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本書以Xilinx公司（目前已被AMD公司收購）的7系列FPGA、UltraScale/UltraScale+ FPGA和Versal ACAP內(nèi)部架構(gòu)為基礎(chǔ)，介紹與之匹配的RTL代碼的風(fēng)格（采用VHDL語言）和基于Vivado的設(shè)計(jì)分析方法。全書共10章，包括時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)、組合邏輯、觸發(fā)器、移位寄存器、存儲器、乘加運(yùn)算單元和狀態(tài)機(jī)的代碼風(fēng)格和優(yōu)化方法，也包含扇出和布線擁塞的優(yōu)化方法。本書可供電子工程領(lǐng)域的本科生和研究生學(xué)習(xí)參考，也可供FPGA工程師和自學(xué)者參考使用。

作者簡介

高亞軍，F(xiàn)PGA技術(shù)分享者，設(shè)計(jì)優(yōu)化和時(shí)序收斂專家，Vivado工具使用專家，數(shù)字信號處理專家，現(xiàn)任Xilinx資深戰(zhàn)略應(yīng)用工程師，多年來使用Xilinx FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理算法，對Xilinx FPGA器件架構(gòu)、開發(fā)工具Vivado/Vitis HLS/Model Composer及其設(shè)計(jì)理念有深厚的理論和實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。

目錄

第1章 FPGA技術(shù)分析 1
1．1　芯片架構(gòu)的演變 1
1．2　設(shè)計(jì)方法的演變 15
1．3　面臨的挑戰(zhàn) 20
1．4　四大基本原則 22
1．4．1 硬件原則 23
1．4．2 同步原則 24
1．4．3 流水原則 25
1．4．4 面積與速度的平衡與互換原則 27
1．5　性能指標(biāo) 29
1．6　思考空間 31
第2章 優(yōu)化時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò) 32
2．1　時(shí)鐘資源 32
2．1．1 7系列FPGA中的時(shí)鐘資源 32
2．1．2 UlatraScale/UltraScale+ FPGA中的時(shí)鐘資源 42
2．1．3 Versal ACAP中的時(shí)鐘資源 47
2．2　時(shí)鐘偏移 52
2．3　時(shí)鐘抖動 64
2．4　安全的時(shí)鐘啟動方式 71
2．5　時(shí)鐘規(guī)劃 75
2．6　創(chuàng)建輸出時(shí)鐘 79
2．7　思考空間 80
第3章 優(yōu)化組合邏輯 81
3．1　組合邏輯資源 81
3．2　譯碼器與編碼器 82
3．2．1 譯碼器代碼風(fēng)格 82
3．2．2 編碼器代碼風(fēng)格 93
3．3　多路復(fù)用器與多路解復(fù)用器 104
3．3．1 多路復(fù)用器代碼風(fēng)格 104
3．3．2 多路解復(fù)用器代碼風(fēng)格 117
3．4　加法器與累加器 119
3．4．1 加法器代碼風(fēng)格 119
3．4．2 累加器代碼風(fēng)格 134
3．5　其他組合邏輯電路 149
3．5．1 移位器代碼風(fēng)格 149
3．5．2 比較器代碼風(fēng)格 153
3．5．3 奇偶校驗(yàn)電路代碼風(fēng)格 166
3．5．4 二進(jìn)制碼與格雷碼互轉(zhuǎn)電路代碼風(fēng)格 167
3．6　避免組合邏輯環(huán)路 170
3．7　思考空間 171
第4章 優(yōu)化觸發(fā)器 172
4．1　觸發(fā)器資源 172
4．1．1 7系列FPGA中的觸發(fā)器資源 172
4．1．2 UltraScale/UltraScale+ FPGA中的觸發(fā)器資源 174
4．1．3 Versal ACAP中的觸發(fā)器資源 175
4．2　建立時(shí)間和保持時(shí)間 179
4．3　亞穩(wěn)態(tài) 181
4．4　控制集 184
4．5　復(fù)位信號的代碼風(fēng)格 189
4．5．1 異步復(fù)位還是同步復(fù)位 189
4．5．2 全局復(fù)位還是局部復(fù)位 192
4．5．3 是否需要上電復(fù)位 195
4．6　同步邊沿檢測電路代碼風(fēng)格 199
4．7　串并互轉(zhuǎn)電路代碼風(fēng)格 201
4．8　避免意外生成的鎖存器 206
4．9　思考空間 209
第5章 優(yōu)化移位寄存器 211
5．1　移位寄存器資源 211
5．1．1 7系列FPGA中的移位寄存器資源 211
5．1．2 UltraScale/UltraScale+ FPGA中的移位寄存器資源 212
5．1．3 Versal ACAP中的移位寄存器資源 212
5．2　移位寄存器的代碼風(fēng)格 216
5．3　移位寄存器的應(yīng)用場景 227
5．4　管理時(shí)序路徑上的移位寄存器 228
5．5　思考空間 232
第6章 優(yōu)化存儲器 234
6．1　存儲器資源 234
6．1．1 分布式RAM 234
6．1．2 BRAM 235
6．1．3 UltraRAM 242
6．2　單端口RAM代碼風(fēng)格 246
6．3　簡單雙端口RAM代碼風(fēng)格 266
6．4　真雙端口RAM代碼風(fēng)格 276
6．5　RAM的初始化與ROM代碼風(fēng)格 284
6．6　同步FIFO代碼風(fēng)格 287
6．7　異步FIFO代碼風(fēng)格 301
6．8　平衡BlockRAM的功耗與性能 310
6．9　異構(gòu)RAM 312
6．10　以IP方式使用RAM和FIFO 312
6．11　以XPM方式使用RAM或FIFO 319
6．12　管理時(shí)序路徑上的BRAM和UltraRAM 322
6．13　思考空間 328
第7章 優(yōu)化乘加運(yùn)算單元 329
7．1　乘加器資源 329
7．1．1 7系列FPGA中的乘加器資源 329
7．1．2 UltraScale/UltraScale+ FPGA中的乘加器資源 332
7．1．3 Versal ACAP中的乘加器資源 332
7．2　以乘法為核心運(yùn)算的代碼風(fēng)格 335
7．3　復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算代碼風(fēng)格 363
7．4　向量內(nèi)積代碼風(fēng)格 378
7．5　以加法為核心運(yùn)算的電路結(jié)構(gòu) 380
7．6　管理時(shí)序路徑上的乘加器 386
7．7　思考空間 387
第8章 優(yōu)化狀態(tài)機(jī) 388
8．1　基本概念 388
8．2　狀態(tài)機(jī)代碼風(fēng)格 390
8．3　狀態(tài)編碼方式 410
8．4　基于ROM的控制器 413
8．5　思考空間 416
第9章 優(yōu)化扇出 417
9．1　生成扇出報(bào)告 417
9．2　利用設(shè)計(jì)流程降低扇出 419
9．3　利用約束降低扇出 421
9．4　從代碼層面降低扇出 424
9．5　改善扇出的正確流程 424
9．6　思考空間 425
第10章 優(yōu)化布線擁塞 426
10．1　布線擁塞的三種類型 426
10．2　利用設(shè)計(jì)流程改善布線擁塞 428
10．3　利用約束緩解布線擁塞 429
10．4　從代碼層面降低布線擁塞程度 430
10．5　緩解布線擁塞的正確流程 430
10．6　思考空間 432

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