FPGA權(quán)威指南

內(nèi)容概要

　　本書是目前最實(shí)用的FPGA 類圖書的精華集粹，全書共12 章，內(nèi)容涵蓋FPGA 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識以及FPGA
設(shè)計(jì)全流程?！禙PGA權(quán)威指南》重點(diǎn)突出，實(shí)用性強(qiáng)，所列實(shí)例均經(jīng)過驗(yàn)證。
　　本書適合電子工程師閱讀，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)師生的參考指南。

作者簡介

作者：(英國)馬克斯菲爾德 (Clive “Max” Maxfield) 譯者：杜生海馬克斯菲爾德(Clive“Max” Maxfield)，國際半導(dǎo)體設(shè)計(jì)界知名專家，Tech Bites公司總裁，EE Times雜志Programmable Logic Designline欄目主編。他擁有英國謝菲爾德哈萊姆大學(xué)控制工程學(xué)學(xué)士學(xué)位，設(shè)計(jì)過從ASIC到PCB等多種產(chǎn)品，并鉆研了電子設(shè)計(jì)自動化( EDA)的大多數(shù)領(lǐng)域。Max喜歡技術(shù)寫作，擅長用通俗易懂的語言闡述復(fù)雜的技術(shù)概念，在世界各地的雜志和會刊上發(fā)表了許多技術(shù)文章和論文，此外，他還創(chuàng)作或與人合著了一些書籍，包括EDA: Where Electronics Begins和I The Design Warrior's Guide to FPGAs。

