FPGA设计指南

内容概要

Clive“Max”Maxfield世界半导体设计界知名专家，FPGA专业网站Programmable Logic DesignLine（www.pldesignline.com）主编。Maxfield先生拥有丰富的电路设计和开发经验，更以杰出的写作才能享誉全球。他曾经长期为EDN、EE Design等一流杂志和网站撰写专栏，并撰写了多部电子技术方面的畅销书。

书籍目录

第1章　概论

1.1　什么是fpga

1.2　fpga为什么令人感兴趣

1.3　fpga的用途

1.4　本书内容

1.5　本书不包括什么

1.6　读者对象

第2章　基本概念

2.1　fpga的核心

2.2　简单的可编程功能

2.3　熔丝连接技术

2.4　反熔丝技术

2.5　掩模编程器件

2.6　prom

2.7　基于eprom的技术

2.8　基于eeprom的技术

2.9　基于闪存的技术

2.10　基于sram的技术

2.11　小结

第3章　fpga的起源

3.1　相关的技术

3.2　晶体管

3.3　集成电路

3.4　sram/dram和微处理器

3.5　spld和cpld

3.5.1　prom

3.5.2　pla

3.5.3　pal和gal

3.5.4　其他可编程选择

3.5.5　cpld

3.5.6　abel、cupl、palasm、jedec等

3.6　专用集成电路（门阵列等）

3.6.1　全定制

3.6.2　micromatrix和micromosaic

3.6.3　门阵列

3.6.4　标准单元器件

3.6.5　结构化asic

3.7　fpga

3.7.1　fpga平台

3.7.2　fpga-asic 混合

3.7.3　fpga厂商如何设计芯片

第4章　fpga结构的比较

4.1　一点提醒

4.2　一些背景信息

4.3　反熔丝与sram与其他

4.3.1　基于sram的器件

4.3.2　以sram为基础器件的安全问题和解决方案

4.3.3　基于反熔丝的器件

4.3.4　基于eprom的器件

4.3.5　基于e2prom/flash的器件

4.3.6　flash-sram混合器件

4.3.7　小结

4.4　细粒、中等微粒和粗粒结构

4.5　mux与基于lut的逻辑块

4.5.1　基于mux的结构

4.5.2　基于lut的结构

4.5.3　基于mux还是基于lut

4.5.4　3、4、5或6输入lut

4.5.5　lut与分布ram与sr

4.6　clb、lab与slices

4.6.1　xlilinx 逻辑单元

4.6.2　altera逻辑部件

4.6.3　slicing和dicing

4.6.4　clb和lab

4.6.5　分布ram和移位寄存器

4.7　快速进位链

4.8　内嵌ram

4.9　内嵌乘法器、加法器、mac等

4.10　内嵌处理器核（硬的和软的）

4.10.1　硬微处理器核

4.10.2　软微处理器核

4.11　时钟树和时间管理器

4.11.1　时钟树

4.11.2　时钟管理器

4.12　通用i/o

4.12.1　可配置i/o标准

4.12.2　可配置i/o阻抗

4.12.3　核与i/o电压

4.13　吉比特传输

4.14　硬ip、软ip和固ip

4.15　系统门与实际的门

4.16　fpga年

第5章　fpga编程（配置）

5.1　引言

5.2　配置文件

5.3　配置单元

5.4　基于反熔丝的fpga

5.5　基于sram的fpga

5.5.1　迅速的过程欺骗了眼睛

5.5.2　对嵌入式（块）ram、分布ram编程

5.5.3　多编程链

5.5.4　器件的快速重新初始化

5.6　使用配置端口

5.6.1　fpga作为主设备串行下载

5.6.2　fpga作为主设备并行下载

5.6.3　fpga作为从设备并行下载

5.6.4　fpga作为从设备串行下载

5.7　使用jtag端口

5.8　使用嵌入式处理器

第6章　谁在参与游戏

6.1　引言

6.2　fpga和fpaa提供商

6.3　fpna 提供商

