Verilog Designer's Library

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出版者:Prentice Hall PTR
作者:Bob Zeidman
出品人:
页数:432
译者:
出版时间:1999-06-25
价格:USD 89.00
装帧:Paperback
isbn号码:9780130811547
丛书系列:
图书标签:
  • 技术
  • hi
  • Verilog
  • Verilog
  • FPGA
  • 数字电路设计
  • 硬件描述语言
  • 验证
  • 综合
  • 时序分析
  • EDA工具
  • 设计模式
  • 系统级设计
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具体描述

Ready-to-use building blocks for integrated circuit design. Why start coding from scratch when you can work from this library of pre-tested routines, created by an HDL expert? There are plenty of introductory texts to describe the basics of Verilog, but Verilog Designer's Library is the only book that offers real, reusable routines that you can put to work right away. Verilog Designer's Library organizes Verilog routines according to functionality, making it easy to locate the material you need. Each function is described by a behavioral model to use for simulation, followed by the RTL code you'll use to synthesize the gate-level implementation. Extensive test code is included for each function, to assist you with your own verification efforts. Coverage includes: *Essential Verilog coding techniques *Basic building blocks of successful routines *State machines and memories *Practical debugging guidelines Although Verilog Designer's Library assumes a basic familiarity with Verilog structure and syntax, it does not require a background in programming.Beginners can work through the book in sequence to develop their skills, while experienced Verilog users can go directly to the routines they need. Hardware designers, systems analysts, VARs, OEMs, software developers, and system integrators will find it an ideal sourcebook on all aspects of Verilog development.