書籍目錄

目　錄
第1章　FPGA結(jié)構(gòu)比較　
1.1　一點(diǎn)提醒　
1.2　一些背景信息　
1.3　反熔絲、SRAM與其他　
1.3.1　基于SRAM的器件　
1.3.2　基于SRAM器件的安全問題和解決方案　
1.3.3　基于反熔絲的器件　
1.3.4　基于EPROM的器件　
1.3.5　基于E2PROM/FLASH的器件　
1.3.6　FLASH-SRAM混合器件　
1.3.7　小結(jié)　
1.4　細(xì)粒度、中等粒度和粗粒度體系結(jié)構(gòu)　
1.5　基于MUX與基于LUT的邏輯塊　
1.5.1　基于MUX的體系結(jié)構(gòu)　
1.5.2　基于LUT的體系結(jié)構(gòu)　
1.5.3　基于MUX還是基于LUT　
1.5.4　3、4、5或6輸入LUT　
1.5.5　LUT、分布式RAM與移位寄存器　
1.6　CLB、LAB與slice　
1.6.1　Xilinx邏輯單元　
1.6.2　Altera邏輯部件　
1.6.3　slicing和dicing　
1.6.4　CLB和LAB　
1.6.5　分布式RAM和移位寄存器　
1.7　快速進(jìn)位鏈　
1.8　嵌入式RAM　
1.9　嵌入式乘法器、加法器和MAC等　
1.10　嵌入式處理器核(硬核與軟核)　
1.10.1　微處理器硬核　
1.10.2　微處理器軟核　
1.11　時(shí)鐘樹和時(shí)間管理器　
1.11.1　時(shí)鐘樹　
1.11.2　時(shí)鐘管理器　
1.12　通用I/O　
1.12.1　可配置I/O標(biāo)準(zhǔn)　
1.12.2　可配置I/O阻抗　
1.12.3　核電壓與I/O電壓　
1.13　吉比特收發(fā)器　
1.14　IP硬核、IP軟核與IP固核　
1.15　系統(tǒng)門與實(shí)際門　
1.16　FPGA年齡　
第2章　設(shè)計(jì)技巧、原則與指導(dǎo)　
2.1　硬件描述語言　
2.2　自頂向下設(shè)計(jì)　
2.2.1　使用HDL　
2.2.2　書面設(shè)計(jì)規(guī)范　
2.2.3　分配資源　
2.2.4　設(shè)計(jì)劃分　
2.2.5　設(shè)計(jì)靈活性與優(yōu)化　
2.2.6　可重用性　
2.2.7　布局規(guī)劃　
2.2.8　驗(yàn)證　
2.2.9　了解體系結(jié)構(gòu)　
2.3　同步設(shè)計(jì)　
2.3.1　同步設(shè)計(jì)五原則　
2.3.2　競爭條件　
2.3.3　延遲相關(guān)邏輯　
2.3.4　保持時(shí)間違例　
2.3.5　毛刺　
2.3.6　門控時(shí)鐘　
2.3.7　異步信號與亞穩(wěn)態(tài)　
2.3.8　允許使用異步邏輯的情況　
2.4　浮動節(jié)點(diǎn)　
2.5　總線競爭　
2.6　獨(dú)熱狀態(tài)編碼　
2.7　可測性設(shè)計(jì)　
2.8　測試冗余邏輯　
2.8.1　什么是冗余邏輯　
2.8.2　怎樣測試冗余邏輯　
2.9　初始化狀態(tài)機(jī)　
2.10　可觀測節(jié)點(diǎn)　
2.11　掃描技術(shù)　
2.12　內(nèi)建自測試　
2.13　特征分析　
2.14　小結(jié)　
第3章　VHDL基礎(chǔ)　
3.1　引言　
3.2　實(shí)體：模型接口　
3.2.1　實(shí)體定義　
3.2.2　端口　
3.2.3　通用屬性語句　
3.2.4　常數(shù)　
3.2.5　實(shí)體舉例　
3.3　構(gòu)造體：模型行為　
3.3.1　構(gòu)造體的基本定義　
3.3.2　構(gòu)造體聲明　
3.3.3　構(gòu)造體語句　
3.4　進(jìn)程：VHDL中的基本功能單元　
3.5　基本變量類型和操作符　
3.5.1　常數(shù)　
3.5.2　信號　
3.5.3　變量　
3.5.4　布爾操作符　
3.5.5　算術(shù)操作符　
3.5.6　比較操作符　
3.5.7　移位函數(shù)　
3.5.8　拼接　
3.6　判斷與循環(huán)　
3.6.1　if-then-else語句　
3.6.2　case語句　
3.6.3　for語句　
3.6.4　while循環(huán)　
3.6.5　exit語句　
3.6.6　next語句　
3.7　層次化設(shè)計(jì)　
3.7.1　函數(shù)　
3.7.2　包　
3.7.3　元件　
3.7.4　過程　
3.8　調(diào)試模型　
3.9　基本數(shù)據(jù)類型　
3.9.1　基本類型　
3.9.2　數(shù)據(jù)類型: bit　
3.9.3　數(shù)據(jù)類型: Boolean　
3.9.4　數(shù)據(jù)類型: 整數(shù)　
3.9.5　數(shù)據(jù)類型: 字符型　
3.9.6　數(shù)據(jù)類型: 實(shí)數(shù)　
3.9.7　數(shù)據(jù)類型: 時(shí)間　
3.10　小結(jié)　
第4章　存儲器建?！?br />4.1　存儲器陣列　
4.1.1　Shelor方法　
4.1.2　VITAL_Memory包　
4.2　存儲器功能建模　
4.2.1　使用行為模型方法　
4.2.2　使用VITAL2000方法　
4.3　VITAL_Memory路徑延遲　
4.4　VITAL_Memory時(shí)序約束　
4.5　預(yù)加載存儲器　
4.5.1　行為存儲器預(yù)加載　
4.5.2　VITAL_Memory預(yù)加載　
4.6　其他類型存儲器的建?！?br />4.6.1　同步靜態(tài)RAM　
4.6.2　DRAM　
4.6.3　SDRAM　
4.7　小結(jié)　
第5章　同步狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)與分析　
5.1　引言　
5.2　時(shí)序狀態(tài)機(jī)模型　
5.3　全記錄狀態(tài)圖　
5.4　基本記憶單元　
5.4.1　置位優(yōu)先基本單元　
5.4.2　復(fù)位優(yōu)先基本單元　
5.4.3　激勵(lì)表組合形式　
5.4.4　基本單元的混合輸出　
5.4.5　基本單元的混合輸出響應(yīng)　
5.5　觸發(fā)器簡介　
5.5.1　觸發(fā)機(jī)制　
5.5.2　觸發(fā)器類型　
5.5.3　觸發(fā)器設(shè)計(jì)的層次化流程圖和模型　
5.6　FSM(觸發(fā)器)設(shè)計(jì)步驟及映射算法　
5.7　D觸發(fā)器：通用型　
5.7.1　D鎖存器　
5.7.2　上升沿觸發(fā)D觸發(fā)器　
5.7.3　主從式D觸發(fā)器　
5.8　觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換：T、JK觸發(fā)器以及其他觸發(fā)器　
