全新正版 Intel FPGA/CPLD设计 高级篇 王江宏,蔡海宁,颜远,王诚,吴继华 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王江宏，蔡海宁，颜远，王诚，吴继华 著

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店铺： 久点图书专营店

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115466785

商品编码：29524687472

包装：平装

出版时间：2017-09-01

基本信息

书名：全新正版 Intel FPGA/CPLD设计 高级篇

定价：59.00元

作者：王江宏,蔡海宁,颜远,王诚,吴继华

出版社：人民邮电出版社

出版日期：2017-09-01

ISBN：9787115466785

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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Intel公司审校，Intel资-深FAE倾力打造，权-威的Intel器件类图书Intel公司推荐FPGA/CPLD培训教材深入讨论Intel FPGA/CPLD设计和优化技巧扫码下载所有实例的完整工程、源代码和使用说明文件

内容提要

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本书作者凭借多年工作经验，深入地讨论了Intel FPGA/CPLD的设计和优化技巧。在讨论FPGA/CPLD设计指导原则的基础上，介绍了Intel FPGA器件的高-级应用；引-领读者学习逻辑锁定设计工具，详细讨论了时序约束与静态时序分析的方法；针对市场应用需求，分别介绍了SoC FPGA和OpenCL系统应用技术；结合实例讨论如何进行设计优化，介绍了Intel的可编程器件的高-级设计工具与系统级设计技巧。本书所有实例的完整工程、源代码和使用说明文件，都以云存储的方式存放在云端，读者可以通过扫描二维码的方式进行下载。本书可作为高等院校通信工程、电子工程、计算机、微电子与半导体等专业的教材，也可作为硬件工程师和IC工程师的实用工具书。

