FPGA系統設計

《FPGA系統設計》是2019年9月機械工業出版社出版的圖書，作者是蔡述庭、陳平、李嘉輝。

基本介紹

• 中文名：FPGA系統設計
• 作者：蔡述庭、陳平、李嘉輝
• ISBN：9787111628309
• 定價：59.0元
• 出版社：機械工業出版社
• 出版時間：2019年9月
• 裝幀：平裝
• 開本：16開

內容簡介

本書描述了FPGA系統的設計方法、流程、技巧以及工具使用，內容涵蓋了FPGA設計概論、硬體描述語言Verilog、FPGA基礎電路設計、邏輯綜合、Synplify與DC工具使用、測試平台的撰寫以及ModelSim的使用；重點對卷積神經網路(CNN)的FPGA實現進行了深入闡述；隨後通過一個電機控制實例來描述FPGA系統級的設計過程；接著介紹了DO254標準在FPGA設計中的套用。為了便於讀者實踐操作，書中給出了豐富的FPGA設計實驗，包括基礎實驗和基於Qsys、SOPC的綜合實驗，同時介紹了Vivado HLS工具的使用。本書實例豐富，且貼近實際開發，書中給出的原始碼都經過了實際項目的檢驗，讀者可在機械工業出版社網站下載相關的原始碼。 本書可作為電子、通信、自動化、計算機科學與技術等相關專業的高年級本科生及研究生的教學用書，也可作為從事FPGA設計工作的工程師的參考書。

圖書目錄

序

前言

第1章FPGA設計概論1

11FPGA晶片結構與特點1

12FPGA工作原理3

13FPGA主要器件4

131Xilinx4

132Altera8

14FPGA設計流程12

15FPGA開發工具 15

16FPGA套用17

第2章硬體描述語言Verilog18

21Verilog HDL的基本規範19

211標識符19

212轉義標識符19

213空白符19

214注釋19

22數據類型20

221邏輯值20

222線網與暫存器20

223數字的表示21

224向量22

225數組23

226參數23

227字元串23

23運算符24

231算術運算符24

232邏輯操作符24

233關係運算符24

234按位操作符25

235縮減操作符25

236移位操作符26

237拼接操作符26

238重複操作符26

239條件操作符26

2310操作符的優先權26

24模組27

FPGA系統設計241模組的基本概念27

242模組的例化30

243模組的測試33

25過程語句34

251兩個過程34

252暫存器變數的過程賦值35

253線網變數的連續賦值36

254時序控制36

255順序代碼塊與並行代碼塊38

26流程控制39

27任務和函式40

28系統任務40

29編譯指令40

210阻塞賦值與非阻塞賦值41

第3章FPGA基礎電路設計43

31組合電路43

32時序電路47

33數據通路57

331加法器基礎理論57

332常用數據通路設計63

第4章邏輯綜合68

41邏輯綜合目的68

42DC綜合69

421準備Design Compiler啟動腳本檔案70

422約束檔案70

423報告分析77

424最佳化的參數選擇80

425關於綜合結果80

43Synplify的綜合設計81

44HDL的可綜合性設計88

441狀態機設計89

442實例化資源90

443綜合選項90

第5章testbench與ModelSim仿真93

51testbench實例93

511產生時鐘信號98

512提供激勵信號99

513顯示結果100

514Verilog HDL testbench實例101

515自動驗證103

516自我檢查testbench103

517編寫testbench的準則103

52仿真工具ModelSim104

第6章基於HDL的卷積神經網路的實現109

61引言109

62設計的架構與設計特點109

621設計的架構109

622加速模組的設計特點110

63加速器控制器accelerator_controller的實現110

631暫存器的定義110

632可讀寫暫存器的寫操作111

633所有暫存器的讀操作113

634隻讀暫存器的更新115

635加速器控制器連線埠的補充說明116

64DDR讀寫模組data_transfer的實現117

641寫通道模組write_channel的實現118

642讀通道模組的實現131

65加速模組cnnff_fpga的實現135

651cnnff_fpga的整體構成135

652第一卷積層conv1的實現137

653第二卷積層conv2的實現148

654全連線層fc的實現156

655第一下採樣層samp1的實現159

656激活函式計算及相關公共模組的實現160

657使用各層構建整個網路163

66在Vivado上的實踐165

661在Vivado上實現一個卷積神經網路加速系統165

662軟體代碼講解191

663上板實踐196

67本章小結200

68附錄:卷積神經網路的簡介201

第7章數字直放站的FPGA設計203

71直放站FPGA系統設計203

72數據接口204

721ADC接口204

722DAC接口211

723SPI接口213

73信號處理部分216

731數據的抽取和內插216

732信號的上變頻（DUC）和下變頻（DDC）223

第8章永磁同步電動機矢量控制系統的FPGA實現239

81永磁同步電動機矢量控制系統簡介239

82系統的硬體平台241

83軟體開發平台243

84FPGA片上電路設計245

85實驗驗證276

第9章可靠性設計——DO254281

91DO254281

92FPGA與DO254282

921DO254 基本情況282

922DO254硬體的生命周期283

923規劃284

924硬體安全性評價284

925硬體設計流程284

926支持流程285

927文檔和組織285

93DO254標準和美國聯邦航空局286

931聯邦航空局授權審查286

932美國聯邦航空局的介入程度286

933DO254附加的主題286

94DO254項目的FPGA工具流程287

941評估288

942合格認證288

95FPGA設計的工具流程288

951需求獲取288

952概要設計289

953詳細設計289

954實施289

955生產轉化290

96本章小結290

第10章FPGA實驗292

實驗一LED燈控制292

實驗二基於IP核設計的數碼管顯示298

實驗三基於Verilog設計的數碼管顯示303

實驗四基於DSP Builder設計的clark坐標變換模組304

實驗五分別基於SOPC Builder和Qsys工具控制LED燈317

實驗六基於Nios Ⅱ定時中斷控制LED閃爍334

實驗七Nios Ⅱ與LabVIEW的串口通信340

實驗八程式燒寫347

實驗九Vivado HLS設計流程實驗353

實驗十基於SoC平台的圖像顯示364

實驗十一基於SoC平台的乙太網通信及圖像顯示376

參考文獻384