Cryptographic Algorithms on Reconfigurable Hardware pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Rodriguez-henriquez, Francisco/ Saqib, N. A./ Diaz-Perez, A./ Koc, Cetin K.

出品人:

页数:394

译者:

出版时间:2006-11

价格:$ 168.37

装帧:

isbn号码:9780387338835

丛书系列:

图书标签:

• Cryptography
• Reconfigurable Computing
• FPGA
• Hardware Acceleration
• Algorithm Implementation
• Embedded Systems
• Security
• Digital Signal Processing
• Computer Architecture
• VLSI

好的，以下是一份关于一本名为《Field-Programmable Gate Array Based Digital Signal Processing》的图书的详细简介。这份简介着重于该领域的核心技术、应用和挑战，力求内容翔实且具有专业性。 --- 图书简介：《现场可编程门阵列（FPGA）基础的数字信号处理》 前言：跨越理论与实现的桥梁 数字信号处理（DSP）是现代信息技术领域的核心基石，广泛应用于通信、雷达、医疗成像以及高性能计算等各个方面。传统的DSP实现方式主要依赖于专用集成电路（ASIC）和通用微处理器。然而，随着对实时性、灵活性和功耗效率要求的日益提高，以现场可编程门阵列（FPGA）为代表的可重构硬件平台，正逐渐成为实现复杂DSP算法的理想载体。 本书《现场可编程门阵列（FPGA）基础的数字信号处理》系统性地探讨了如何利用FPGA的并行处理能力和可编程结构，高效地设计、实现和优化各类数字信号处理算法。它不仅仅是关于FPGA编程的技术手册，更是一部深入揭示硬件描述语言（HDL）与底层算法结构之间相互作用的专业著作。 第一部分：FPGA架构与数字逻辑基础回顾 本书的开篇部分，旨在为读者建立坚实的理论基础，特别是那些需要将DSP概念转化为实际硬件电路的工程师和研究人员。 第1章：FPGA核心架构剖析 本章详细解析了现代FPGA的内部组织结构。我们深入探讨了配置逻辑单元（CLB）、数字信号处理切片（DSP Slices）、高速收发器（Transceivers）以及块RAM（BRAM）的详细工作原理和配置模式。重点分析了查找表（LUT）如何实现组合逻辑，以及触发器（Flip-Flops）在同步电路设计中的作用。读者将理解为什么FPGA的并行性和流水线结构天生契合DSP的需求。 第2章：硬件描述语言（HDL）在DSP中的应用 虽然许多DSP工程师熟悉C/C++或MATLAB，但在FPGA实现中，硬件描述语言（如VHDL和Verilog）是不可或缺的。本章专注于结构化和行为级HDL的编写规范，特别是如何利用这些语言来精确描述时序逻辑和数据通路。我们强调了设计同步电路、处理复位和时钟域交叉（CDC）的关键技巧，这些是构建稳定、高效硬件系统的先决条件。 第3章：系统级设计流程与工具链 本章概览了从算法概念到最终比特流下载的完整设计流程。详细介绍了综合（Synthesis）、布局布线（Place & Route）以及时序分析（Timing Analysis）的关键步骤。我们着重讨论了静态时间分析（STA）在确保高频操作和满足系统延迟约束中的核心地位，并探讨了如何通过优化设计约束来指导工具链，以获得最佳的资源利用率和时序性能。 