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| 編輯推薦： |
1.本书详细阐述FPGA基本原理和高级功能，结合不同工业应用实例解析可编程片上系统（FPSoC）的设计方法；
2.本书适合非硬件专业工程师、大学相关专业的学生，学习掌握FPGA基本知识、新功能和系统设计方法；
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| 內容簡介： |
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本书首先阐述了FPGA的基本原理和架构，其次介绍了FPGA的新功能、特点，以及如何解决工业应用中的问题。书中探讨了FPGA的设计方法，并结合机电一体化、机器人和能源系统应用案例与实践。
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| 關於作者： |
译者简介
第1章 FPGA及其在电子系统设计中的作用1
1.1 导引1
1.2 嵌入式控制系统：宽泛的概念1
1.3 嵌入式系统的实现4
1.3.1 技术改进和复杂性增加4
1.3.2 向着能源效率的方向改进计算性能5
1.3.3 为目标技术而战7
1.3.4 不同器件的设计技术和工具8
1.4 可配置逻辑如何工作12
1.5 FPGA的应用和使用16译者序
前言
作者简介
译者简介
第1章 FPGA及其在电子系统设计中的作用1
1.1 导引1
1.2 嵌入式控制系统：宽泛的概念1
1.3 嵌入式系统的实现4
1.3.1 技术改进和复杂性增加4
1.3.2 向着能源效率的方向改进计算性能5
1.3.3 为目标技术而战7
1.3.4 不同器件的设计技术和工具8
1.4 可配置逻辑如何工作12
1.5 FPGA的应用和使用16
参考文献18
第2章 FPGA的主要架构和硬件资源19
2.1 导引19
2.2 FPGA的主要架构20
2.3 基本硬件资源23
2.3.1 逻辑单元23
2.3.2 IO单元26
2.3.3 互连资源30
2.4 专用硬件模块32
2.4.1 时钟管理模块32
2.4.2 存储器模块38
2.4.3 硬存储控制器42
2.4.4 收发器44
2.4.5 串行通信接口50
参考文献53
第3章 FPGA架构的嵌入式处理器55
3.1 导引55
3.1.1 多核处理器57
3.1.2 众核处理器62
3.1.3 FPSoC62
3.2 软核处理器63
3.2.1 专用核65
3.2.2 开源核72
3.3 硬核处理器74
3.4 其他“可配置”的SoC方案81
3.4.1 传感器中枢81
3.4.2 可定制处理器86
3.5 片上总线87
3.5.1 AMBA88
3.5.2 Avalon98
3.5.3 CoreConnect102
3.5.4 Wishbone104
参考文献106
第4章 FPGA中的高级信号处理资源109
4.1 导引109
4.2 嵌入式乘法器111
4.3 DSP模块112
4.4 浮点硬件运算符115
参考文献119
第5章 混合信号FPGA120
5.1 导引120
5.2 ADC模块121
5.3 模拟传感器126
5.4 模拟数据捕获和处理接口127
5.5 混合FPGA-FPAA解决方案131
参考文献135
第6章 基于FPGA设计的工具和方法136
6.1 导引136
6.2 基于RTL综合和后端工具的基本设计流程138
6.2.1 设计输入139
6.2.2 仿真工具142
6.2.3 RTL综合和后端工具145
6.3 SoPC系统的设计151
6.3.1 SoPC硬件设计工具152
6.3.2 SoPC软件设计工具156
6.3.3 IP核库和IP核生成工具159
6.4 HLS工具160
6.5 HPC多线程加速器的设计162
6.6 调试和其他辅助工具164
6.6.1 SoPC系统的硬件软件调试164
6.6.2 辅助工具168
参考文献170
第7章 FPGA系统的片外和片内通信171
7.1 导引171
7.2 片外通信172
7.2.1 低速接口172
7.2.2 高速接口173
7.3 片内通信175
7.3.1 点对点连接175
7.3.2 基于总线的连接176
7.3.3 片上网络181
参考文献185
第8章 使用商用FPGA建立可重构系统186
8.1 导引186
8.2 主要的与可重构相关的概念187
8.2.1 可重构架构190
8.3 作为可重构元件的FPGA190
8.3.1 带有可重构支持的商用FPGA191