6.4　全线eda提供商

6.5　专业fpga和独立eda提供商

6.6　使用专门工具的fpga设计顾问

6.7　开源、免费和低成本的设计工具

第7章　fpga与asic设计风格

7.1　引言

7.2　编码风格

7.3　流水线和逻辑层次

7.3.1　什么是流水线

7.3.2　电子系统中的流水线

7.3.3　逻辑层次

7.4　异步设计实践

7.4.1　异步结构

7.4.2　组合回路

7.4.3　延迟链

7.5　时钟考虑

7.5.1　时钟域

7.5.2　时钟平衡

7.5.3　门控时钟与使能时钟

7.5.4　pll和时钟调节电路

7.5.5　跨时钟域数据传输的可靠性

7.6　寄存器和锁存器考虑

7.6.1　锁存器

7.6.2　具有“置位”和“复位”输入的触发器

7.6.3　全局复位和初始化条件

7.7　资源共享（时分复用）

7.7.1　使用它或者放弃它

7.7.2　其他内容

7.8　状态机编码

7.9　测试方法学

第8章　基于原理图的设计流程

8.1　往昔的时光

8.2　eda初期

8.2.1　前端工具，如逻辑仿真

8.2.2　后端工具如版图设计

8.2.3　cae + cad = eda

8.3　简单的原理图驱动asic设计流程

8.4　简单（早期）的原理图驱动fpga设计流程

8.4.1　映射

8.4.2　包装

8.4.3　布局和布线

8.4.4　时序分析和布局布线后仿真

8.5 平坦的原理图与分层次的原理图

8.5.1　沉闷的扁平原理图

8.5.2　分等级（基于模块）的原理图

8.6　今天的原理图驱动设计流程

第9章　基于hdl的设计流程

9.1　基于原理图流程的问题

9.2　基于hdl设计流程的出现

9.2.1　不同的抽象层次

9.2.2　早期基于hdl的asic设计流程

9.2.3　早期基于hdl的fpga设计流程

9.2.4　知道结构的fpga流程

9.2.5　逻辑综合与基于物理的综合

9.3　图形设计输入的生活

9.4　绝对过剩的hdl

9.4.1　verilog hdl

9.4.2　vhdl和vital

9.4.3　混合语言设计

9.4.4　udl/i

9.4.5　superlog 和 systemverilog

9.4.6　systemc

9.5　值得深思的事

9.5.1　担心，非常担心

9.5.2　串行与并行多路复用器

9.5.3　小心锁存器

9.5.4　聪明地使用常量

9.5.5　资源共用考虑

9.5.6　还有一些不可忽视的内容

第10章　fpga设计中的硅虚拟原型

10.1　什么是硅虚拟原型

10.2　基于asic的svp方法

10.2.1　门级svp（由快速综合产生）

10.2.2　门级svp（由基于增益的综合产生）

10.2.3　团簇svp

10.2.4　基于rtl的svp

10.3　基于fpga的svp

10.3.1　交互式操作

10.3.2　增量式布局布线

10.3.3　基于rtl的fpgasvp

第11章　基于c/c++等语言的设计流程

11.1 传统的hdl设计流程存在的问题

11.2 c对c++与并行执行对顺序执行

11.3 基于systemc的设计流程

11.3.1 什么是systemc以及它从哪里来

11.3.2 systemc 1.0

11.3.3 systemc 2.0

11.3.4 抽象级

11.3.5 基于systemc设计流程的可选方案

11.3.6　要么喜爱它，要么讨厌它

11.4　基于增强型c/c++的设计流程

11.4.1　什么是增强型c/c++

11.4.2　可选择的增强型c/c++设计流程

11.5　基于纯c/c++的设计流程

11.6　综合的不同抽象级别

11.7　混合语言设计和验证环境

第12章　基于dsp的设计流程

12.1　dsp简介

12.2　可选择的dsp实现方案

12.2.1　随便选一个器件，不过不要让我看到是哪种器件

12.2.2　系统级评估和算法验证

12.2.3　在dsp内核中运行的软件

12.2.4　专用dsp硬件

12.2.5　与dsp相关的嵌入式fpga资源

