FPGA系統設計（簡體書）

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、硬件描述語言Verilog、FPGA基礎電路設計、邏輯綜合、Synplify與DC工具使用、測試平臺的撰寫以及ModelSim的使用；重點對卷積神經網絡(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設計中的應用。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，書中給出的源代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源代碼。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。

序前言第1章FPGA設計概論111FPGA芯片結構與特點112FPGA工作原理313FPGA主要器件4131Xilinx4132Altera814FPGA設計流程1215FPGA開發工具 1516FPGA應用17第2章硬件描述語言Verilog1821Verilog HDL的基本規範19211標識符19212轉義標識符19213空白符19214注釋1922數據類型20221邏輯值20222線網與寄存器20223數字的表示21224向量22225數組23226參數23227字符串2323運算符24231算術運算符24232邏輯操作符24233關係運算符24234按位操作符25235縮減操作符25236移位操作符26237拼接操作符26238重複操作符26239條件操作符262310操作符的優先級2624模塊27FPGA系統設計目錄241模塊的基本概念27242模塊的例化30243模塊的測試3325過程語句34251兩個過程34252寄存器變量的過程賦值35253線網變量的連續賦值36254時序控制36255順序代碼塊與並行代碼塊3826流程控制3927任務和函數4028系統任務4029編譯指令40210阻塞賦值與非阻塞賦值41第3章FPGA基礎電路設計4331組合電路4332時序電路4733數據通路57331加法器基礎理論57332常用數據通路設計63第4章邏輯綜合6841邏輯綜合目的6842DC綜合69421準備Design Compiler啟動腳本文件70422約束文件70423報告分析77424優化的參數選擇80425關於綜合結果8043Synplify的綜合設計8144HDL的可綜合性設計88441狀態機設計89442實例化資源90443綜合選項90第5章testbench與ModelSim仿真9351testbench實例93511產生時鐘信號98512提供激勵信號99513顯示結果100514Verilog HDL testbench實例101515自動驗證103516自我檢查testbench103517編寫testbench的準則10352仿真工具ModelSim104第6章基於HDL的卷積神經網絡的實現10961引言10962設計的架構與設計特點109621設計的架構109622加速模塊的設計特點11063加速器控制器accelerator_controller的實現110631寄存器的定義110632可讀寫寄存器的寫操作111633所有寄存器的讀操作113634只讀寄存器的更新115635加速器控制器端口的補充說明11664DDR讀寫模塊data_transfer的實現117641寫通道模塊write_channel的實現118642讀通道模塊的實現13165加速模塊cnnff_fpga的實現135651cnnff_fpga的整體構成135652第一卷積層conv1的實現137653第二卷積層conv2的實現148654全連接層fc的實現156655第一下採樣層samp1的實現159656激活函數計算及相關公共模塊的實現160657使用各層構建整個網絡16366在Vivado上的實踐165661在Vivado上實現一個卷積神經網絡加速系統165662軟件代碼講解191663上板實踐19667本章小結20068附錄:卷積神經網絡的簡介201第7章數字直放站的FPGA設計20371直放站FPGA系統設計20372數據接口204721ADC接口204722DAC接口211723SPI接口21373信號處理部分216731數據的抽取和內插2167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23981永磁同步電動機矢量控制系統簡介23982系統的硬件平臺24183軟件開發平臺24384FPGA片上電路設計24585實驗驗證276第9章可靠性設計――DO25428191DO25428192FPGA與DO254282921DO254 基本情況282922DO254硬件的生命週期283923規劃284924硬件安全性評價284925硬件設計流程284926支持流程285927文檔和組織28593DO254標準和美國聯邦航空局286931聯邦航空局授權審查286932美國聯邦航空局的介入程度286933DO254附加的主題28694DO254項目的FPGA工具流程287941評估288942合格認證28895FPGA設計的工具流程288951需求獲取288952概要設計289953詳細設計289954實施289955生產轉化2909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坐標變換模塊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實驗八程序燒寫347實驗九Vivado HLS設計流程實驗353實驗十基於SoC平臺的圖像顯示364實驗十一基於SoC平臺的以太網通信及圖像顯示376參考文獻384