8.3.2 为局部可重构设计一种架构192
8.3.3 可扩展架构194
8.3.4 支持局部可重构的工具197
8.3.5 可重构系统支持的片上通信198
8.4 运行时可重构199
8.4.1 自我管理系统201
8.4.2 具有可重构硬件加速器的自适应多线程204
8.4.3 可演化硬件208
参考文献214
第9章 FPGA的工业电子应用217
9.1 导引217
9.2 工业电子中的FPGA应用领域219
9.2.1 电力系统数字实时仿真219
9.2.2 先进控制技术220
9.2.3 电子仪器221
9.3 总结222
参考文献223
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| 目錄：
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译者序
前言
作者简介
译者简介
第1章 FPGA及其在电子系统设计中的作用1
1.1 导引1
1.2 嵌入式控制系统：宽泛的概念1
1.3 嵌入式系统的实现4
1.3.1 技术改进和复杂性增加4
1.3.2 向着能源效率的方向改进计算性能5
1.3.3 为目标技术而战7
1.3.4 不同器件的设计技术和工具8
1.4 可配置逻辑如何工作12
1.5 FPGA的应用和使用16
参考文献18
第2章 FPGA的主要架构和硬件资源19
2.1 导引19
2.2 FPGA的主要架构20
2.3 基本硬件资源23
2.3.1 逻辑单元23
2.3.2 IO单元26
2.3.3 互连资源30
2.4 专用硬件模块32
2.4.1 时钟管理模块32
2.4.2 存储器模块38
2.4.3 硬存储控制器42
2.4.4 收发器44
2.4.5 串行通信接口50
参考文献53
第3章 FPGA架构的嵌入式处理器55
3.1 导引55
3.1.1 多核处理器57
3.1.2 众核处理器62
3.1.3 FPSoC62
3.2 软核处理器63
3.2.1 专用核65
3.2.2 开源核72
3.3 硬核处理器74
3.4 其他“可配置”的SoC方案81
3.4.1 传感器中枢81
3.4.2 可定制处理器86
3.5 片上总线87
3.5.1 AMBA88
3.5.2 Avalon98
3.5.3 CoreConnect102
3.5.4 Wishbone104
参考文献106
第4章 FPGA中的高级信号处理资源109
4.1 导引109
4.2 嵌入式乘法器111
4.3 DSP模块112
4.4 浮点硬件运算符115
参考文献119
第5章 混合信号FPGA120
5.1 导引120
5.2 ADC模块121
5.3 模拟传感器126
5.4 模拟数据捕获和处理接口127
5.5 混合FPGA-FPAA解决方案131
参考文献135
第6章 基于FPGA设计的工具和方法136
6.1 导引136
6.2 基于RTL综合和后端工具的基本设计流程138
6.2.1 设计输入139
6.2.2 仿真工具142
6.2.3 RTL综合和后端工具145
6.3 SoPC系统的设计151
6.3.1 SoPC硬件设计工具152
6.3.2 SoPC软件设计工具156
6.3.3 IP核库和IP核生成工具159
6.4 HLS工具160
6.5 HPC多线程加速器的设计162
6.6 调试和其他辅助工具164
6.6.1 SoPC系统的硬件软件调试164
6.6.2 辅助工具168
参考文献170
第7章 FPGA系统的片外和片内通信171
7.1 导引171
7.2 片外通信172
7.2.1 低速接口172
7.2.2 高速接口173
7.3 片内通信175
7.3.1 点对点连接175
7.3.2 基于总线的连接176
7.3.3 片上网络181
参考文献185
第8章 使用商用FPGA建立可重构系统186
8.1 导引186
8.2 主要的与可重构相关的概念187
8.2.1 可重构架构190
8.3 作为可重构元件的FPGA190
8.3.1 带有可重构支持的商用FPGA191
8.3.2 为局部可重构设计一种架构192
8.3.3 可扩展架构194
8.3.4 支持局部可重构的工具197
8.3.5 可重构系统支持的片上通信198
8.4 运行时可重构199
8.4.1 自我管理系统201
8.4.2 具有可重构硬件加速器的自适应多线程204
8.4.3 可演化硬件208
参考文献214
第9章 FPGA的工业电子应用217
9.1 导引217
9.2 工业电子中的FPGA应用领域219
9.2.1 电力系统数字实时仿真219
9.2.2 先进控制技术220
