FPGA设计 9787030376039 科学出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张义和 著

图书标签:

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• 可编程逻辑
• 硬件设计
• 电子工程
• 集成电路
• 科学出版社
• 嵌入式系统

店铺： 花晨月夕图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030376039

商品编码：29874355017

包装：平装

出版时间：2013-07-01

基本信息

书名：FPGA设计

定价：52.00元

作者：张义和

出版社：科学出版社

出版日期：2013-07-01

ISBN：9787030376039

字数：360000

页码：285

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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内容提要

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Altium Designer所提供的电路原理图绘图功能（简称电路绘图），一直都是群雄，它提供各种电路图结构的设计，包括单张式电路图、平坦式电路图、阶层式电路图，以及高效能的重复阶层式电路图，等等。
《FPGA设计》的主要目的是探讨FPGA设计，包括以VHDL为主的数字逻辑基础能力训练与应用技巧，并搭配NanoBoard 3000进行系统设计。
《FPGA设计》内容丰富、结构合理、图文并茂、语言清晰。适合各大中型院校电工、电子、自动化及相关专业师生参考阅读，同时适合作为电路设计工程师的参考用书。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《嵌入式系统开发实战：从硬件到软件的全景解析》 内容简介： 本书是一部深入浅出、系统全面的嵌入式系统开发指南，旨在为读者提供从硬件原理到软件实现的完整知识体系。它不仅仅是一本教科书，更是一本实践操作手册，通过大量实际案例和代码示例，引导读者掌握嵌入式系统的设计、开发、调试及优化的关键技术。全书内容紧密结合当前嵌入式领域的热点技术和发展趋势，力求为读者构建一个坚实的基础，并培养解决实际工程问题的能力。 第一部分：嵌入式系统基础理论与硬件架构 本部分将系统地介绍嵌入式系统的基本概念、发展历程以及其在现代科技中的重要地位。我们将深入探讨嵌入式系统的核心组成部分，包括微处理器/微控制器（MCU）、存储器（RAM、ROM、Flash）、输入/输出（I/O）接口、时钟电路、电源管理等。 微处理器与微控制器（MCU）的深度解析： 详细讲解不同架构（如ARM、RISC-V）的指令集、流水线技术、中断机制、DMA（直接内存访问）等核心工作原理。针对常见的MCU系列，如STM32、ESP32等，会深入剖析其片上外设（如GPIO、ADC、DAC、PWM、定时器、UART、SPI、I2C、CAN等）的功能、配置方法及其在实际应用中的原理。我们会通过图文并茂的方式，展示MCU的内部结构和工作流程，帮助读者建立直观的理解。 存储器系统： 详述RAM（SRAM、DRAM）和ROM（NOR Flash、NAND Flash）的工作原理、读写时序、接口协议。重点讲解Flash存储器的擦写特性、磨损均衡、坏块管理等关键概念，并介绍其在固件存储、数据记录等场景下的应用。 接口与通信协议： 深入讲解各种常用嵌入式接口和通信协议的工作原理、电气特性、时序图以及软件配置方法。包括： 串行通信： UART（异步串行通信）、SPI（串行外设接口）、I2C（集成电路总线）的原理、 master/slave 模式、数据传输机制、错误检测与纠错。 总线系统： CAN（控制器局域网）总线的帧格式、仲裁机制、错误处理，以及在汽车电子、工业自动化等领域的应用。 并行接口： GPIO（通用输入输出）的配置、电平控制、中断触发方式。 模拟接口： ADC（模数转换器）的采样原理、分辨率、转换速率、量化误差，以及DAC（数模转换器）的输出原理、分辨率。 其他接口： USB（通用串行总线）、Ethernet（以太网）在嵌入式系统中的应用及其协议栈概述。 时钟与电源管理： 讲解晶振、PLL（锁相环）等时钟源的原理，以及时钟在系统运行中的作用。深入探讨低功耗设计技术，包括不同电源模式（如Sleep、Stop、Standby）、动态电压与频率调整（DVFS）、唤醒源配置等。 第二部分：嵌入式软件开发与工具链 本部分将聚焦嵌入式系统的软件开发流程、核心技术以及配套的开发工具。我们将从裸机开发开始，逐步过渡到RTOS（实时操作系统）的使用，并介绍嵌入式Linux等更复杂的开发环境。 嵌入式C语言编程： 重点强调嵌入式C语言的特性，包括指针操作、位操作、内存管理、中断服务函数（ISR）编写、寄存器访问等。通过大量示例代码，演示如何直接操作硬件寄存器实现各种功能，例如LED闪烁、按键扫描、串口通信等。 开发工具链： 详细介绍嵌入式开发中常用的交叉编译工具链（如GCC、Clang）、调试器（如GDB、J-Link、ST-Link）、仿真器、逻辑分析仪、示波器等硬件调试工具的使用方法。讲解编译、链接、加载等过程，以及如何生成可执行文件。 