5.8.1　T觸發(fā)器及其從D觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換方法　
5.8.2　JK觸發(fā)器及其從D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換的方法　
5.8.3　用JK觸發(fā)器設(shè)計(jì)T觸發(fā)器和D觸發(fā)器　
5.8.4　激勵(lì)表回顧　
5.8.5　專用觸發(fā)器和鎖存器的設(shè)計(jì)　
5.9　鎖存器和觸發(fā)器中的嚴(yán)重時(shí)序問題：警告　
5.10　異步預(yù)置位和復(fù)位　
5.11　觸發(fā)器的建立時(shí)間和保持時(shí)間要求　
5.12　使用邊緣觸發(fā)器設(shè)計(jì)簡單的同步狀態(tài)機(jī)：映射轉(zhuǎn)換　
5.12.1　三比特二進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)：D到T的卡諾圖轉(zhuǎn)換　
5.12.2　序列檢測器的設(shè)計(jì)：D到JK卡諾圖的轉(zhuǎn)換　
5.13　簡單狀態(tài)機(jī)分析　
5.14　簡單狀態(tài)機(jī)的VHDL描述　
5.14.1　上升沿D觸發(fā)器的VHDL行為級描述　
5.14.2　簡單狀態(tài)機(jī)的VHDL行為級描述　
參考文獻(xiàn)　
第6章　嵌入式處理器　
6.1　引言　
6.2　簡單的嵌入式處理器　
6.2.1　嵌入式處理器體系結(jié)構(gòu)　
6.2.2　基本指令　
6.2.3　取指執(zhí)行周期　
6.2.4　嵌入式處理器的寄存器分配　
6.2.5　基本指令集　
6.2.6　結(jié)構(gòu)級還是行為級　
6.2.7　機(jī)器碼指令集　
6.2.8　微處理器的結(jié)構(gòu)單元　
6.2.9　處理器函數(shù)包　
6.2.10　程序計(jì)數(shù)器　
6.2.11　指令寄存器　
6.2.12　算術(shù)邏輯單元　
6.2.13　存儲器　
6.2.14　微控制器　
6.2.15　簡單微處理器總結(jié)　
6.3　FPGA中的軟核處理器　
6.4　小結(jié)　
第7章　數(shù)字信號處理　
7.1　概述　
7.2　基本DSP系統(tǒng)　
7.3　基本DSP術(shù)語　
7.4　DSP體系結(jié)構(gòu)　
7.5　DSP元件中的并行執(zhí)行　
7.6　FPGA中的并行執(zhí)行　
7.7　何時(shí)使用FPGA實(shí)現(xiàn)DSP功能　
7.8　FPGA的DSP設(shè)計(jì)考慮　
7.8.1　時(shí)鐘與信號的布線　
7.8.2　流水線　
7.8.3　算法實(shí)現(xiàn)的選擇　
7.8.4　DSP知識產(chǎn)權(quán)　
7.9　FIR濾波器概念舉例　
7.10　小結(jié)　
第8章　嵌入式音頻處理基礎(chǔ)　
8.1　引言　
8.1.1　聲音是什么　
8.1.2　音頻信號　
8.1.3　語音處理　
8.2　音頻信源與音頻信宿　
8.2.1　在模擬與數(shù)字音頻信號之間轉(zhuǎn)換　
8.2.2　音頻轉(zhuǎn)換器背景知識　
8.2.3　連接到音頻轉(zhuǎn)換器　
8.3　互連　
8.3.1　連接器　
8.3.2　數(shù)字連接　
8.4　動態(tài)范圍與精度　
8.5　音頻處理方法　
8.5.1　如何將數(shù)據(jù)輸入到處理器內(nèi)核　
8.5.2　塊處理與采樣處理　
8.5.3　雙緩存　
8.5.4　二維DMA　
8.5.5　基本操作　
8.5.6　信號生成　
8.5.7　濾波與算法　
8.5.8　采樣率變換　
8.5.9　音頻壓縮　
8.5.10　語音壓縮　
參考文獻(xiàn)　
第9章　嵌入式視頻與圖像處理基礎(chǔ)　
9.1　引言　
9.1.1　人類視覺感知　
9.1.2　什么是視頻信號　
9.2　廣播電視系統(tǒng)——NTSC和PAL制式　
9.2.1　視頻分辨率　
9.2.2　隔行掃描和逐行掃描　
9.3　顏色空間　
9.3.1　伽馬校正　
9.3.2　色度下采樣　
9.4　數(shù)字視頻　
9.4.1　ITU-R BT.601(前稱為CCIR-601)　
9.4.2　ITU-R BT.656(前稱為CCIR-656)　
9.5　從系統(tǒng)角度看視頻　
9.5.1　視頻源　
9.5.2　視頻顯示　
9.6　嵌入式視頻處理考慮　
9.6.1　視頻端口特性　
9.6.2　視頻ALU　
9.6.3　DMA考慮　
9.6.4　視頻算法分類　
9.6.5　帶寬計(jì)算　
9.6.6　去隔行處理　
9.6.7　掃描速率轉(zhuǎn)換　
9.6.8　像素處理　
9.6.9　處理圖像邊界　
9.6.10　色度重采樣、伽馬校正和顏色轉(zhuǎn)換　
9.6.11　縮放與剪切　
9.6.12　顯示處理　
9.7　壓縮和解壓縮　
9.7.1　無損和有損壓縮　
9.7.2　圖像壓縮　
9.7.3　視頻壓縮　
9.7.4　EMP中的編碼與解碼　
參考文獻(xiàn)　
第10章　利用Simulink中的框圖設(shè)計(jì)流式FPGA應(yīng)用　
10.1　使用基于流的操作符設(shè)計(jì)高性能數(shù)據(jù)路徑　
10.2　圖像處理設(shè)計(jì)引擎　
10.2.1　將RGB視頻轉(zhuǎn)換為灰度視頻　
10.2.2　二維視頻濾波　
10.2.3　將視頻濾波器映射到BEE2FPGA開發(fā)平臺　
10.3　在Simulink中加入控制　
10.3.1　使用Simulink塊設(shè)計(jì)控制器　
10.3.2　使用Matlab M語言設(shè)計(jì)控制器　
10.3.3　使用VHDL或Verilog設(shè)計(jì)控制器　
10.3.4　使用嵌入式微處理器設(shè)計(jì)控制器　
10.4　組件重用：簡單與復(fù)雜子系統(tǒng)庫　
10.4.1　信號處理元件　
10.4.2　瓦片式子系統(tǒng)　
10.5　小結(jié)　
致謝　
參考文獻(xiàn)　
第11章　梯形圖與功能框圖編程　
11.1　梯形圖　
11.2　邏輯功能　
11.2.1　與　
11.2.2　或　
11.2.3　非　
11.2.4　與非　
11.2.5　或非　
11.2.6　異或　
11.3　鎖存器　
11.4　多路輸出　
11.5　輸入程序　
11.6　功能框圖　
11.6.1　邏輯門　
11.6.2　布爾代數(shù)　
11.7　編程舉例　
第12章　定時(shí)器　
12.1　定時(shí)器類型　
12.2　對定時(shí)器編程　
12.2.1　序列　
12.2.2　級聯(lián)定時(shí)器　
12.2.3　循環(huán)開關(guān)定時(shí)器　
12.3　延遲關(guān)定時(shí)器　
12.4　脈沖定時(shí)器　
12.5　編程實(shí)例　
索引