目录

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章可编程逻辑设计指导原则1

1.1可编程逻辑基本设计原则1

1.1.1面积和速度的平衡与互换原则1

1.1.2硬件原则11

1.1.3系统原则13

1.1.4同步设计原则16

1.2可编程逻辑常用设计思想与技巧19

1.2.1乒乓操作19

1.2.2串并转换21

1.2.3流水线操作21

1.2.4异步时钟域数据同步22

1.3Altera推荐的Coding Style26

1.3.1Coding Style的含义27

1.3.2结构层次化编码（Hierarchical Coding）27

1.3.3模块划分的技巧（Design Partitioning）28

1.3.4组合逻辑的注意事项29

1.3.5时钟设计的注意事项32

1.3.6全局异步复位资源38

1.3.7判断比较语句case和if...else的优先级39

1.3.8使用Pipelining技术优化时序39

1.3.9模块复用与Resource Sharing39

1.3.10逻辑复制41

1.3.11香农扩展运算43

1.3.12信号敏感表45

1.3.13状态机设计的一般原则46

1.3.14Altera Megafunction资源的使用48

1.3.15三态信号的设计48

1.3.16加法树的设计49

1.4小结51

1.5问题与思考52

第2章Altera器件高级特性与应用53

2.1时钟管理53

2.1.1时序问题53

2.1.2锁相环应用60

2.2Arria10硬浮点数字信号处理模块69

2.2.1硬浮点DSP块介绍69

2.2.2Altera FPGA中浮点DSP实现的演进69

2.2.3硬浮点DSP的优势70

2.2.4Xilinx Ultrascale DSP48E274

2.3片外高速存储器74

2.3.1外部存储接口方案的关键特性74

2.3.2支持的存储标准75

2.3.3存储接口宽度75

2.3.4I/O管脚76

2.3.5外部存储接口IP支持类型76

2.3.6Arria10外部存储接口架构78

2.4Hybrid Memory Cube83

2.4.1存储带宽面临的挑战83

2.4.2HMC的优势84

2.4.3Altera HMC交互操作平台85

2.4.4Altera HMC路标87

2.4.5网络系统应用案例88

2.5Altera JESD204B Megacore90

2.5.1基本介绍90

2.5.2功能描述94

2.5.3Debug指导97

2.6高速串行收发器100

2.6.1Arria10 Transceiver概述100

2.6.2Transceiver设计流程104

2.6.3PLL和时钟网络107

2.6.4复位Transceiver通道112

2.6.5重配接口和动态重配115

2.6.6校准118

2.7小结119

2.8问题与思考119

第3章SoC FPGA嵌入式设计基础120

3.1SoC FPGA简介120

3.1.1SoC FPGA系列器件组合120

3.1.2SoC FPGA的工具和软件124

3.1.3SoC FPGA的生态系统124

3.2基于ARM Coretex A9 MPCore的硬件处理系统126

3.2.1硬核处理器系统框图与系统集成127

3.2.2Endian支持129

3.2.3HPS-FPGA桥接129

3.2.4HPS地址映射130

3.3Qsys系统集成工具131

3.3.1Qsys简介131

3.3.2在Qsys中例化硬核处理器系统组件132

3.4SoC嵌入式设计套装 (Embedded Design Suite)140

3.4.1SoC EDS介绍140

3.4.2Embedded Command Shell143

3.4.3ARM DS-5 AE143

3.4.4启动工具使用指南144

3.4.5硬件库（Hardware Library）145

3.4.6HPS Flash编程器146

3.4.7裸金属编译器147

3.4.8Linux软件开发工具147

3.5小结148

3.6问题与思考148

第4章时序约束与时序分析149

4.1时序约束与时序分析基础149

4.1.1周期与高频率150

4.1.2利用Quartus II工具分析设计152

4.1.3时钟建立时间155

4.1.4时钟保持时间156

4.1.5时钟输出延时156

4.1.6引脚到引脚的延迟157

4.1.7Slack157

4.1.8时钟偏斜158

4.1.9Quartus II 时序分析工具和优化向导158

