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基本信息
书名：FPGA芯片架构设计与实现
定价：56.00元
作者：余乐
出版社：电子工业出版社
出版日期：2017-07-01
ISBN：9787121306105
字数：
页码：
版次：1
装帧：平装-胶订
开本：16开
商品重量：0.4kg
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内容提要
可编程通用逻辑门阵列芯片简称FPGA，与CPU，DSP并列为三大通用数字处理芯片，广泛应用于通信、航空航天、医疗、国防军工以及安防视频监控等领域。通过本书的学习，读者可以全面了解一颗FPGA芯片从设计、验证到流片的开发过程。 本书共分10章，采取“总—分”的编排方式。章从架构的总体设计入题对FPGA进行介绍。第2~10章，分别对其中的各个重要模块逐一介绍，包括：时钟网络、电源/地线网络和漏电流、可编程逻辑单元、可编程I/O模块、DDR存储器接口、数字延时锁定环、连线连接盒、互连线段长度分布以及配置模块。 本书适合从事集成电路设计的工程师、微电子专业高年级研究生以及从事微电子专业教学研究的教师和科研人员阅读。本书还可以作为高等院校教授集成电路设计的辅助资料。
目录
章 FPGA 架构总体设计 ········································································· 1
1.1 FPGA 芯片研制流程·········································································· 1
1.2 FPGA 架构设计流程·········································································· 7
1.3 FPGA 规模和资源划分 ····································································· 17
1.4 FPGA 中功能模块划分 ····································································· 20
本章参考文献 ······················································································ 26
第2 章 FPGA 中时钟网络 ·········································································· 30
2.1 简介 ···························································································· 30
2.2 FPGA CDN 建模 ············································································· 33
2.3 时钟网络设计方法 ·········································································· 43
2.4 时钟网络的灵活性 ·········································································· 48
2.5 路由级联 ······················································································ 51
2.6 仿真实验 ······················································································ 55
2.7 时钟网络热学建模 ·········································································· 61
2.8 仿真实验 ······················································································ 62
本章参考文献 ······················································································ 66
第3 章 FPGA 中电源/地线网络和漏电流 ······················································· 68
3.1 电源/地线网络 ··············································································· 68
3.2 IR-DROP 分析与优化 ········································································ 71
3.3 漏电流组成 ··················································································· 73
3.4 降低漏电流的方法 ·········································································· 74
3.5 基于VIA 分布的IR-DROP 分析 ··························································· 77
3.6 仿真实验 ······················································································ 81
3.7 不均匀测试点的IR-DROP 求解 ··························································· 87
3.8 FPGA 电源网络IR-DROP 分析 ···························································· 89
本章参考文献 ······················································································ 94