嵌入式开发环境搭建： 指导读者如何搭建和配置常用的集成开发环境（IDE），例如Keil MDK、IAR Embedded Workbench、STM32CubeIDE、VS Code配合PlatformIO等。演示如何创建工程、添加源文件、配置编译器选项、设置调试器。 裸机开发： 深入讲解裸机开发的概念，即不依赖任何操作系统，直接在硬件上编写代码。通过实际项目，例如一个简单的温度采集与显示系统，演示如何从零开始设计和实现一个完整的嵌入式应用。 实时操作系统（RTOS） RTOS核心概念： 详细介绍RTOS的基本概念，包括任务（Task）、任务调度（调度算法：优先级调度、时间片轮转等）、任务间通信（消息队列、信号量、互斥锁、事件标志组）、中断处理、内存管理、定时器等。 FreeRTOS/RT-Thread实战： 以FreeRTOS或RT-Thread为例，深入讲解其API接口、任务创建与管理、同步与互斥机制、队列通信、内存分配等。通过实例演示如何将复杂的嵌入式应用分解为多个可管理的任务，并实现高效的任务协作。例如，一个多传感器数据采集与网络传输系统，将如何利用RTOS进行任务划分和资源管理。 嵌入式Linux开发入门： 介绍嵌入式Linux系统的基本架构，包括Linux内核、根文件系统、引导加载程序（Bootloader，如U-Boot）。讲解交叉编译环境的搭建、用户空间应用程序的开发，以及设备驱动程序（Device Driver）的基本概念。通过一个简单的用户空间应用，展示如何在嵌入式Linux平台上实现特定功能。 第三部分：嵌入式系统设计与应用实践 本部分将结合实际项目，带领读者一步步完成具有挑战性的嵌入式系统开发任务，涵盖了从需求分析到最终实现的完整流程。 传感器接口与数据采集： 详细讲解各种类型传感器的接口原理（模拟、数字、I2C、SPI），如温度传感器、湿度传感器、光敏传感器、加速度传感器、陀螺仪等。演示如何读取传感器数据，并进行数据预处理（滤波、校准）。 人机交互（HMI）： 显示屏驱动： 讲解LCD（液晶显示屏）、OLED（有机发光二极管）显示屏的驱动原理，包括SPI/I2C接口的通信时序，以及如何在屏幕上绘制文本、图形、图标。 按键与触摸屏： 讲解按键的消抖处理、矩阵键盘扫描，以及电阻式和电容式触摸屏的原理和驱动方法。 通信模块集成： 无线通信： 详细介绍Wi-Fi、Bluetooth（蓝牙）、LoRa等无线通信模块的原理、AT指令的使用、数据传输协议（如TCP/IP、MQTT）的应用。通过实例，实现设备连接到互联网或构建点对点通信。 有线通信： 再次深入CAN总线、Ethernet等有线通信的应用，并结合实际项目进行演示，例如构建一个简单的CAN总线节点或实现以太网数据通信。 电源管理与低功耗设计： 重点讲解在实际项目中如何实现有效的电源管理和低功耗设计，包括对不同工作模式的合理选择、时钟门控、外设的动态开关等。通过一个电池供电设备的案例，展示如何优化功耗。 项目案例实战： 智能家居设备开发： 以一个智能插座或温湿度监测器的开发为例，贯穿整个开发流程，包括硬件选型、原理图设计、PCB布线（概念介绍）、嵌入式软件开发（裸机或RTOS）、通信功能实现。 工业物联网（IIoT）节点设计： 讲解如何设计一个能够采集工业现场数据，并通过MQTT协议上传到云平台的IIoT节点，重点突出数据的实时性、可靠性和安全性。 嵌入式GUI应用开发： 结合RTOS或嵌入式Linux，开发一个具有图形用户界面的应用，例如一个简易的仪器仪表或数据可视化界面。 第四部分：嵌入式系统调试、优化与进阶 本部分将介绍嵌入式系统开发中至关重要的调试技巧、性能优化方法以及未来发展方向。 高效调试技术： 硬件调试： 深入讲解如何使用示波器、逻辑分析仪、GPIO状态指示等硬件工具来分析信号、定位硬件问题。 软件调试： 熟练运用JTAG/SWD调试器进行断点设置、单步执行、变量监视、内存查看、寄存器读写等。详细讲解printf重定向、SWO（Serial Wire Output）等调试输出技术。 故障排除策略： 建立系统性的故障排除思路，从硬件到软件，层层深入。 性能优化： 代码优化： 讲解编译器的优化选项，以及如何通过算法优化、数据结构选择、减少内存访问、合理使用中断等手段提升代码效率。 内存优化： 如何减小代码段（text）、数据段（data）、BSS段的大小，以及如何在资源受限的嵌入式系统中进行有效的内存管理。 功耗优化： 结合前面讲到的低功耗技术，在实际项目中进行更精细化的功耗分析和优化。 可靠性与安全性： 讲解嵌入式系统的可靠性设计原则，例如异常处理、看门狗（Watchdog Timer）的应用、错误码机制。简要介绍嵌入式系统的安全性考虑，如数据加密、安全启动等。 进阶主题展望： 嵌入式Linux深入： 设备树（Device Tree）、内核模块、用户态/内核态通信。 嵌入式人工智能（Edge AI）： 简要介绍在嵌入式设备上运行AI模型的概念，如TensorFlow Lite for Microcontrollers。 物联网（IoT）平台集成： 如何将嵌入式设备与主流的IoT云平台（如AWS IoT, Azure IoT Hub, Google Cloud IoT）进行集成。 本书将通过清晰的结构、丰富的图示、贴近实际的代码示例，以及循序渐进的讲解方式，帮助读者掌握嵌入式系统开发的各个环节。无论您是初学者还是有一定经验的开发者，都能从中获益，并能够独立完成具有实际意义的嵌入式项目。本书强调理论与实践的结合，旨在培养出真正具备解决实际工程问题能力的嵌入式开发者。

