关注FPGA与嵌入式处理器之间的通信，包括AXI总线协议、DMA（直接内存访问）控制器设计以及中断机制的实现，确保软硬件之间的无缝集成和高效协作。 除了基础的设计技术，本书还关注FPGA在特定领域的应用，如数字信号处理（DSP）的FPGA加速，包括FFT、FIR滤波器等核心算法的设计与实现。我们还将探讨FPGA在计算机视觉（CV）领域的应用，如图像采集、预处理、特征提取以及简单的AI推理模块的硬件实现。针对日益重要的AI边缘计算，本书将介绍如何在FPGA上部署神经网络推理引擎，优化功耗和延迟，实现高效的本地智能处理。 最后，本书将引导读者了解FPGA设计中的高级主题，例如低功耗设计技术，包括门控时钟、电源门控以及自适应时钟控制等。同时，我们还将讨论 FPGA 的可调试性，介绍硬件调试工具和技术，帮助读者快速定位和解决设计中的问题。对于需要高度可靠性的应用，本书也会涉及一些容错和可靠性设计方面的考量。 通过阅读本书，读者将不仅掌握FPGA硬件加速的基本原理和设计方法，更能获得一套完整的嵌入式系统硬件加速解决方案，从而能够独立设计和实现高性能、低功耗的嵌入式硬件加速模块，为各类前沿应用开发提供强大的技术支撑。本书的目标读者包括有一定嵌入式系统开发经验的工程师，以及对FPGA和硬件加速技术感兴趣的研究人员。

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这本书的装帧设计简直是视觉上的享受，封面那深邃的蓝色调，配上烫金的字体，立刻就给人一种专业而又典雅的印象。我拿到手的时候，首先就被它的纸张质感所吸引，那种微微泛着哑光的触感，拿在手里沉甸甸的，就知道里面肯定塞满了干货。内页的排版也十分考究，字号大小适中，行距留得恰到好处，即便是长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。更让我惊喜的是，书中穿插的一些图示和电路图，线条清晰，层次分明，即便是涉及到复杂逻辑结构的推导，也能通过这些精美的插图得到直观的理解。这显然不是那种粗制滥造、赶着上市的教科书，它更像是一件精心打磨的工艺品，体现了出版方对“高级”这个词的真正理解，从外到内都散发着一种对细节的极致追求。光是看着它摆在书架上，就让人心生敬畏，觉得自己正在接触一些真正有价值、需要沉下心来啃读的深度内容。这种对物理载体的重视，本身就是对读者投入时间的尊重，让人对书中的知识内容抱有了极高的期待。

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我花了整整一个周末的时间，只是在研读它关于时序约束和静态时序分析（STA）的那几个章节，我的天，那种感觉就像是终于找到了一把能打开老旧锁箱的万能钥匙。在此之前，我接触过的很多资料对STA的讲解都停留在“知道怎么用工具跑”的层面，但这本书却深入到了背后的数学原理和EDA工具背后的算法是如何处理这些约束的。作者对诸如建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的分解，不仅仅是罗列公式，而是结合实际的跨时钟域（CDC）场景进行了详细的推演，甚至连跨时钟域的同步机制中，不同同步器（如握手协议或异步FIFO）在不同工艺角下的微小差异都被考虑进去了。尤其是那几节关于时钟域交叉中亚稳态（Metastability）的深入剖析，简直是教科书级别的阐述，让我彻底明白了为什么在某些关键路径上，单比特同步是多么的危险。这种由表及里，层层剥开黑盒的过程，对于想要从“熟练用户”跃升到“架构师”级别的人来说，是不可或缺的垫脚石，每一个论证都严谨到让人无法反驳。

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坦白说，初次翻阅这本书时，我感到有些挫败感，因为它显然不是为刚接触FPGA的新手准备的。它的知识密度大得惊人，许多概念的引入是基于读者已经对Verilog/VHDL有扎实的掌握，并且对数字电路基础理论（如CMOS反相器特性、时钟树综合的初步概念）有所了解的。对我个人而言，这意味着我不得不频繁地停下来，翻阅我旧的数字逻辑教材，以确保对某些背景知识点没有理解偏差。然而，正是这种“高门槛”确保了其内容的纯粹和深度。它没有为了降低阅读门槛而稀释核心概念，而是直接将读者拉入了专业工程讨论的深度。这种挑战性，恰恰是促使我突破自身舒适区、真正进行深度学习的强大动力。它像是一块磨刀石，通过高强度的内容压力，强迫我将分散的、零碎的知识点整合、内化，最终形成一套连贯、严密的现代FPGA设计方法论。

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这本书在处理底层硬件抽象和高层次设计理念的衔接上，展现出了一种罕见的平衡感。很多FPGA书籍要么过于偏向底层寄存器传输级（RTL）的语法教学，读完后依然感觉自己只是一个“代码搬运工”；要么就是空谈架构和系统设计，却缺乏落地到具体硬件资源的映射。这本书却巧妙地找到了那个甜蜜点。它不仅详细讲解了如何利用HDL语言实现高性能的流水线结构，更重要的是，它花了大量篇幅去探讨不同架构选择对FPGA片上资源（如LUTs、BRAM、DSP Slices）的具体消耗和性能影响。例如，当它讨论到并行计算矩阵乘法时，它会同时给出五种不同的实现路径，并用详细的性能对比图表说明哪种路径在延迟敏感型设计中更优，哪种在资源受限场景下更具优势。这使得我不再是盲目地敲代码，而是开始用一种“资源成本”和“性能收益”的权衡视角去审视每一个设计决策，真正理解了FPGA设计中“没有免费的午餐”这句行话的重量。

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我必须称赞作者在系统级错误处理和鲁棒性设计方面的深刻洞察力。在如今的嵌入式和高速信号处理领域，设计出能运行的功能只是完成了50%，剩下的50%是如何确保它在真实世界恶劣的运行环境下（如温度波动、电源噪声干扰）依然能稳定可靠地工作。这本书对此有着近乎偏执的关注。它没有回避那些在初级教材中经常被忽略的角落，比如如何设计有效的看门狗（Watchdog）机制来应对软件逻辑挂死，如何利用FPGA的内部诊断功能来监控关键时钟的抖动，甚至还涉及到了针对软核处理器（如MicroBlaze或Nios II）的内存保护单元（MPU）配置。这些内容都不是标准逻辑实现流程的一部分，但却是决定产品能否通过可靠性认证的关键。阅读这部分内容，感觉就像是有一位经验丰富的系统工程师在旁边手把手地教你如何“为失败做准备”，这种前瞻性的安全意识的培养，比任何单一算法的讲解都来得更有价值。

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其实都比较基础,xilinx官方文档基本都有

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慢慢啃啊。。。

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慢慢啃啊。。。

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进阶书籍。讲了很多点，但都不是很深入。

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是一本不错的进阶书籍，虽然DSP理论方面大部分抄的帕里斯，不过AES的设计还是值得一看的