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：載入加密比特流的命令／過程會自動禁用FPGA的回讀能力。這就意味著，在開發(fā)期間你一般使用未加密配置數(shù)據(jù)（此時(shí)需要回讀），當(dāng)你開始制造產(chǎn)品時(shí)才用加密數(shù)據(jù)（你可以在任何時(shí)候載入未加密的比特流，所以能夠很容易地載入測試配置，然后重新載入加密版本）。這個(gè)方案的主要缺點(diǎn)是，在電路板上你需要一組備用電池，當(dāng)系統(tǒng)斷電時(shí)它們保持FPGA中的密鑰寄存器的內(nèi)容。這個(gè)電池的生命周期很長，可以達(dá)到數(shù)年甚至數(shù)十年，因?yàn)樗鼉H僅需要為器件里一個(gè)簡單的寄存器供電，但是它確實(shí)增加了電路板的尺寸、重量、復(fù)雜性和成本。1.3.3 基于反熔絲的器件不同于在系統(tǒng)中被編程的基于SRAM的器件，基于反熔絲的器件需要使用專門的編程器進(jìn)行離線編程?；诜慈劢z器件的支持者為其多種多樣（確實(shí)有一定價(jià)值）的優(yōu)點(diǎn)自豪。首先，這些器件是非易失性的（它們的配置數(shù)據(jù)在系統(tǒng)斷電時(shí)仍能保持），這意味著它們在系統(tǒng)上電時(shí)可以立刻使用。由于它們的非易失性，這些器件不需要外部的存儲芯片來存放配置數(shù)據(jù)，這樣就節(jié)約了額外部件的成本，也節(jié)省了電路板的面積。