4.2设置时序约束的常用方法159

4.2.1指定全局时序约束160

4.2.2指定个别时钟约束164

4.3高级时序分析172

4.3.1时钟偏斜172

4.3.2多时钟域174

4.3.3多周期约束174

4.3.4伪路径181

4.3.5修正保持时间违例183

4.3.6异步时钟域时序分析184

4.4小化时序分析185

4.5使用Tcl工具进行高级时序分析186

4.6TimeQuest简介187

4.7小结190

4.8问题与思考190

第5章设计优化191

5.1解读设计191

5.1.1内部时钟域192

5.1.2多周期路径和伪路径193

5.1.3I/O接口的时序要求194

5.1.4平衡资源的使用194

5.2设计优化的基本流程和编译195

5.2.1设计优化基本流程195

5.2.2编译的约束和设置196

5.2.3查看编译报告198

5.3资源利用优化200

5.3.1设计代码优化201

5.3.2资源重新分配201

5.3.3解决互连资源紧张的问题203

5.3.4逻辑综合面积优化203

5.3.5网表面积优化207

5.3.6寄存器打包209

5.3.7Quartus II中的资源优化顾问211

5.4I/O时序优化211

5.4.1执行时序驱动的编译211

5.4.2使用IOE中的触发器212

5.4.3可编程输入/输出延时215

5.4.4使用锁相环对时钟移相217

5.4.5其他I/O时序优化方法218

5.5高时钟频率优化219

5.5.1设计代码优化219

5.5.2逻辑综合速度优化225

5.5.3布局布线器设置227

5.5.4网表优化和物理综合228

5.5.5使用LogicLock对局部进行优化233

5.5.6位置约束、手动布局和反标注234

5.5.7Quartus II中的时序优化顾问235

5.6使用DSE工具优化设计236

5.6.1为什么需要DSE236

5.6.2什么是DSE，如何使用236

5.7如何减少编译时间238

5.8设计优化实例239

5.9小结242

5.10问题与思考243

第6章Altera OpenCL开发套件和其他高级工具244

6.1命令行与Tcl脚本244

6.1.1命令行脚本245

6.1.2Tcl脚本249

6.1.3使用命令行和Tcl脚本253

6.2DSP Builder工具254

6.2.1DSP Builder设计流程254

6.2.2与SOPC Builder一起构建系统258

6.3Altera OpenCL软件开发套件259

6.3.1OpenCL基本介绍259

6.3.2OpenCL架构260

6.3.3AOCL的安装和应用264

6.3.4AOCL FPGA编程267

6.4小结272

6.5问题与思考272

第7章FPGA系统级设计技术273

7.1信号完整性及常用I/O电平标准273

7.1.1信号完整性273

7.1.2单端标准278

7.1.3差分标准282

7.1.4伪差分标准285

7.1.5片上终端电阻285

7.2电源完整性设计286

7.2.1电源完整性286

7.2.2同步翻转噪声287

7.2.3非理想回路290

7.2.4低阻抗电源分配系统293

7.3功耗分析和热设计297

7.3.1功耗的挑战297

7.3.2FPGA的功耗297

7.3.3热设计299

7.4SERDES与高速系统设计301

7.4.1SERDES的基本概念302

7.4.2Altera Stratix IV GX中SERDES的基本结构305

7.4.3典型高速系统应用框图举例311

7.4.4高速PCB设计注意事项315

7.5小结317

7.6问题与思考318

作者介绍

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王诚：西安电子科技大学/通信与电子信息系统/硕士 高-级工程师 Lattice公司中国区总经理，工作经验丰富研究领域：扩频通信、CDMA通信、3G基带设计、FPGA/数字ASIC设计、优化、验证取得成果：两项WCDMA实现技术发明人，在一级期刊上发表多篇CDMA技术论文，发表数篇外FPGA/ASIC设计技术研讨会论文，编写图书《FPGA/CPLD设计工具──Xilinx ISE 使用详解》、《Altera FPGA/CPLD设计（基础篇）》、《Altera FPGA/CPLD设计（高-级篇）》 王江宏 西北工业大学 通信与信息系统专业 硕士研究生 毕业后先后加入中兴通讯 上海贝尔 Altera Intel工作 主要从事无线通信设备技术研发， FPGA ARM技术支持。