第二部分：核心DSP算法的FPGA实现 本书的核心价值在于展示如何将标准的DSP算法转化为高效的硬件加速器。 第4章：定点与浮点运算的硬件化挑战 在FPGA上实现数学运算需要仔细权衡精度与资源消耗。本章深入研究了定点数表示法，包括溢出、饱和以及量化误差的管理。随后，详细介绍了如何构建高性能的硬件乘法器和累加器（MAC单元），并对比了单周期、流水线化和模块化乘法器的性能差异。对于高精度应用，本章也探讨了IEEE 754浮点标准的简化实现（如定点-浮点混合系统）在FPGA上的可行性。 第5章：高性能滤波器的硬件加速 数字滤波器是DSP应用中的基石。本章侧重于FIR和IIR滤波器的并行化策略。针对FIR滤波器，我们详细阐述了并行输入、并行输出（PISO/SIPO）以及多速率滤波器的实现技术。对于IIR滤波器，重点分析了如何有效管理反馈路径的时延，并通过展开（Unrolling）和流水线化技术来提高吞吐量，同时解决反馈回路带来的时序收敛难题。 第6章：快速傅里叶变换（FFT）的硬件实现 FFT是频谱分析的关键。本章聚焦于定点和浮点FFT的蝶形运算单元（Butterfly Unit）设计。我们将对比Stockham、Cooley-Tukey等不同算法在硬件资源占用和延迟方面的表现。特别地，本章会深入讲解如何使用片上RAM（BRAM）实现高效的“原地”（In-Place）或“非原地”数据重排（Bit Reversal）逻辑，这是FFT硬件加速中的性能瓶颈所在。 第7章：自适应算法与控制结构 对于需要实时调整参数的系统（如信道均衡、噪声消除），自适应滤波器至关重要。本章探讨了最小均方（LMS）算法的硬件实现，关注于如何高效地处理梯度更新和系数的并行加载。此外，本章还涵盖了状态机（FSM）的设计，作为控制数据流、管理内存访问和调度运算单元的核心机制。 第三部分：高级主题与系统集成 本书的后半部分将视角从单个模块提升到整个系统级的设计，并探讨了现代FPGA平台特有的高级功能。 第8章：高速数据接口与DMA控制 在现代信号采集系统中，数据吞吐量往往超过处理单元的能力。本章详细介绍了高速串行接口（如PCIe、Ethernet MAC）的底层驱动和接口协议。重点讲解了直接内存存取（DMA）控制器在FPGA与主机CPU之间建立高效、零拷贝数据传输通道的设计方法，确保数据流的连续性和完整性。 第9章：流水线设计、时序收敛与性能优化 硬件加速的本质在于吞吐量。本章深入探讨了深流水线（Deep Pipelining）的概念及其在提高时钟频率上的作用。通过实际案例分析，指导读者如何识别和打破关键路径，利用寄存器直通（Register Balancing）技术优化时序。此外，本章还探讨了资源共享（Resource Sharing）与时间复用，以平衡资源消耗与系统延迟。 第10章：高层次综合（HLS）工具的应用与局限性 近年来，高层次综合（HLS）工具（如Vitis HLS, Catapult C）极大地加速了从C/C++到RTL的转换过程。本章对HLS工具的优势（快速迭代、抽象级别高）和固有限制进行了客观评估。我们提供了一套最佳实践，指导读者如何编写“硬件友好型”的C/C++代码，以确保HLS工具生成的结果能够达到手工RTL设计的性能标准。 结论：面向未来的可重构计算 本书最后总结了FPGA在异构计算平台中的定位，并展望了未来在实时控制、边缘AI加速等领域的发展趋势。 --- 目标读者： 本书面向电子工程、通信工程、计算机工程领域的高年级本科生、研究生，以及希望深入掌握DSP算法硬件实现的系统工程师和研发人员。读者应具备数字电路基础、熟悉至少一种高级编程语言，并对离散时间信号处理理论有基本了解。