现代嵌入式系统设计精要:基于FPGA的加速器实现与优化 本书聚焦于当前电子工程领域最前沿且极具实用价值的方向:利用现场可编程门阵列(FPGA)实现高性能、低功耗的嵌入式系统加速器。它不仅仅是一本关于硬件描述语言(HDL)的书籍,更是一本深入理解现代系统架构、算法硬件化以及设计流程优化的实践指南。 在当今数据爆炸和实时处理需求日益增长的背景下,传统的基于CPU的通用计算模式已无法满足图形处理、人工智能推断、高速信号处理和深度学习加速等场景的性能要求。FPGA以其并行处理能力、可重构性和靠近硬件的灵活性,成为了实现定制化硬件加速器的理想平台。 本书结构清晰,内容详实,涵盖了从基础理论到高级优化技巧的完整知识体系。 --- 第一部分:嵌入式系统与FPGA架构基础重构 本部分为深入学习现代加速器设计奠定了坚实的理论基础,着重强调了系统级思维的重要性。 第一章:现代嵌入式计算的挑战与机遇 深入剖析了冯·诺依曼瓶颈在高性能计算中的体现,详细对比了CPU、GPU、ASIC和FPGA在功耗、延迟和灵活性方面的优劣。重点讨论了摩尔定律放缓背景下,领域专用架构(DSA)设计的必要性。本章引入了“计算与存储分离”的趋势,为后续的内存访问优化打下铺垫。 第二章:FPGA内部结构与资源映射原理 系统地解析了主流FPGA芯片的内部组织结构,包括逻辑单元(LUTs)、锁相环(PLLs)、分布式RAM(DRAM)与块RAM(BRAM)、DSP Slice(乘法累加器单元)的精确工作机制。读者将学会如何准确预估设计资源消耗,并理解时序收敛背后的物理实现细节,而非仅仅停留在抽象的逻辑门层面。 第三章:高效的时钟域管理与同步设计 时序是数字设计的生命线。本章详尽阐述了亚稳态的成因、跨时钟域(CDC)的隔离技术(如异步FIFO和握手协议),并深入探讨了如何利用同步设计原则(如单比特流、多周期路径约束)来确保系统在复杂频率组合下的稳定运行。 --- 第二部分:硬件加速器的高级算法与并行化策略 本部分是本书的核心,专注于如何将高层级的算法有效地映射到FPGA的并行硬件结构上。 第四章:并行化范式与数据流设计 系统介绍了五种主要的并行化策略:空间并行(Pipeline)、时间并行(Loop Unrolling)、数据流并行、任务并行和位级并行。本书强调了数据流驱动架构(DFA)的设计思想,指导读者如何构建无死锁、高吞吐量的数据通路,而非依赖传统的控制逻辑驱动。 第五章:高效定点数运算与DSP资源利用 在资源受限的FPGA环境中,浮点运算通常效率低下。本章详细讲解了定点数表示法的选择(如Q格式)、舍入误差分析以及如何设计高效的定点乘法器和累加器模块。针对DSP Slice的特性,指导读者优化滤波器、FFT等运算的参数配置,实现最佳的性能/面积比。 第六章:内存层次结构与片上数据管理 数据搬运往往是加速器的性能瓶颈。本章聚焦于如何利用片上存储器(Block RAM、UltraRAM)来缓存外部DDR数据,实现“数据重用”的最大化。重点讲解了波前处理和缓存一致性模拟的技巧,确保关键数据在计算单元之间以最低延迟流动。 --- 第三部分:设计流程、验证与接口工程 实现功能只是第一步,确保其稳定、可集成且高效运行才是工程实践的关键。 第七章:高层次综合(HLS)的深度应用与局限性 探讨了当前HLS工具链如何将C/C++代码转换为RTL代码。本书不仅仅展示HLS的便捷性,更深入剖析了HLS的“黑箱”问题,例如pragma指令的精确含义、循环展开对资源的影响,以及如何手动干预HLS生成的代码以实现超越默认优化级别的性能。 第八章:验证环境的构建:从单元测试到系统级仿真 强调了基于UVM(通用验证方法学)在加速器验证中的应用潜力,尽管FPGA设计常使用更轻量级的验证。重点介绍了参考模型(Reference Model)的建立,确保C/C++算法结果与硬件输出的一致性。同时,详细讲解了基于板级调试(ILA/VIO)的在线验证技术。 第九章:高性能外部接口与互联 现代加速器必须与外部世界高效通信。本章详述了PCIe(点对点拓扑、事务层协议TLP)和高速SerDes接口的配置和优化。指导读者如何设计符合AXI/NoC(网络芯片)标准的总线接口,实现主机与FPGA之间的高带宽、低延迟数据传输。 --- 第四部分:前沿应用案例与性能调优实践 本部分通过具体的应用案例,展示如何将前述理论知识融会贯通,解决实际工程中的性能瓶颈。 第十章:实时数字信号处理(DSP)加速 以自适应均衡器或快速傅里叶变换(FFT)为例,展示如何利用流水线和蝶形运算的并行性,设计吞吐量极高的实时滤波器组。重点分析了反馈回路在并行结构中的设计陷阱及其解决方案。 第十一章:深度学习推理加速器的架构设计 探讨了如何针对卷积神经网络(CNN)的权重和激活数据特性,设计专门的MAC(乘法累加)阵列。分析了量化感知设计对硬件资源和精度的影响,并指导如何构建高效的权重稀疏性处理单元,以适应AI模型压缩的需求。 第十二章:性能瓶颈诊断与迭代优化 本章是实战经验的总结。它教授设计人员如何利用时序报告(Timing Report)识别关键路径,如何通过资源利用率分析来确定是逻辑拥塞还是内存带宽限制了性能。提供了系统的“诊断-重构-验证”闭环优化流程,确保最终设计能够稳定运行在最高时钟频率上。 --- 本书的目标读者群包括了有一定数字电路基础,希望深入学习FPGA设计实践,并致力于开发高性能嵌入式计算解决方案的电子工程师、计算机架构研究人员以及系统级芯片(SoC)设计人员。它提供了一种从“会使用HDL”到“精通硬件加速器设计”的系统化进阶路径。

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读后感

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翻开《Verilog Designer's Library》,我仿佛置身于一个精心构建的Verilog设计乐园。书中的“库”,不是冰冷的程序码,而是带着设计智慧的模块集合。我喜欢作者在介绍每一个模块时,都能够从一个更高的层面去审视它,例如它的可复用性、可扩展性以及在不同设计场景下的适用性。我特别欣赏书中对于一些关键的数字逻辑概念,例如时序逻辑、组合逻辑以及它们之间的交互,是如何通过具体的Verilog模块来生动展现的。 我一直觉得,一个优秀的Verilog工程师,不仅仅是代码的编写者,更是逻辑的设计者。这本书恰恰是从设计者的角度出发,提供了大量的可供参考的设计模式和现成的“积木”。我尤其对书中关于FIFO(先进先出)的设计讲解印象深刻,它不仅提供了同步FIFO和异步FIFO的实现,还深入分析了它们在不同应用场景下的优劣势,以及如何处理满溢和空状态。这远比单纯的语法教程要深刻得多。

