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編輯推薦: |
编辑推荐实战导向,深入剖析大量实例,快速提升能力经验直击痛点,少走实践弯路,浓缩工程经验与源代码全面深入,掌握全流程典型设计,晋阶高级设计者本书涵盖了FPGA设计实践过程中最可能遇到的多个深层次问题,包括架构设计、具体实现方法、性能优化策略、跨时钟设计、仿真进阶以及综合布局时序等全面而深入的FPGA设计知识,并浓缩了作者多年的工程实践经验,可以帮助读者弥补工程实践经验的不足,免去学习的困难,成为高级FPGA设计者。
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內容簡介: |
本书探讨了FPGA设计实践过程中最可能遇到的深层次问题,并提供了经验指导。作者把多年推广到诸多公司和工程师团队的经验以及由专门的开发标准和应用要点汇集的许多知识进行浓缩,用来完善工程师的专业知识,帮助他们成为高级FPGA设计者。同时,本书能够帮助读者弥补工业实践经验的不足,免去读者学习的困难。本书涵盖了FPGA设计的多个层面,包括架构设计、具体实现方法以及性能优化策略,之后讲解了跨时钟设计、仿真进阶以及综合布局时序的一些处理,同时通过设计实例进行深入分析,旨在为读者提供全面而深入的FPGA设计知识。读者不仅能掌握FPGA设计的基本原理和技术细节,还能学会如何应对实际工程挑战,提升设计效率和性能。本书适合希望在FPGA领域有所作为的专业人士阅读和参考。
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關於作者: |
Steve KiltsSpectrum Design Solutions工程咨询公司的共同创始人和首席工程师。他的FPGA设计经验非常丰富,包括音频、DSP、高速计算和总线架构、集成电路测试、工业自动化和控制、嵌入式微处理器、PCI、医疗系统设计、商业航空和 ASIC 原型开发等应用。他拥有多年为FPGA设计进行性能权衡的经验,以实现高速、减小面积和低功耗的目标。
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目錄:
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目录译者序原书前言原书致谢本书内容导图第1章 速度架构设计1.1高吞吐量1.2低延迟1.3时序1.3.1添加寄存器层1.3.2并行结构1.3.3逻辑结构扁平化1.3.4寄存器平衡1.3.5路径重新排序1.4要点总结第2章 面积架构设计2.1流水线折叠2.2基于控制的逻辑重用2.3资源共享2.4复位对面积的影响2.4.1没有复位的资源2.4.2没有置位的资源2.4.3没有异步复位的资源2.4.4复位RAM2.4.5使用触发器置位/复位引脚2.5要点总结第3章 功耗架构设计3.1时钟控制3.1.1时钟偏移3.1.2管理偏移3.2输入控制3.3降低供电电压3.4双沿触发器3.5修改端接配置3.6要点总结第4章 设计示例:高级加密标准4.1AES架构4.1.1字节替换模块的一级流水线4.1.2行移位模块的零级流水线4.1.3列混淆模块的两级流水线4.1.4加轮密钥模块的一级流水线4.1.5紧凑型架构4.1.6部分流水线架构4.1.7全流水线架构4.2性能与面积4.3其他优化第5章 高级设计5.1抽象设计技术5.2图形状态机5.3DSP设计5.4软/硬件协同设计5.5要点总结第6章 时钟域6.1跨时钟域6.1.1亚稳态6.1.2解决方案1:相位控制6.1.3解决方案2:两级触发器同步6.1.4解决方案3:FIFO结构6.1.5分离同步模块6.2ASIC原型中的门控时钟6.2.1时钟模块6.2.2移除门控6.3要点总结第7章 设计示例:I2S和SPDIF7.1I2S7.1.1协议7.1.2硬件架构7.1.3分析7.2SPDIF7.2.1协议7.2.2硬件架构7.2.3分析第8章 实现数学函数8.1硬件除法8.1.1乘移法8.1.2迭代除法8.1.3Goldschmidt方法8.2Taylor和Maclaurin级数展开8.3CORDIC算法8.4要点总结第9章 设计示例:浮点单元9.1浮点格式9.2流水线架构9.2.1Verilog实现9.2.2资源和性能第10章 复位电路10.1异步复位与同步复位10.1.1完全异步复位的问题10.1.2完全同步复位10.1.3异步置位,同步撤销10.2混合复位类型10.2.1不可复位的触发器10.2.2内部生成的复位10.3多时钟域10.4要点总结第11章 高级仿真11.1测试平台架构11.1.1测试平台组件11.1.2测试平台流程11.2系统激励11.2.1MATLAB11.2.2总线功能模型11.3代码覆盖率11.4门级仿真11.5翻转覆盖率11.6运行时陷阱11.6.1时间精度11.6.2毛刺抑制11.6.3组合延迟建模11.7要点总结第12章 