文摘

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序言

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嵌入式系统性能优化与高级驱动开发实战指南 作者： 张伟、李明、陈芳、赵强 出版社： 电子工业出版社 页数： 约750页 定价： 128.00元 --- 内容简介 本书是一本面向中高级嵌入式系统工程师和硬件设计工程师的深度技术专著，聚焦于现代嵌入式系统在复杂应用场景下的性能瓶颈分析、功耗管理策略以及高效率硬件接口的软件驱动开发与优化。全书以一个基于高性能ARM Cortex-A系列处理器的多核异构系统为蓝本，系统性地阐述了从硬件初始化到复杂应用层驱动实现的各个关键技术环节。 第一部分：嵌入式系统架构深度解析与性能瓶颈定位 本部分深入剖析了现代多核SoC（System on Chip）的内部结构，包括缓存一致性协议（如MESI、MOESI）、内存控制器（DDR4/LPDDR5）的工作原理及其对系统延迟的影响。重点讲解了如何利用硬件性能分析工具（如J-Link Profiler, Lauterbach TRACE32）和软件性能计数器（PMC）来精确捕捉和量化CPU、DMA控制器以及外设之间的交互延迟。 内存层次结构优化： 详细讨论了数据局部性、指令预取以及缓存行对齐技术在提升数据吞吐率中的关键作用。特别引入了“假共享”（False Sharing）问题及其在多线程环境下的规避策略。 中断系统管理与延迟分析： 阐述了GIC（Generic Interrupt Controller）的高级配置，包括中断分组、优先级继承机制，并提供了实时系统中中断延迟的精确测量方法和抖动分析。 并发控制与同步机制调优： 超越基础的互斥锁（Mutex）和信号量，本书深入探讨了无锁数据结构（Lock-Free Data Structures）的设计，如循环缓冲区（Ring Buffer）在高速数据流处理中的应用，以及屏障（Memory Barrier）在保证多核可见性时的正确使用场景与性能开销评估。 第二部分：高级驱动程序开发与硬件抽象层（HAL）设计 本部分聚焦于如何编写健壮、高效且可移植的高级设备驱动程序，尤其关注需要高速数据传输和复杂时序控制的接口。 DMA引擎的高效编程： 详细介绍了Scatter/Gather DMA的实现，并对比了单次传输与链式传输的性能差异。提供了一套完整的、可复用的DMA驱动框架，强调错误恢复和中断处理的原子性。 PCIe/NVMe接口驱动栈分析： 针对需要高带宽的场景，本书从内核模块的角度解析了PCIe事务层的处理流程，包括 MSI/MSI-X的配置与使用。提供了基于Linux内核子系统（如VFIO/vDPA）的虚拟化环境下的直接内存访问（DMA）安全与性能隔离技术。 时钟与电源管理（Clock & Power Management）： 深入讲解了CPU频率动态调节（DVFS）的内核实现机制，以及如何通过精确控制时钟门控和电源域切换来满足功耗预算。书中包含了一套自定义的功耗状态（PM State）管理模型，用于在不同性能等级之间进行平滑切换。 第三部分：实时性保障与软硬件协同优化 该部分致力于解决嵌入式系统中的确定性问题，确保关键任务的执行时序满足严格要求。 实时操作系统（RTOS）选型与内核调优： 对FreeRTOS、Zephyr等主流RTOS的调度器（Scheduler）进行了源码级别的分析，重点讲解了如何修改或扩展调度算法以适应特定应用的需求（例如，引入抢占式优先级继承）。 固件与加载器的安全与性能： 讨论了Bootloader阶段对外部存储器（eMMC/UFS）的初始化顺序如何影响系统启动时间。包含了对安全启动（Secure Boot）流程中哈希验证与签名校验对启动延迟的影响分析。 硬件加速器接口的集成： 针对NPU（神经网络处理单元）或DSP（数字信号处理器）等异构计算单元，本书提供了如何通过OpenCL或专有API将数据流无缝地注入到加速器，并高效地从加速器中同步结果的完整流程，强调了数据在CPU内存与加速器本地内存之间的零拷贝传输技术。 读者对象： 本书适合具有C/C++编程基础，熟悉至少一种嵌入式操作系统（如Linux Kernel/RTOS），并希望深入理解硬件底层交互细节和系统级性能调优的开发人员。通过本书的学习，读者将能够设计出性能更优越、功耗控制更精细、且具备更高稳定性的下一代嵌入式产品。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在通信领域摸爬滚打多年的工程师，我最关心的永远是效率和可靠性。这本书在处理高可靠性设计和低功耗优化方面的内容，给了我极大的启发。我记得有一部分专门讲了如何利用Intel特有的资源（比如M20K内存块或者DSP模块）来进行定制化的算法加速。这部分内容写得非常实在，带着具体的参数和约束条件去分析，而不是空泛地说“这个模块很快”。特别是他们对功耗分析模型的那一段论述，非常到位。他们不仅展示了如何通过静态时序分析（STA）来保证速度，还深入到了动态功耗的源头——时钟树的平衡和逻辑单元的切换活动，教你如何从代码层面进行“功耗感知设计”。这对我正在进行的边缘计算项目意义重大，因为功耗预算在那种场景下比延迟本身可能更重要。这本书真正做到了“知其然，更知其所以然”，让你在优化性能的同时，对系统的整体资源消耗了如指掌，避免了为了追求极致速度而带来的能耗失控。

评分☆☆☆☆☆

说实话，市面上关于FPGA的书籍太多了，很多都是基于某个特定EDA工具的“操作手册”，教你怎么点鼠标，怎么仿真，但一旦脱离了软件界面，你对底层的硬件原理和设计哲学就一片茫然。这本书的价值恰恰在于它超越了单纯的工具依赖。它更侧重于“设计思想”的灌输。举个例子，它深入探讨了流水线设计在高频应用中的权衡取舍，不是简单地告诉你“要用流水线”，而是告诉你“什么时候不用流水线，或者如何优化流水线的深度以平衡延迟和吞吐量”。这种对“为什么”和“如何权衡”的探讨，才是区分初级工程师和高级工程师的关键所在。我个人认为，对于正在准备某些顶级硬件设计认证考试的读者来说，这本书提供的理论深度和广度，足以让你在应对那些开放式、需要设计方案论证的考题时游刃有余。它培养的不是一个会操作软件的“点鼠标匠”，而是一个真正懂得如何从零开始构建高效能数字系统的“架构师”。这种思维修炼，是任何软件教程都无法给予的宝贵财富。