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这本书的装帧设计非常引人注目，封面采用了深邃的蓝色调，配以抽象的电路板纹理，中央的白色字体清晰有力，散发着一种专业而神秘的气息。初次拿起时，能感受到纸张的厚实感和质感，印刷质量无可挑剔，文字和图表的清晰度极高，这对于阅读技术性内容来说至关重要。从这本书的标题就可以预感到内容的深度和广度，它显然不是一本入门级的读物，而是面向有一定基础的工程师或研究人员。我期待它能在理论与实践之间架起一座坚实的桥梁，不仅阐述那些晦涩的加密算法原理，还能深入剖析如何在特定硬件平台上实现它们，这对于理解现代信息安全系统的底层架构至关重要。书籍的目录结构看起来逻辑严谨，章节安排循序渐进，预示着作者在知识组织上有下足了功夫，希望它能提供清晰的学习路径，避免让读者在浩瀚的专业术语中迷失方向。整体而言，这本书从外到内都透露出一种高水准的专业水准，让人对即将开始的阅读之旅充满期待。

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深入阅读后，我发现这本书的叙事风格极其严谨和学术化，它几乎没有采用任何花哨的语言或轻松的比喻来解释复杂的概念，而是直接、精确地抛出数学模型和硬件描述语言（HDL）的代码片段。这种直接性对于追求效率和精确性的专业人士来说是莫大的福音，每一个公式的推导都似乎经过了精心的打磨，力求无懈可击。然而，对于那些刚刚接触这个交叉领域的新手来说，这种密集的理论轰炸可能会带来一定的挫败感。例如，在讨论椭圆曲线加密（ECC）的硬件加速实现时，作者对有限域运算的优化策略描述得极为详尽，涉及到了并行处理单元的设计和流水线技术的应用，每一个细节都值得反复揣摩。这本书的价值在于它毫不妥协地展现了底层实现的复杂性，它没有试图简化现实，而是教会读者如何驾驭这种复杂性。这使得它更像是一本高级参考手册，而不是一本轻松的科普读物。

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这本书的图表和插图质量堪称行业标杆。在描述硬件架构时，作者精心绘制了大量的系统级框图和模块级逻辑电路图。这些图示不仅仅是文字内容的简单重复，更是对抽象概念的视觉化升华。尤其是在解释如何将软件算法映射到FPGA（现场可编程门阵列）资源上时，那些用以展示资源利用率和时序约束的示意图，清晰地揭示了设计取舍的权衡点。我注意到，作者对于不同硬件平台（如ASIC与FPGA）的性能差异和功耗特性对比分析得非常到位，展示了一种深思熟虑的工程视角。这些高质量的视觉辅助材料极大地缩短了理解路径，使得原本可能需要花费数小时才能消化的概念，通过一张结构清晰的图表就能迅速把握其核心思想。这种对细节的关注，体现了作者对目标读者的尊重和对技术准确性的不懈追求。

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这本书在章节间的衔接上展现出一种独特的节奏感，它似乎故意拉开了理论介绍与实际案例分析之间的距离，迫使读者在学习完一个算法的理论框架后，必须独立思考如何将其转化为可执行的硬件描述。这种“留白”的处理方式，虽然可能让一些人感到不便，但我认为这恰恰是其高明之处。它鼓励了一种主动的学习和探索精神，而不是被动地接收信息。例如，在深入探讨安全协议的侧信道攻击防护机制时，作者先是全面梳理了理论上的各种防御手段，然后才在后续章节中，通过一个具体的、假想的硬件实现案例，来展示这些防御措施在资源受限环境下的实际部署效果和性能开销。这种先广度后深度的结构，使得读者在掌握宏观战略后，能有针对性地去攻克微观的技术难题，培养出真正的系统级设计能力。

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从整体的知识体系构建来看，这本书的视野非常开阔，它没有将自己局限于某一种特定的加密算法或某一种单一的硬件平台。它仿佛是在描绘整个“可重构硬件上的密码学”领域的全景地图。书中对标准算法（如AES、SHA）的讨论固然扎实，但更令人印象深刻的是对新兴或边缘技术的涉猎，比如后量子密码学算法在硬件实现上面临的巨大挑战和当前的研究前沿。作者似乎在不断地提醒读者，安全领域的竞争是动态的，硬件优化也必须与时俱进。这本书读完后，留给读者的不仅仅是具体的代码技巧，更是一种对未来技术发展趋势的预判能力。它成功地将一个高度专业化的技术领域，提升到了战略高度来审视，无疑是一部极具前瞻性和指导意义的专业著作，值得反复研读和收藏。

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