9.2.3 电子仪器221
9.3 总结222
参考文献223
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| 內容試閱：
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本书旨在以非硬件设计专家可接受的方式介绍现场可编程门阵列（FPGA）技术及相关概念，从而为FPGA在工业中的推广做出贡献。本书可帮助用户分析这些器件是否是最佳的（或至少是可能的）工业应用解决方案，以有效满足他们的目标工业应用需求。这不是一个小问题，因为选择最合适的硬件平台解决特定的数字设计问题涉及许多不同（但相关）的因素。本书强调了当前的FPGA器件能实现的各种应用，尤其是传统FPGA架构与强大的嵌入式处理器相结合的技术，即所谓的现场可编程片上系统（FPSoC）或系统可编程芯片（SoPC）；重点讨论和分析了嵌入式系统的内容，它们也可以轻松有效地推广到其他领域。
本书共9章，内容如下：
第1章以将FPGA作为直接竞争对手的视角，分析了嵌入式系统现有的各种不同设计方法。另外，讨论了FPGA的“可编程性”和“可配置性”的基本概念，并介绍了FPGA架构的主要单元。
第2章详细描述了现代FPGA的主要特性、结构和通用硬件资源（逻辑单元、IO单元和互连资源）。该章还分析了一些专用的硬件模块（时钟管理模块、存储器模块、硬存储控制器、收发器和串行通信接口）等。
第3章分析了嵌入式软、硬核处理器，以及当它们将FPGA从硬件加速器转换为FPSoC平台时所引起的设计范式的转变和特殊意义。如该章所讲，最初的器件集成了通用微处理器等简单的器件，最新的器件集成了多个（在某些情况下超过10个）可进行并发操作的复杂处理器内核，为实现同构或异构多核体系结构打开了大门。处理器与其外围设备之间的高效通信是成功开发嵌入式系统的关键因素。基于此，该章还详细分析了目前可用的片上总线及其历史演化。
第4章分析了DSP模块。DSP模块在许多工业应用中是非常有用的硬件资源，可以有效实现关键功能器件，例如数字滤波器、编码器、解码器或数学转换器。该章还重点介绍了FPGA固有的并行计算优势，以及当前大多数器件在硬件中实现浮点运算的能力。
第5章介绍了模拟模块，包括嵌入式ADC和DAC。它们扩展了（大多数为数字的）FPGA器件的功能，简化了与模拟世界的接口。这也是许多工业应用的基本要求。
从第2～5章的介绍中可以清楚地看出，FPGA不断增加的复杂性使其只有在合适的软件工具的帮助下才能有效地被处理，这样可以使复杂的设计项目在相当短的时间内完成。第6章介绍了用于FPGA设计的工具和方法，包括基于传统RTL设计流程的工具、用于SoPC设计的工具、高层次综合工具、面向高性能计算的多线程加速工具、调试和其他辅助工具。
当前的许多应用程序需要处理大量数据。在这种情况下，通信资源是获得高性能（且越来越高）系统的关键要素。因为可以在FPGA中实现许多功能，所以需要一种有效的通信方式—不仅要与外部器件进行交互，还需要与内部模块进行交互，以满足要求的速率交换数据。与芯片外和芯片内通信相关的问题在第7章中进行了详细分析。
可重构是FPGA的一个非常重要的功能，这催生了数字设计中的新范式，允许同一器件在运行期间轻松地进行调整，以提供不同的硬件功能。第8章重点介绍了与FPGA可重构性相关的主要概念、在正常操作（即运行时）下进行重构的优点、不同的可重构备选方案，以及一些现有实例。这些实例显示了运行时的动态可重构和局部可重构，可以提高硬件的适应性。
如今，FPGA 被广泛应用于许多工业应用中，因为它们具有高速性、灵活性、固有的并行性、良好的性价比（通过不同系列器件的广泛组合来提供）以及种类繁多的专用逻辑资源。它们不仅需要整合已有的应用领域，还需要进入新领域。第9章涉及FPGA的3个主要设计领域（先进控制技术、电子仪器和数字实时仿真）和3个非常重要的应用领域（机电一体化、机器人技术和电力系统设计）。
致谢
作者在FPGA设计领域拥有超过25年的工作经验，学术界和业界的许多同行的建议及讨论让他获益匪浅。在书中列出所有这些人是不可能的，并可能导致一些无意的遗漏，所以在这里统一表示感谢，包括维戈大学电子技术系和工业电子中心以及马德里理工大学的同事和学生，提供过咨询和项目开发服务的公司内的职员，IEEE工业电子学会的同事，还有多年来在许多科学论坛中（如IECON、ISIE、ICIT、FPL、Reconfig和ReCoSoc）遇到的人们。
最后，当然也是最重要的一点，感谢家人的无条件支持。
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