第4 章 FPGA 中可编程逻辑单元 ································································· 98
4.1 基于多路选择器的逻辑单元 ······························································ 98
4.2 基于四输入LUT 的可编程逻辑单元的设计 ·········································· 102
4.3 LUT 的模型与实现 ········································································ 103
4.4 LUT 的输入数目K 的确定 ······························································· 106
4.5 进位逻辑 ····················································································· 109
4.6 基于查找表结构的FPGA 的不足 ······················································· 115
4.7 AIC 结构逻辑簇 ············································································ 117
4.8 基于AIC 结构FPGA 的逻辑簇 ························································· 120
4.9 面向AIC 的映射工具及结构评估平台 ················································ 124
4.10 结构特征匹配的AIC 簇互连优化 ···················································· 125
4.11 仿真分析和比较 ·········································································· 131
本章参考文献 ····················································································· 133
第5 章 FPGA 中可编程I/O 模块 ································································· 136
5.1 可编程I/O 系统结构 ······································································ 136
5.2 IOE 中的可编程输入缓冲器设计 ······················································· 138
5.3 IOE 中的可编程输出缓冲器设计 ······················································· 144
5.4 可编程I/O 的后端版图设计······························································ 156
5.5 高可靠I/O 模块的后端版图与测试 ····················································· 166
5.6 可编程I/O 的供电策略 ··································································· 172
5.7 全芯片IO 的ESD 技术 ····················································
作者介绍
申请人于2009年3月至2012年8月在中科院电子所可编程芯片与系统研究室攻读博士学位，从事下一代SOC FPGA的关键集成技术研究。博士课题来源于中科院/国家外专局的创新团队国际合作伙伴计划'片上可编程系统前沿技术研究”。博士毕业获微电子与固体电子学博士学位。同年，以申请人博士论文为基础，帮助实验室申请了国家自然科学基金面上项目'基于TSV互连的三维FPGA架构及关键技术研究”。2012年博士毕业后，选择留所继续从事博士后研究工作，并作为国自基金项目的实际负责人，管理项目的整体推进，指导学生完成了2篇论文的投稿。博士后期间，参与了两款FPGA芯片的研制工作，分别是0.13um 百万门级FPGA（中科院重点方向性项目）和40nm FPGA-ip核（国家重大专项）。2015年博士后出站，出站报告'FPGA时钟分布网络研究”从延时、面积、功耗、灵活性以及热性能等多方面，对FPGA的关键架构技术进行了研究。
文摘
序言
用户评价
《正版国FPGA芯片架构设计与实现》这本书，给我带来的不仅仅是知识的增长，更是思维的升华。我一直认为，FPGA的强大之处在于其灵活性和可重构性，但如何将这种灵活性发挥到极致，一直是我所追求的目标。这本书，就像一位技艺精湛的导师，为我指明了方向。书中对“硬件加速”和“定制化计算”的深入分析，让我看到了FPGA在高性能计算领域的巨大潜力，并且学到了如何通过设计特定的硬件架构，来加速各种计算任务。我曾经尝试过将一些算法移植到FPGA上进行加速，但效果并不理想。这本书中的案例，为我提供了一个非常好的参考，让我能够更好地理解如何进行算法与硬件的协同设计，从而达到最佳的加速效果。
评分《正版国FPGA芯片架构设计与实现》这本书，如同一位严谨的工匠，将FPGA芯片的“架构设计”这一精妙的工艺，细致入微地呈现在读者面前。我过去对于FPGA的理解，大多停留在“逻辑门”和“触发器”的层面，觉得它就是一种将这些基本单元组合起来的工具。但是，这本书让我看到了一个更加宏观、更加系统的视角。它不仅仅讲解了如何使用FPGA，更重要的是，它教会了我如何“思考”FPGA，如何从更高的层面去理解和设计一个完整的芯片架构。书中对“模块化设计”和“IP核复用”的强调，让我深刻地理解了现代集成电路设计中的重要原则，并且能够将这些原则应用到我自己的设计中。我曾经在一些复杂的设计中，因为缺乏清晰的模块划分而感到混乱，这本书的指导，让我能够更好地组织我的代码和设计，提高开发效率。