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当我第一次接触到《Verilog Designer's Library》时,我就被它所蕴含的“实用主义”精神所吸引。这本书提供的“库”,并非是抽象的概念模型,而是经过实际项目验证的、可直接使用的代码模板。我喜欢作者在讲解每一个模块时,都能够将理论知识与实践经验相结合,让我能够清晰地看到Verilog语言在实际设计中的应用。 我尤其欣赏书中关于数据通路设计和控制通路设计的清晰划分。例如,书中提供的多路选择器(Multiplexer)和优先级编码器(Priority Encoder)的“库”模块,不仅代码简洁高效,而且在解释中也详细说明了它们在数据选择和控制决策中的重要作用。我期待后续章节能够提供更多关于内存接口、总线协议以及IP核集成方面的“库”模块,并且能够讲解如何根据实际需求对这些模块进行参数化配置和优化。

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坦白说,一本好的技术书籍,最吸引我的永远是它能否引发我的思考,并为我打开新的视角。《Verilog Designer's Library》在这方面,给我带来了很多惊喜。书中那些“库”中的模块,不仅仅是代码片段,更像是一个个经过精心打磨的设计思想的载体。我欣赏作者在讲解每一个模块时,都不仅仅停留在“如何实现”,而是深入到“为何如此设计”的层面。 我特别关注书中关于可综合性(Synthesizability)的讲解,以及如何编写能够被综合工具有效地转化为门级网表的Verilog代码。这一点对于FPGA和ASIC设计至关重要。书中提供的那些“库”模块,都经过了作者对可综合性的仔细考量,并且在代码注释中也明确了相关的注意事项。我期待后续章节能够提供更多关于功耗优化和时序收敛的“库”模块,以及它们在不同工艺下的性能评估。

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《Verilog Designer's Library》这本书,在我看来,是一本真正能够帮助读者提升Verilog设计能力的“实战宝典”。它提供的“库”,不是一些停留在纸面上的理论,而是能够直接在实际项目中应用的、经过检验的设计模式。我喜欢作者在讲解每一个模块时,都能够清晰地阐述其设计原理,以及在不同应用场景下的注意事项。 我尤其对书中关于时钟和复位同步的讲解印象深刻。它不仅提供了标准的设计方法,还探讨了不同复位策略的优缺点,以及如何处理全局复位和局部复位。这对于确保设计的可靠性和稳定性至关重要。我期待后续章节能够提供更多关于片上调试(On-Chip Debugging)的“库”模块,例如ILA(Integrated Logic Analyzer)的接口实现,以及如何利用Verilog进行性能监控和故障诊断。

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在我看来,一本真正有价值的技术书籍,应该具备“授人以渔”的能力。《Verilog Designer's Library》在这方面,无疑做得非常到位。书中的“库”,不是简单地提供现成的代码,而是更侧重于教授设计方法和思维。我非常喜欢书中在介绍每一个模块时,都会从需求分析开始,逐步引导读者理解其内部结构和工作原理。这种由内而外的讲解方式,让我能够真正理解每一个设计的“灵魂”。 我特别关注书中关于状态机设计的章节,它提供的各种状态机模板,以及在处理不同状态转移逻辑时的技巧,都让我受益匪浅。我经常在项目中遇到需要设计复杂状态机的情况,而这本书提供的“库”模块,就像是一位经验丰富的设计师,为我提供了清晰的指导和可靠的参考。我期待后续章节能够提供更多关于通信接口、存储器控制器等方面的“库”模块,并且能够讲解它们在性能和面积方面的优化策略。

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《Verilog Designer's Library》这本书,如同一本数字化设计的工具箱,里面装满了各种精巧的“零件”。我喜欢它并没有将这些“零件”随意堆砌,而是有条理地将它们组织起来,并为每个“零件”都提供了详尽的使用说明书。我特别留意到书中在介绍每一个模块时,都包含了对该模块的约束条件、设计假设以及潜在的改进方向的讨论。这种细致入微的讲解,让我能够在使用这些“库”模块时,更加得心应手。 我一直在寻找能够帮助我理解和掌握如何构建高性能、低功耗数字电路的书籍。这本书在这方面,提供了一些非常实用的“库”模块,例如关于时钟分频和倍频的实现,以及如何通过流水线技术来提升吞吐量。我尤其对书中关于亚稳态(Metastability)的解释和规避方法印象深刻,这是在多时钟域系统中非常关键的一个问题,而本书提供的解决方案,既具有理论深度,又具有实践指导意义。

