系統(tǒng)級FPGA設計與應用

內(nèi)容概要

　　《系統(tǒng)級fpga設計與應用》基于信息時代的特征和發(fā)展需求，分析并比較了各種可編程技術(shù)和可編程器件的特點，闡述了系統(tǒng)級fpga的優(yōu)越性，并介紹可編程邏輯器件的基礎知識、基本原理和軟硬件協(xié)同設計方法。本書并不從已有的商用fpga器件和軟件工具的角度介紹系統(tǒng)級fpga的結(jié)構(gòu)和應用技術(shù)，而是從可編程性這項核心技術(shù)出發(fā)，介紹了實現(xiàn)可編程性的底層硬件結(jié)構(gòu)、設計數(shù)字電路所需要的eda算法和軟硬件協(xié)同設計技術(shù)，然后以商用fpga器件和軟件工具作為示例說明。這樣可以把握商用器件結(jié)構(gòu)及其開發(fā)環(huán)境的技術(shù)途徑、發(fā)展趨勢以及與其他信息技術(shù)的融合與交互過程。
　　《系統(tǒng)級fpga設計與應用》共有7章。在第1章介紹數(shù)字信息技術(shù)平臺后，第2章開始介紹與軟件可編程性相對的各種硬件可編程技術(shù)和可編程硬件資源結(jié)構(gòu)。第3章從通用型cpu的編譯流程出發(fā)，介紹基于fpga的數(shù)字電路設計流程和邏輯綜合、工藝映射、布局布線、時序分析、基于jtag的在線分析技術(shù)等內(nèi)容。第4章和第5章分別介紹基于系統(tǒng)級fpga的嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件設計方法，主要討論常見的微處理器、片上總線和自定義外設電路的設計方法和嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)技術(shù)。第6章介紹基于fpga的可重構(gòu)系統(tǒng)及其設計方法。第7章通過一個嵌入式系統(tǒng)設計實例對前面各章所學到的知識進行應用。本書附錄部分還提供了一些上機材料。
　　《系統(tǒng)級fpga設計與應用》適合高等院?；蜓芯繖C構(gòu)電子信息和計算機技術(shù)專業(yè)高年級大學生或研究生閱讀，同樣可供通信、機電類研究生、大學教師、電子電路設計和測試工程師等參考。

作者簡介

　　王伶俐，英國愛丁堡Napier大學博士，曾在可編程芯片供應商Altera公司工作。2005年人才引進到復旦大學專用集成電路與系統(tǒng)國家重點實驗室工作。主要從事FPGA軟硬件系統(tǒng)的教學、研究和應用開發(fā)。所負責的項目資助來源于美國、加拿大、日本、瑞士的國際合作，以及核高基重大專項、國家自然科學基金、863計劃、教育部留學回國人員基金、上海市浦江人才計劃、上海市白玉蘭人才基金等。2007年作為“適用于數(shù)據(jù)通路應用的可編程邏輯器件及其軟件系統(tǒng)”主要完成人獲得教育部科技進步二等獎。　　周學功，復旦大學專用集成電路與系統(tǒng)國家重點實驗室助理研究員。2007年畢業(yè)于復旦大學計算機與信息技術(shù)系，獲理學博士學位。主要研究方向為FPGA軟件系統(tǒng)開發(fā)、可重構(gòu)嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、支持可重構(gòu)計算的操作系統(tǒng)等。　　王穎，2009年獲復旦大學博士學位，現(xiàn)為復旦大學專用集成電路與系統(tǒng)國家重點實驗室博士后研究人員。曾進行系統(tǒng)級設計方法學以及軟／硬件協(xié)同設計研究，參與多項國家重點項目及基金項目的研究工作。目前主要研究方向為可重構(gòu)計算系統(tǒng)設計技術(shù)、支持可重構(gòu)計算的操作系統(tǒng)擴展以及應用驅(qū)動的可重構(gòu)異構(gòu)多核處理器體系結(jié)構(gòu)研究。