评分当我翻开《正版国FPGA芯片架构设计与实现》这本书时，我仿佛打开了一扇通往FPGA芯片世界的大门。这本书不仅仅是技术的讲解，更是一种思维的启迪。我曾经一直认为，FPGA设计就是将C语言或者其他高级语言转化为硬件描述语言，然后交给工具链去完成。然而，这本书让我深刻地认识到，真正的FPGA设计，需要更加深入地理解硬件的本质，需要对芯片的内部架构有清晰的认识。书中对不同FPGA架构的特点和应用场景的分析，让我能够更好地理解不同芯片之间的差异，并且根据项目需求选择最合适的芯片。我尤其喜欢书中关于“流水线设计”和“并行处理”的章节，它为我提供了一种全新的思路，来提升数据处理的效率。我曾经尝试过一些并发处理的设计，但总是因为对底层架构理解不够深入而陷入困境。这本书中的案例，为我提供了一个非常好的参考，让我能够更好地掌握这些高级设计技巧。
评分对于《正版国FPGA芯片架构设计与实现》这本书，我可以说是在阅读中体验到了“渐入佳境”的乐趣。起初，我对“芯片架构设计”这个概念感到一丝畏惧，觉得它可能离我的实际应用太过遥远。但是，随着阅读的深入，我发现这本书并非仅仅是理论的堆砌，而是将复杂的概念与实际的设计流程紧密结合。我尤其欣赏书中对“时序分析”的详尽讲解，它让我明白了在FPGA设计中，时序是如何决定一切的。我曾经在项目调试中，花费大量的时间去解决各种时序问题，而这本书提供的系统性的方法和工具，让我能够更早地发现和解决这些问题，大大提高了我的开发效率。
评分《正版国FPGA芯片架构设计与实现》这本书，在我看来，是一本能够点燃灵感、激发潜能的宝藏。我一直对FPGA芯片的“可编程性”这一特性感到着迷，但如何充分利用这种可编程性，将抽象的算法转化为高效的硬件实现，一直是我的一个困惑。而这本书，就像一位经验丰富的设计师，耐心地为我揭示了其中的奥秘。我尤其欣赏书中对“架构设计”的深入探讨，它不仅仅是关于逻辑的实现，更是关于如何构建一个能够适应未来变化的“可重构”系统。书中提供的多种设计模式和模板，让我能够快速地入门，并且避免走弯路。我曾经在一些实际项目中，遇到过性能瓶颈，但又不知道如何下手去解决。这本书中的案例分析，为我提供了宝贵的思路，让我能够通过调整架构，优化算法，从而有效地提升系统的性能。而且，书中对于“时序约束”和“静态时序分析”的讲解，也让我对FPGA设计中的时序问题有了更深刻的理解，并能够更加自信地处理这些复杂的问题。
评分这本书《正版国FPGA芯片架构设计与实现》，为我打开了一扇全新的视野。在拿到它之前，我对FPGA的理解，仅限于将其视为一个“可编程的逻辑电路板”。但这本书，让我看到了FPGA芯片内部更为深邃的哲学和艺术。我特别喜欢书中对“状态机”设计的详细阐述，它不仅仅是理论的介绍，更是通过大量的实例，展示了如何设计出高效、健壮的状态机，并且如何将其优化到极致。我曾经在一些项目中，遇到过因为状态机设计不当而导致的各种问题，这本书为我提供了宝贵的经验和方法，让我能够更加自信地处理这类问题。而且，书中对“总线接口”和“片上通信”的讲解，也让我对FPGA与其他芯片之间的交互有了更深入的了解，这对于我进行系统级的设计来说，是至关重要的。
评分《正版国FPGA芯片架构设计与实现》这本书，如同一个知识宝库，为我打开了通往FPGA芯片设计深层世界的大门。我一直对FPGA芯片的“高并发”和“低延迟”特性非常感兴趣，但如何才能在实际设计中充分发挥这些优势，一直是我所面临的挑战。这本书，则以一种非常系统的方式，为我揭示了实现这些目标的关键。我尤其喜欢书中对“中断处理”和“异常机制”的讲解，它让我对FPGA在实时系统中的应用有了更深刻的理解。我曾经在一些需要快速响应的系统中，遇到过因为中断处理不当而导致的各种问题，这本书中的讲解，为我提供了一个非常好的参考，让我能够更好地设计出稳定可靠的实时系统。
评分对于《正版国FPGA芯片架构设计与实现》这本书，我可以说是一见倾心，再见倾情。它以一种非常独特的方式，让我看到了FPGA设计的另一面。我一直认为，FPGA不仅仅是硬件的堆砌，更是智慧的结晶，而这本书恰恰展现了这种智慧。书中对于“芯片架构”的解读，远超出了我对传统硬件设计的认知。我过去总以为，FPGA设计就是把逻辑电路写出来，然后烧录到芯片里就行了。但这本书让我明白，真正的FPGA设计，是一个更加宏观、更加系统性的过程，它涉及到对整个芯片资源的合理规划，对算法的深刻理解，以及对功耗、速度、面积等多个维度的权衡。我尤其喜欢书中关于“自顶向下”和“自底向上”两种设计方法的对比分析，这让我能够根据不同的设计需求，选择最合适的设计策略。而且，书中对不同FPGA架构的对比分析，也让我对市面上主流的FPGA产品有了更清晰的认识，并且能够根据自己的需求，选择最适合的芯片平台。这对于我这样需要进行项目选型的工程师来说，无疑是极具价值的。书中还详细介绍了如何进行性能评估和功耗分析，这让我能够更好地优化我的设计，使其在实际应用中达到最佳效果。
评分读完《正版国FPGA芯片架构设计与实现》，我深感这是一本能够真正启发思考、激发创造力的著作。作者在书中对于FPGA内部结构和工作原理的讲解，可以说是鞭辟入里，深入浅出。我印象特别深刻的是，书中并没有直接抛出复杂的公式和晦涩的理论，而是通过一系列循序渐进的案例，将抽象的芯片架构概念具象化，让我能够清晰地理解不同逻辑单元之间的协同工作方式，以及它们是如何共同构建出一个完整的数字系统。这种“由表及里”的讲解方式，对于我这样的初学者来说，简直是福音。我曾经尝试过阅读一些其他FPGA书籍，但常常因为理论过于抽象而难以理解，最终不了了之。而这本书，则通过生动的比喻和清晰的图示，将那些看似复杂的概念，例如时序逻辑、组合逻辑、状态机设计等，都变得易于理解和掌握。而且，它不仅仅是介绍概念，更重要的是，它教会了我如何将这些概念应用到实际的设计中。书中提供的设计流程和优化方法，也让我对FPGA的性能瓶颈有了更深的认识，并学会了如何通过合理的架构设计来规避这些问题。我尤其欣赏书中关于“架构设计”的强调，因为它不仅仅是代码的编写，更是整个系统思维的体现。
评分初次拿到这本《正版国FPGA芯片架构设计与实现》时，就被其厚重感和扎实的排版所吸引，仿佛预示着这是一次深入的知识探索之旅。我一直以来对FPGA这种可编程逻辑器件抱有浓厚的兴趣，但总觉得在概念层面徘徊，缺乏系统性的、能够落地到实际设计的指导。市面上不乏介绍FPGA基础知识的书籍，但真正能触及“芯片架构设计”这一核心层面的，却屈指可数。我尤其看重的是，这本书标榜的是“国FPGA”，这让我对其中可能包含的本土化技术和经验充满了期待。在初步翻阅时，我注意到它并未仅仅停留在语言层面，而是深入到硬件实现的细节，这对于希望从零开始构建自己FPGA设计流程的读者来说，无疑是一份宝贵的财富。我非常好奇书中是如何将抽象的架构概念转化为具体的硬件描述语言（HDL）代码，以及如何进行高效的综合、布局和布线。书中提及的“实现”二字，更让我觉得它具备了解决实际工程问题的能力，而不仅仅是理论的堆砌。我期待这本书能够为我打开一个全新的视角，让我能够理解FPGA的内在机制，从而能够设计出更高效、更具创新性的数字系统。在学习过程中，我可能会遇到一些挑战，但我相信这本书提供的清晰逻辑和详实案例，能够帮助我一一克服。同时，我也希望这本书能够在我未来的学习和工作中，成为一本值得反复查阅的参考手册，为我提供坚实的技术支撑。
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