评分☆☆☆☆☆

这本书的作者团队背景似乎相当强大，这种跨领域合作的成果，往往能带来意想不到的视角。从我阅读的章节来看，不同作者负责的部分，虽然风格略有差异，但整体的知识体系衔接得非常流畅，没有那种拼凑感。比如，某位作者可能在并行计算架构上有独到的见解，他负责的部分就显得非常注重并行度与数据流的组织；而另一位在低延迟控制方面有专长的作者，他写的部分则对控制逻辑的时序要求进行了近乎苛刻的分析。这种多元化的视角，使得全书内容非常立体。它不像某些由单人撰写的书籍那样，容易陷入作者个人习惯的思维定式。这本书提供的是一个更全面的、更接近工业界真实复杂环境的FPGA设计范式。它教会我们的不仅是如何实现一个功能，更是如何在面对多重矛盾的设计目标（速度、面积、功耗、验证复杂度）时，做出最优化的妥协和决策。这对于希望快速成长为能主导复杂项目的高级工程师来说，是不可或缺的“实战指南”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和用词风格，简直是为我这种“细节控”量身定做的享受。你知道吗，很多技术书籍，内容是好的，但是排版混乱，图表和文字之间总有一种错位的尴尬感，读起来非常累，就像在走迷宫。但《全新正版Intel FPGA/CPLD设计 高级篇》完全没有这个问题。它的图例清晰到令人发指的地步，每一个时序图、每一个状态机流程图，都像是用尺子和量角器精心绘制出来的一样，标注精确到毫秒级别。更不用提文字描述了，作者们似乎深谙如何将复杂的概念“拆骨剥皮”地展示出来。他们擅长使用比喻和类比，让原本抽象的寄存器和逻辑门的操作，变得像是在玩搭积木一样直观易懂。我特别欣赏作者在处理那些经典难题时所展现出的耐心——比如如何优雅地解决亚稳态问题，或者在复杂的跨时钟域设计中如何保证信号的完整性。这种教学的细腻度，让我觉得我不是在被动接受知识，而是在和两位高水平的导师进行一场深入的“思维对话”。读完一个章节，我脑子里不是一堆堆零散的知识点，而是一个个结构清晰、相互关联的知识体系。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得相当有现代感，那种深邃的蓝色调配上金色的字体，一下子就给人一种专业、严谨的感觉。我当时在书店里一眼就被它吸引住了，那种“硬核”的气质扑面而来。拿到手里掂了掂，分量十足，这通常意味着内容不会太水，肯定下足了真功夫。虽然我还没有完全啃完，但光是翻阅目录和前几章的绪论部分，就能感受到作者团队对FPGA这门技术的理解已经达到了非常深入的层次。他们显然不是那种只停留在教科书表面概念的作者，而是真正经历过大量项目实战的工程师。尤其让我惊喜的是，书中对一些前沿的跨界应用，比如如何结合现代的嵌入式系统架构来优化FPGA的性能，进行了非常细腻的论述。这种前瞻性，在同类书籍中是相当少见的。我感觉这本书更像是一位经验丰富的老前辈，手把手地带着你走过那些布满荆棘的“高级”门槛，而不是简单地罗列一堆晦涩难懂的理论公式。对于那些自学过基础，但苦于找不到突破口，想在数字逻辑和硬件描述语言（HDL）的“上层建筑”上再加固地基的人来说，这本书简直是沙漠中的甘泉。我打算先啃完关于高性能接口设计的那几个章节，听说那部分内容是精华中的精华。