編輯推薦

《FPGA權(quán)威指南》囊括了硬件工程師必知必會的FPGA設(shè)計(jì)與開發(fā)的知識與方法。編著者從Newnes出版社的優(yōu)秀FPGA類圖書中精選出FPGA設(shè)計(jì)最佳內(nèi)容，集結(jié)成《FPGA權(quán)威指南》。這些內(nèi)容的選擇標(biāo)準(zhǔn)是能禁受住時(shí)間的考驗(yàn)，以及與當(dāng)代FPGA設(shè)計(jì)問題的關(guān)聯(lián)程度高?！禙PGA權(quán)威指南》涵蓋了從設(shè)計(jì)基礎(chǔ)到最優(yōu)化的開發(fā)技術(shù)等FPGA相關(guān)主題。除了具體講解設(shè)計(jì)技術(shù)和實(shí)踐外，還討論了各種解決FPGA設(shè)計(jì)問題的方法，以及如何用理論指導(dǎo)設(shè)計(jì)實(shí)踐。《FPGA權(quán)威指南》主要內(nèi)容包括：VHDL設(shè)計(jì)：存儲器建模：集成處理器：實(shí)施DSP功能；嵌入式媒體處理。《FPGA權(quán)威指南》內(nèi)容全面、重點(diǎn)突出、實(shí)用性強(qiáng)，既可供電子電氣類本科生和研究生參考，又可作為電子電氣工程師和研究人員的工作手冊。

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