書籍目錄

第1章數(shù)字信息技術(shù)平臺
　1.1數(shù)字信息時代的發(fā)展需求
　1.1.1信息時代的來臨及其特征
　1.1.2信息的度量與變換處理
　1.1.3半導體技術(shù)和數(shù)字集成電路的發(fā)展
　1.1.4集成電路的現(xiàn)場可編程性需求
　1.2存儲器和現(xiàn)場可編程性
　1.3基于通用微處理器的信息處理技術(shù)
　1.4dsp技術(shù)及其應用
　1.5專用數(shù)字集成電路設計
　1.6系統(tǒng)級fpga計算平臺的特點
　1.7本書結(jié)構(gòu)
　習題
　參考文獻
第2章系統(tǒng)級fpga硬件結(jié)構(gòu)
　2.1pld和fpga的整體結(jié)構(gòu)
　2.1.1傳統(tǒng)pld器件的單元結(jié)構(gòu)
　2.1.2數(shù)據(jù)通路與fpga
　2.2常用的硬件可編程技術(shù)
　2.2.1配置數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)的區(qū)別
　2.2.2基于存儲的配置技術(shù)
　2.3經(jīng)典fpga的硬件結(jié)構(gòu)
　2.3.1可編程邏輯單元
　2.3.2可編程互連結(jié)構(gòu)
　2.3.3可編程io單元
　2.4系統(tǒng)級fpga結(jié)構(gòu)特點
　2.4.1嵌入式存儲器
　2.4.2嵌入式微處理器軟硬核比較
　2.4.3嵌入式dsp模塊
　2.5可編程邏輯單元結(jié)構(gòu)比較
　習題
　參考文獻
第3章基于fpga的數(shù)字電路設計
　3.1高級描述語言編譯和芯片版圖生成流程
　3.1.1基于通用處理器的軟件編譯流程
　3.1.2基于eda工具的數(shù)字電路設計流程
　3.2基于fpga的數(shù)字電路設計流程
　3.3基于lut的fpga工藝映射
　3.3.1枚舉算法
　3.3.2邏輯單元塊打包
　3.3.3邏輯再綜合
　3.4時序驅(qū)動的布局布線和物理綜合時序優(yōu)化技術(shù)
　3.4.1時序驅(qū)動布局與布線
　3.4.2物理綜合技術(shù)
　3.5時序分析
　3.5.1動態(tài)時序仿真和靜態(tài)時序分析
　3.5.2時序圖
　3.5.3延時計算
　3.5.4關(guān)鍵路徑
　3.5.5建立時間和保持時間檢查與分析
　3.6基于jtag的在線分析技術(shù)
　3.6.1jtag基本結(jié)構(gòu)和原理
　3.6.2基于jtag軟掃描鏈的在線分析方法
　3.7asic和fpga設計規(guī)范比較
　習題
　參考文獻
第4章基于fpga的嵌入式系統(tǒng)硬件設計
　4.1嵌入式系統(tǒng)及其fpga實現(xiàn)
　4.1.1fpga在嵌入式系統(tǒng)中的應用
　4.1.2fpga在可編程片上系統(tǒng)設計中的應用
　4.2嵌入式微處理器
　4.2.1arm
　4.2.2powerpc
　4.2.3nios ⅱ
　4.2.4microblaze和picoblaze
　4.3片上總線
　4.3.1avalon總線
　4.3.2amba總線
　4.3.3coreconnect總線
　4.3.4wishbone總線
　4.3.5四種片上總線的比較
　4.4自定義外設電路的設計
　4.4.1自定義外設的結(jié)構(gòu)
　4.4.2基于xilinx fpga的外設接口設計實例
　4.4.3基于altera fpga的外設接口設計實例
　4.5基于altera fpga的嵌入式系統(tǒng)硬件設計
　4.5.1sopc builder簡介
　4.5.2sopc builder設計流程
　4.6基于xilinx fpga的嵌入式系統(tǒng)硬件設計
　4.6.1platform studio簡介
　4.6.2platform studio設計流程
　習題
　參考文獻
第5章基于fpga的嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)
　5.1嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)概述
　5.2嵌入式系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)
　5.3嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)工具
　5.4自定義外設驅(qū)動設計
　5.4.1設備驅(qū)動程序的層次結(jié)構(gòu)
　5.4.2基于altera fpga的外設驅(qū)動設計實例
　5.4.3基于xilinx fpga的外設驅(qū)動設計實例
　5.5altera與xilinx的軟件設計工具
　5.5.1altera nios ⅱ ide
　5.5.2xilinx platform studio和sdk
　習題
　參考文獻
第6章基于fpga的可重構(gòu)系統(tǒng)
　6.1可重構(gòu)計算概述
　6.2可重構(gòu)系統(tǒng)及其分類
　6.2.1系統(tǒng)耦合方式
　6.2.2可重構(gòu)單元粒度
　6.2.3系統(tǒng)重構(gòu)方式
　6.3模塊化的部分可重構(gòu)系統(tǒng)設計方法
　6.3.1設計方法
　6.3.2設計流程
　6.4可重構(gòu)系統(tǒng)設計實例
　6.5本章小結(jié)
　習題
　參考文獻
第7章系統(tǒng)級fpga綜合設計實例
　7.1de2開發(fā)板簡介
　7.2應用實例硬件設計
　7.2.1系統(tǒng)架構(gòu)設計
　7.2.2頂層模塊實現(xiàn)
　7.3自定義外設及其驅(qū)動程序設計
　7.3.1sram接口組件
　7.3.2七段數(shù)碼顯示組件
　7.3.3i2c接口組件
　7.3.4音頻輸入/輸出接口組件
　7.4軟件設計
參考文獻
附錄a七段數(shù)碼管顯示設計實驗
附錄b七段數(shù)碼管計數(shù)實驗
附錄c字符串滾動顯示實驗
附錄d英文縮寫對照表
　　

編輯推薦

　　《微電子與集成電路技術(shù)叢書：系統(tǒng)級FPGA設計與應用》側(cè)重于系統(tǒng)級FPGA的內(nèi)核硬件結(jié)構(gòu)，RTL級硬件編譯的基本算法，基于FPGA的嵌入式操作系統(tǒng)和可重構(gòu)系統(tǒng)設計基本的原理。具體內(nèi)容包括：　　第一，信息時代對并行計算的需求和系統(tǒng)級FPGA的并行陣列化硬件結(jié)構(gòu)。從CPU、GPU、DSP和其他多核并行芯片的發(fā)展趨勢理解FPGA內(nèi)核的硬件結(jié)構(gòu)，突出FPGA是細粒度的通用并行計算平臺?！　〉诙?，基于FPGA的數(shù)字電路設計原理。介紹利用RTL級硬件描述語言的邏輯綜合、工藝映射、布局布線和時序分析等基本算法?！　〉谌贔PGA的嵌入式系統(tǒng)硬件和軟件設計。介紹設備驅(qū)動的層次結(jié)構(gòu)和自定義外設的開發(fā)，充分理解軟硬件的底層接口技術(shù)。　　最后，介紹基于FPGA的嵌入式操作系統(tǒng)及其可重構(gòu)系統(tǒng)設計。理解嵌入式操作系統(tǒng)的基本特點和軟硬件任務模型及其管理方式，討論動態(tài)部分可重構(gòu)系統(tǒng)的設計技術(shù)?！　”緯戒浱峁┮恍W生上機用的實驗材料，有助于本科生和研究生的實踐開發(fā)和動手能力的培養(yǎng)。

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