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读完《Verilog Designer's Library》的前几章,我深刻地感受到作者在代码组织和模块化设计上的独到之处。书中提供的那些“库”中的模块,并非孤立存在的,而是巧妙地相互关联,形成了一个个可以组合的“乐高积木”。这种设计理念,恰恰是我在实际项目中最常遇到的挑战之一:如何构建可维护、可重用、易于扩展的代码体系。我喜欢作者在解释每一个基础模块时,都会提及它在更复杂的系统中所扮演的角色,以及如何与其他模块进行接口。 这种层层递进的讲解方式,让我从微观的逻辑门,逐步理解到宏观的功能单元的构建。我尤其欣赏书中对于异步复位和同步复位的处理方式的详细讨论,以及它们在不同时序约束下的表现。这绝非简单的语法教学,而是对数字逻辑设计核心原则的深入剖析。我期待后续章节能够提供更多关于状态机设计、流水线结构以及中断处理等高级主题的库模块,并且能够深入讲解这些模块在性能优化和功耗控制方面的考量。

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我一直在寻找一本能够帮助我从零散的Verilog知识点,构建出完整设计思维的书。《Verilog Designer's Library》在这一点上,做得相当出色。书中的“库”,不是简单地罗列代码,而是更侧重于提供一种“设计范式”。我非常喜欢它在介绍一个通用模块时,会首先给出其功能需求,然后分析实现该功能的多种可能路径,并最终选择最优解进行展示,并附带详细的解释。 这种“问题-分析-解决方案”的模式,让我能够清晰地看到设计决策的过程。特别是关于数据通路和控制通路的分离,以及如何用有限状态机来管理复杂的控制逻辑,书中都有非常具象化的例子。我尤其对书中关于时钟域交叉(CDC)处理的章节印象深刻,它提供的解决方案,不仅在逻辑上严谨,而且在代码实现上也相当简洁高效,这正是我在实际项目中渴望获得的宝贵经验。

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这本书的名字叫做《Verilog Designer's Library》,我拿到它的时候,心里是带着一份期许的,毕竟在数字电路设计领域,Verilog HDL 是绕不开的基石,而一本名为“库”的书,自然会让人联想到它能够提供丰富的、可以直接借鉴的模块和设计模式。打开书本,首先映入眼帘的是一丝不苟的排版和清晰的章节划分,这给了我一个非常好的第一印象,至少在易读性上,它就赢得了不少分数。我尤其关注的是它在实际应用层面的讲解,而不是仅仅停留在Verilog语法的罗列。我希望它能像一个经验丰富的老工程师,将那些在实际项目中反复验证过的、可靠的设计技巧和组件,以一种易于理解的方式呈现出来。 我一直觉得,一个好的技术书籍,不应该仅仅是知识的堆砌,更应该是思想的传递。我期望《Verilog Designer's Library》能够做到这一点。在翻阅的过程中,我注意到它在介绍每一个模块时,都不仅仅给出了代码,更重要的是详细阐述了该模块的设计思路、权衡取舍以及可能存在的局限性。这种“为什么”的解释,对于我这种正在努力提升自身设计能力的人来说,是无比宝贵的。我希望它能引导我去思考,在不同的场景下,应该如何选择和修改这些库模块,而不是简单地复制粘贴。

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《Verilog Designer's Library》的出现,对于我这样的初学者来说,无疑是一份及时雨。我常常在学习Verilog语法后,却苦于无法将其转化为实际可用的设计。这本书就像一位循循善诱的导师,它提供的“库”中的每一个模块,都附带着详尽的文字说明和精炼的代码示例。我特别留意到书中对一些常见问题,例如时序违例、竞争冒险的预防措施,是如何通过设计模式来解决的。 我喜欢它没有回避那些在实际开发中容易遇到的陷阱。例如,关于握手信号的实现,书中不仅给出了标准的实现方式,还探讨了其变种以及在不同通信协议中的应用。这种“知其然,更知其所以然”的讲解,让我对Verilog的理解更加深入,也让我对如何构建健壮的数字系统有了更清晰的认识。我还在期待书中关于接口协议,如AXI、APB等,在Verilog实现方面的详细解析。

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