Unleash the System on Chip Using FPGAs and Handel C pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Kamat, Rajanish K./ Shinde, Santosh A./ Shelake, Vinod G.

出品人:

页数:200

译者:

出版时间:

价格:1073.00

装帧:

isbn号码:9781402093616

丛书系列:

图书标签:

• FPGA
• Handel-C
• SoC
• Embedded Systems
• Digital Design
• Hardware Acceleration
• Reconfigurable Computing
• VHDL
• Verilog
• System Design

深入解析现代电子系统设计的前沿技术 本书致力于为电子工程领域的专业人士、高级学生以及对高性能硬件设计感兴趣的研究人员，提供一个全面且深入的指南，聚焦于当前最前沿的系统级集成与实现技术。我们摒弃对特定商业产品或单一编程工具的过度依赖，转而深入探讨驱动当代复杂电子系统（如嵌入式系统、高性能计算平台和先进的信号处理设备）的核心原理、设计哲学和工程实践。 本书将重点放在架构层面的权衡取舍、系统级建模、高效的硬件描述与验证方法，以及面向特定应用场景的优化策略。我们相信，理解底层机制远比掌握表面工具更为关键，尤其是在快速迭代和技术快速演进的今天。 第一部分：系统级抽象与设计方法论的演进 本部分将追溯现代电子系统设计从传统的RTL（寄存器传输级）思维向更高级、更抽象的系统级建模演进的历程。我们将探讨，在设计周期日益缩短、系统复杂度呈指数级增长的背景下，如何通过高级抽象来提高设计效率和可维护性。 1.1 硬件描述语言（HDL）的局限性与演进路径 我们将分析传统HDL在描述复杂算法行为和进行早期系统级验证时所面临的挑战，例如冗长的代码量、固有的时序约束以及与高层算法描述的脱节。在此基础上，我们深入探讨行为级建模的必要性，介绍如何使用高级语言特性来表达系统的功能意图，而非仅仅关注晶体管级的操作。这包括对模型驱动设计（MDD）理念的探讨，强调设计流程应从系统级规格说明开始，逐步细化至硬件实现。 1.2 系统级性能建模与约束驱动设计 成功的片上系统（SoC）设计依赖于对关键性能指标（如吞吐量、延迟、功耗和面积）的精确预测。本章将详细阐述如何构建快速、准确的系统级模型。我们讨论了不同的建模粒度（事务级、指令级、周期级）及其适用场景。重点将放在约束驱动设计的实践上，即如何将严格的性能和功耗预算作为设计过程的指导原则，确保最终实现满足甚至超越规格要求。我们将研究如何有效地管理和传播这些约束，避免在设计后期出现代价高昂的迭代。 1.3 并行性、流水线与数据流的架构思维 现代高性能计算的核心在于并行性的有效挖掘。本节将深入剖析不同类型的并行架构，包括空间并行性（流水线、循环展开）和时间并行性（指令级并行）。我们将探讨数据流架构的优势，特别是它如何自然地映射到硬件实现上，简化同步逻辑，并提高处理单元的利用率。设计者必须学会“像硬件一样思考”，理解数据的流动路径和潜在的资源竞争，从而设计出真正高效的硬件结构。 第二部分：高效硬件实现的工程实践 本部分将关注如何将高级系统描述转化为实际可执行的、资源高效的硬件实现。我们聚焦于那些能够桥接高抽象层和底层物理实现的中间技术和最佳实践。 2.1 资源映射与硬件合成的优化 硬件合成（Synthesis）是现代设计流程的关键环节，它将抽象的行为描述转化为逻辑门网表。本章深入研究合成工具的工作原理、限制以及优化技巧。我们将讨论如何通过调整设计结构来影响逻辑综合的结果，例如算子选择、共享资源的策略、以及如何控制组合逻辑的深度。理解合成器的优化目标（如最小化延迟或面积）至关重要，设计者需要学会“引导”合成器，使其生成符合预期的硬件结构。 2.2 内存层次结构与片上通信的优化 在任何复杂的系统中，数据在处理器核心与存储器之间的高效传输是性能瓶颈的主要来源。本节将详细分析片上存储器（如SRAM、寄存器堆）的组织方式、访问延迟以及带宽限制。我们研究如何设计高效的缓存策略（如果适用），以及如何利用直接存储器访问（DMA）机制来卸载处理器的数据移动负担。此外，片上互联网络（NoC）的设计理念也将被引入，讨论路由算法、仲裁机制和拓扑结构对整体系统吞吐量的影响。 2.3 时序收敛与跨时钟域交互 时序是硬件设计的生命线。本章从工程实践的角度，探讨如何应对建立时间（Setup）和保持时间（Hold）约束。我们将分析导致时序违例的常见原因，如长组合路径、时钟偏斜（Skew）和时钟抖动（Jitter）。更关键的是，我们讨论异步设计和跨时钟域（CDC）信号的正确处理方法，包括使用握手协议、同步器电路（如双触发器同步器）的设计与验证，确保系统在不同速度的时钟域之间稳定可靠地工作。 第三部分：系统级验证与调试策略 一个复杂的硬件设计，其错误成本远高于软件。本部分强调在设计早期和整个生命周期中，如何建立鲁棒的验证环境，以确保设计的正确性、功能性和性能达标。 3.1 验证方法学的分层结构 我们探讨一个多层次的验证策略，从最底层的单元级验证，到集成的系统级验证。重点分析基于激励的验证（Constrained Random Verification, CRV）在硬件验证中的应用，以及如何构建高抽象级的验证平台来模拟系统的运行环境。关键在于，验证环境本身应该能够反映系统级的行为，以便尽早捕获架构错误。 3.2 形式化验证与断言驱动开发（ADD） 在无法穷举所有输入空间的情况下，形式化验证提供了一种数学上证明设计属性正确性的手段。本章介绍如何利用时序逻辑（LTL, PSL）来编写系统属性断言，并在设计流程中嵌入这些断言（Assertion-Based Design）。我们将讨论断言如何帮助定位深层次的逻辑错误，并作为设计规范的活文档。 3.3 硬件调试与后仿真技术 即使经过充分的仿真，实际硬件部署后的调试依然是不可避免的。本节介绍逻辑分析仪的使用、片上调试接口（如JTAG）的配置与应用。此外，深入探讨后仿真的重要性——即在布局布线和寄生参数提取之后，利用精确的时序信息对设计进行最终验证，这是确保设计在物理实现后依然稳定的关键步骤。 本书旨在提供一个坚实的理论基础和丰富的工程案例，帮助读者构建起一套成熟的、能够驾驭复杂片上系统设计的知识体系，无论未来技术如何变化，核心的设计智慧和工程能力将持续适用。

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