12.3　针对dsp的以fpga为中心的设计流程

12.3.1　专用领域语言

12.3.2　系统级设计和仿真环境

12.3.3　浮点与定点表示

12.3.4　系统/算法级向rtl的转换（手工转换）

12.3.5　系统/算法级向rtl的转换（自动生成）

12.3.6　系统/算法级向c/c++的转换

12.3.7　模块级ip环境

12.3.8　别忘了测试平台

12.4　dsp与vhdl/verilog混合设计环境

第13章　基于嵌入式处理器的设计流程

13.1　引言

13.2　硬核与软核

13.2.1　硬核

13.2.2　微处理器软核

13.3　将设计划分为硬件和软件部分

13.4　硬件和软件的世界观

13.5　利用fpga作为自身的开发环境

13.6　增强设计的可见性

13.7　其他一些混合验证方法

13.7.1　rtl（vhdl或verilog）

13.7.2　c/c++、systemc等

13.7.3　硬件模拟器中的物理芯片

13.7.4　指令集仿真器

13.8　一个相当巧妙的设计环境

第14章　模块化设计和增量设计

14.1　将设计作为一个大的模块进行处理

14.2　将设计划分为更小的模块

14.2.1　模块化设计

14.2.2　增量设计

14.2.3　存在的问题

14.3　总有其他办法

第15章　高速设计与其他pcb设计注意事项

15.1　开始之前

15.2　我们都很年轻，因此

15.3　变革的时代

15.4　其他注意事项

15.4.1　高速设计

15.4.2　信号完整性分析

15.4.3　spice与ibis

15.4.4　起动功率

15.4.5　使用内部末端阻抗

15.4.6　串行或并行处理数据

第16章　观察fpga的内部节点

16.1　缺乏可见性

16.2　使用多路复用技术

16.3　专用调试电路

16.4　虚拟逻辑分析仪

16.5　虚拟线路

16.5.1　问题描述

16.5.2　虚拟线路解决方案

第17章　ip

17.1　ip的来源

17.2　人工优化的ip

17.2.1　未加密的rtl级ip

17.2.2　加密的rtl级ip

17.2.3　未经布局布线的网表级ip

17.2.4　布局布线后的网表级ip

17.3　ip核生成器

17.4　综合资料

第18章　asic设计与fpga设计之间的移植

18.1　可供选择的设计方法

18.1.1　只做fpga设计

18.1.2　fpga之间的转换

18.1.3　fpga到asic的转换

18.1.4　asic到fpga的转换

第19章　仿真、综合、验证等设计工具

19.1　引言

19.2　仿真（基于周期、事件驱动等）

19.2.1　什么是事件驱动逻辑仿真器

19.2.2　事件驱动逻辑仿真器发展过程简述

19.2.3　逻辑值与不同逻辑值系统

19.2.4　混合语言仿真

19.2.5　其他延迟格式

19.2.6　基于周期的仿真器

19.2.7　选择世界上最好的逻辑仿真器

19.3　综合（逻辑/hdl综合与物理综合）

19.3.1　逻辑/hdl综合技术

19.3.2　物理综合技术

19.3.3　时序重调、复制及二次综合

19.3.4　选择世界上最好的综合工具

19.4　时序分析（静态与动态）

19.4.1　静态时序分析

19.4.2　统计静态时序分析

19.4.3　动态时序分析

19.5　一般验证

19.5.1　验证ip

19.5.2　验证环境和创建testbench

19.5.3　分析仿真结果

19.6　形式验证

19.6.1　形式验证的不同种类

19.6.2　形式验证究竟是什么

19.6.3　术语及定义

19.6.4　其他可选的断言/属性规范技术

19.6.5　静态形式验证和动态形式验证

19.6.6　各种语言的总结

19.7　混合设计

19.7.1　hdl语言到c语言的转换

19.7.2　代码覆盖率

19.7.3　性能分析

第20章　选择合适的器件

20.1　丰富的选择

20.2　要是有选型工具就好了

20.3　工艺

20.4　基本资源和封装