评分☆☆☆☆☆

这本书，一本关于FPGA设计的巨著，当我第一次翻开它的时候，就被其严谨的学术风格和深厚的专业底蕴所折服。封面设计简洁大气，9787030376039这个ISBN号，如同一个密码，解锁了我通往FPGA世界的大门。科学出版社的名字，本身就代表着一种质量的保证，也让我对接下来的阅读内容充满了期待。 首先吸引我的是第一章节，它以一种非常系统化的方式介绍了FPGA的基本概念和发展历程。作者并没有急于深入技术细节，而是先为读者勾勒出一幅宏大的图景，让我们了解FPGA的起源、演进以及在现代电子设计中的地位。这种“由表及里”的讲解方式，对于初学者来说无疑是至关重要的，它能够帮助我们建立起一个初步的认知框架，避免在后续的学习中感到迷失。书中对于FPGA架构的介绍，无论是早期的CPLD还是后来的SOPC，都做了详尽的描述，让我对不同类型FPGA的优劣有了更清晰的认识。而且，书中穿插的许多历史案例和行业发展趋势的分析，更是让枯燥的技术理论变得生动有趣，我能感受到作者在文字中倾注的热情和对行业的深刻洞察。

评分☆☆☆☆☆

本书对于FPGA在嵌入式系统中的应用，提供了丰富的视角。我一直对如何将FPGA与微处理器、DSP等其他器件协同工作感到好奇，而这本书恰恰满足了我的求知欲。书中详细讲解了如何设计和实现SOC（System-on-Chip）系统，包括软核和硬核处理器的集成，以及各种外设接口的设计。我特别关注了书中关于Axi总线协议的介绍，作者用清晰的图示和代码示例，详细阐述了Axi总线的各个层级和握手机制，这对于理解不同IP核之间的通信至关重要。书中还列举了许多实际的嵌入式应用案例，例如网络通信、工业控制、汽车电子等，让我看到了FPGA在这些领域的广阔前景。

评分☆☆☆☆☆

本书的逻辑设计部分，简直就是一本“实战宝典”。作者并没有停留在理论层面，而是通过大量的实际案例，将各种逻辑设计方法论一一呈现。从最基础的组合逻辑和时序逻辑，到复杂的状态机设计，再到更高级的并行处理和流水线技术，每一个章节都充满了干货。我尤其喜欢书中关于Verilog和VHDL语言使用的讲解，作者不仅提供了规范的语法介绍，还深入剖析了不同语句的性能影响和设计陷阱，这对于我这样的初学者来说，避免了许多弯路。他提出的“意图驱动”的设计理念，让我重新审视了如何写出更高效、更易于维护的代码。例如，在讲解状态机时，书中给出了两种截然不同的实现方式，并详细分析了它们在资源占用、时序收敛等方面的差异，这种对比分析非常有启发性。