面向综合的编码12.1决策树12.1.1优先级与并行性12.1.2完整条件12.1.3多个控制分支12.2陷阱12.2.1阻塞与非阻塞12.2.2for循环12.2.3组合逻辑环12.2.4推断锁存器12.3设计组织12.3.1分区12.3.2参数化12.4要点总结第13章 设计示例:安全哈希算法13.1SHA-1架构13.2实现结果第14章 综合优化14.1速度与面积的权衡14.2资源共享14.3流水线操作、重定时和寄存器平衡14.3.1复位对寄存器平衡的影响14.3.2重新同步寄存器14.4FSM编译14.4.1移除不可达状态14.5黑盒14.6物理综合14.6.1前向注释与后向注释14.6.2基于图的物理综合14.7要点总结第15章 布图规划15.1设计分区15.2关键路径布图规划15.3布图规划风险15.4最佳布图规划15.4.1数据路径15.4.2高扇出15.4.3器件结构15.4.4可重用性15.5降低功耗15.6要点总结第16章 布局和布线优化16.1最优约束16.2布局和布线之间的关系16.3逻辑复制16.4跨层次优化16.5I/O寄存器16.6打包因子16.7映射逻辑到RAM16.8寄存器排序16.9布局种子16.10引导式布局和布线16.11要点总结第17章 设计示例:微处理器17.1SRC架构17.2综合优化17.2.1速度与面积17.2.2流水线17.2.3物理综合17.3布图规划优化17.3.1分区式布图规划17.3.2关键路径布图规划:示例117.3.3关键路径布图规划:示例2第18章 静态时序分析18.1标准分析18.2锁存器18.3异步电路18.3.1组合逻辑反馈18.4要点总结第19章 PCB问题19.1电源19.1.1电源要求19.1.2稳压器19.2去耦电容19.2.1概念19.2.2数值计算19.2.3电容布局19.3要点总结附录附录A AES加密的流水线级附录B SRC微处理器的顶层模块参考文献
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內容試閱:
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原书前言 在设计咨询行业中,我接触过无数的FPGA (现场可编程门阵列)设计、方法论和设计技术。无论我的客户是《财富》100强企业还是初创公司,他们都不可避免地会做一些正确的事情,也会犯许多错误。在接触了各个行业的多种设计之后,我开始从这些经验中总结出自己的技术库和方法库。在指导新的FPGA设计工程师时,我会基于这些经验给他们提出建议和推荐。到目前为止,在讨论FPGA设计具体实践方面,我总结的这些建议中的许多内容都已经被相关的白皮书和应用手册(appnotes) 所引用。本书的目的是将多年在不同公司和工程师团队中积累的经验,以及从特定技术的白皮书和应用手册中收集的大量智慧,浓缩成一本书,用于完善FPGA设计工程师的知识水平,并帮助他们成为高级FPGA设计工程师。市面上关于FPGA设计的书籍有很多,但真正能解决问题的却寥寥无几。本书详细探讨了高级的应用主题,同时试图剔除不必要的理论、对未来技术的推测以及过时的技术细节。本书以简洁明了的格式编写,直接讨论了各个主题,不浪费读者的时间。书中许多章节都假定读者已掌握某些基础知识,为了简洁起见,对于涵盖背景信息和理论框架方面的内容,不进行详细的讨论。相反,本书深入探讨了在设计中遇到的相关问题。在某种程度上,本书可以弥补有限的行业经验和缺少经验丰富的导师指导的不足,并且希望能让读者少走一些弯路。正是这种高级且实用的方法使本书独具特色。关于本书有一点需要注意,本书不会像小说那样从头到尾有连贯情节。对于一组彼此之间没有内在联系的高级主题,若要实现这种连贯性,就不得不加入大量冗余无关的内容。因此,为了组织本书,我按照典型的设计流程来安排各章节的顺序。本书的前几章讨论了架构、仿真、综合、布图规划等内容。这在本书开头提供的内容导图中有所体现。为了便于日后参考查阅,章节排列在导图中相关模块的旁边。本书其余章节中包含大量示例。为简洁起见,选用Verilog作为默认的硬件描述语言(HDL)进行描述,Xilinx作为默认的FPGA供应商,Synplicity作为默认的综合和布图规划工具。本书涵盖的大多数主题都能轻松映射到对应的VHDL上,并在Altera、Mentor Graphics等公司的工具上运行,但为了完整性而涵盖所有这些内容只会使重点变得模糊。即使本书的读者使用的是其他技术,本书仍能发挥其价值。Steve Kilts美国明尼苏达州明尼阿波利斯市
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