20.5　通用i/o接口

20.6　嵌入式乘法器、ram等

20.7　嵌入式处理器核

20.8　吉比特i/o能力

20.9　可用的ip

20.10　速度等级

20.11　轻松的注解

第21章　吉比特收发器

21.1　引言

21.2　差分对

21.3　多种多样的标准

21.4　8bit/10bit编码等

21.5　深入收发器模块内部

21.6　组合多个收发器

21.7　可配置资源

21.7.1　逗号检测

21.7.2　差分输出摆幅

21.7.3　片内末端电阻

21.7.4　预加重

21.7.5　均衡化

21.8　时钟恢复、抖动和眼图

21.8.1　时钟恢复

21.8.2　抖动和眼图

第22章　可重配置计算

22.1　可动态重配置逻辑

22.2　可动态重配置互连线

22.3　可重配置计算

第23章　现场可编程节点阵列

23.1　引言

23.2　算法评估

23.3　picochip公司的picoarray技术

23.3.1　一个理想的picoarray应用：无线基站

23.3.2　picoarray设计环境

23.4　quicksilver公司的acm技术

23.4.1　设计混合节点

23.4.2　系统控制器节点、输入输出节点及其他节点

23.4.3　空间与时间分割

23.4.4　在acm上创建和运行程序

23.4.5　还有更多的内容

23.5　这就是硅，但与我们知道的并不相同

第24章　独立的设计工具

24.1　引言

24.2　paracore architect

24.2.1　产生浮点处理功能模块

24.2.2　产生fft功能模块

24.2.3　基于网络的接口

24.3　confluence系统设计语言

24.3.1　一个简单的例子

24.3.2　还有更多的功能

24.3.3　免费评估版本

24.4　你是否具有这种工具

第25章　创建基于开源的设计流程

25.1　如何白手起家创办一家fpga设计工作室

25.2　开发平台：linux

25.3　验证环境

25.3.1　icarus verilog

25.3.2　dinotrace和gtkwave

25.3.3　covered代码覆盖率工具

25.3.4　verilator

25.3.5　python

25.4　形式验证

25.4.1　开源模型检查

25.4.2　基于开源的自动推断

25.4.3　真正的问题是什么

25.5　访问公共ip元件

25.5.1　opencores

25.5.2　ovl

25.6　综合与实现工具

25.7　fpga开发板

25.8　综合材料

第26章　fpga未来的发展

26.1　一种担忧

26.2　下一代结构和技术

26.2.1　十亿晶体管级器件

26.2.2　超快速i/o

26.2.3　超快速配置

26.2.4　更多的硬ip

26.2.5　模拟与混合信号器件

26.2.6　asmbl与其他结构

26.2.7　不同的结构粒度

26.2.8　asic结构中的嵌入式fpga内核

26.2.9　asic和fpga结构中嵌入fpna内核或者相反

26.2.10　基于mram的器件

26.3　设计工具

26.4　期待意外的发生

附录a　信号完整性简介

附录b　深亚微米延迟效应

附录c　线性移位寄存器

术语表

索引

编辑推荐

　　《FPGA设计指南：器件、工具和流程》适用于使用FPGA进行设计的工程师、进行嵌入式应用任务开发的软件工程师以及高等院校电气工程专业的师生。

作者简介

本书用简洁的语言向读者展示了什么是fpga、fpga如何工作、如何对fpga编程以及fpga设计中遇到的各种概念、器件和工具，如传统的基于hdl/rtl的仿真和逻辑综合、最新的纯c/c++设计捕获和综合技术以及基于dsp的设计流程。另外，本书还涉及大量丰富的、工程师所需的技术细节。

本书适用于使用fpga进行设计的工程师、进行嵌入式应用任务开发的软件工程师以及高等院校电气工程专业的师生。

图书封面

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