评分☆☆☆☆☆

深入到FPGA的实现流程，本书的处理方式简直是教科书级别的。从代码编写、综合、布局布线，到时序分析和下载，每一个环节都被拆解得细致入微。作者并没有简单地罗列步骤，而是深入探讨了每个步骤背后的原理和关键点。比如，在综合阶段，书中详细讲解了各种综合选项的意义，以及如何通过调整参数来优化设计；在布局布线阶段，作者则强调了布线策略对时序的影响，并提供了调试时序违例的有效方法。我特别赞赏书中关于时序约束的讲解，作者用清晰的语言阐述了时钟域交叉、时序异常等常见问题，并给出了具体的解决方案。这对于我理解和掌握FPGA的最高性能设计至关重要。

评分☆☆☆☆☆

这本书关于FPGA设计方法学的探讨，让我受益匪浅。作者不仅仅是讲解技术，更是在传递一种设计理念。他强调了模块化设计、层次化设计的重要性，以及如何通过良好的架构来提高代码的可读性和可重用性。书中关于设计模式的应用，也让我对如何优雅地解决复杂设计问题有了新的认识。例如，在讲解可配置IP核的设计时，作者就展示了如何通过参数化和接口抽象来实现高度灵活的设计。这种从宏观到微观，从原理到实践的讲解方式，让我对FPGA设计有了更深刻的理解。

评分☆☆☆☆☆

在高级FPGA设计技术方面，这本书的深度和广度都令人称赞。除了基础的设计流程，它还触及了许多更具挑战性的领域，例如低功耗设计、高可靠性设计以及安全设计。在低功耗设计方面，书中介绍了多种降低FPGA功耗的策略，包括时钟门控、电源门控、动态电压频率调整（DVFS）等，并且给出了如何在设计中实现这些策略的指导。这对于我未来设计对功耗敏感的便携式设备非常有价值。而关于高可靠性设计，作者则深入探讨了错误检测与纠正（EDAC）技术、冗余设计等，这对于航空航天、医疗等关键领域的应用至关重要。

评分☆☆☆☆☆

本书在验证和调试部分，展现了作者的实践经验。FPGA设计的成功不仅仅在于实现了功能，更在于能够高效地验证和调试。书中详细介绍了各种验证方法，从仿真验证到硬件验证，再到形式验证。我尤其欣赏书中关于测试平台的构建以及激励生成器的设计，这些都是提高验证效率的关键。对于硬件调试，书中也提供了许多实用的技巧和工具的使用方法，例如逻辑分析仪、示波器等。作者还分享了许多在实际项目中遇到的调试难题和解决方案，这些经验之谈对于我们避免重复踩坑非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我对FPGA的未来发展趋势有了更清晰的认识。书中对新技术的展望，例如AI在FPGA设计中的应用、类脑计算等，都让我感到兴奋。作者并没有止步于现状，而是积极地探索未来的可能性，这本身就非常有价值。他对于新兴技术与FPGA的结合，进行了深入的分析和预测，让我对接下来的技术发展方向充满了期待。书中对于SoC集成、异构计算等前沿领域的讨论，也让我看到了FPGA在未来技术革新中的重要作用。

评分☆☆☆☆☆

总而言之，这本《FPGA设计》是一本不可多得的优秀教材。它不仅内容翔实，覆盖面广，而且讲解深入浅出，理论与实践相结合。无论是初学者还是有一定经验的工程师，都能从中获益。这本书的价值在于它能够帮助读者建立起扎实的FPGA理论基础，掌握实用的设计方法，并为未来的技术发展做好准备。我强烈推荐这本书给所有对FPGA感兴趣的朋友，它将是您在FPGA领域学习和探索的最佳伴侣。

评分☆☆☆☆☆

这本书关于FPGA的硬件加速和高性能计算的章节，让我眼前一亮。在当今计算需求日益增长的背景下，FPGA在提升计算效率方面的潜力是巨大的。书中详细阐述了如何利用FPGA的并行计算能力来加速CPU难以胜任的任务，例如图像处理、信号分析、机器学习推理等。我印象深刻的是书中关于并行化策略的讨论，作者从数据并行、任务并行等多个维度进行了深入分析，并结合具体的算法实例，展示了如何将这些策略应用于FPGA设计。书中关于矩阵乘法、FFT等经典算法在FPGA上的实现，不仅提供了代码示例，还详细分析了性能提升的原理，让我对FPGA的强大计算能力有了更直观的认识。