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2024年3月21日发(作者：url什么意思)
FPGA已采用最先进的65纳米工艺，达到上千万门的逻辑资源，包括块RAM、乘法器、
DSP和DCM等硬件模块，嵌入处理器硬核和软核，可以在单片上实现嵌入式系统，满足高
性能DSP应用的要求。本书从需求分析出发，介绍配套的设计方法和设计软件，协助电子
工程师以最小的风险和最快的速度将产品推向市场。
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内 容 简 介
本书基于全球最大的可编程逻辑器件生产厂商美国Xilinx公司 系列FPGA产品，系统
介绍了最新FPGA的内部结构、设计流程和ISE8.1i开发工具；全面介绍了FPGA实现嵌入
式系统的基本原理和利用FPGA实现嵌入式系统的设计方法。在详细介绍硬件描述语言
VHDL的基础上，如何利用VHDL语言设计数字系统，通过综合在FPGA上实现所设计系
统的功能；利用可执行技术条件的基于模型的设计方法，对设计的DSP系统进行建模、仿
真和优化，以及通过代码生成，自动转换到硬件实现的过程；利用嵌入处理器软核构造和裁
剪嵌入式系统的设计方法，在单个FPGA芯片上利用软/硬件协同设计的方法，合理地配置
资源，实现多处理器的嵌入式系统。
本书立足于工程实践，结合作者多年嵌入式系统和可编程逻辑器件的开发和教学经验，
内容丰富，取材新颖，可为相关专业工程技术人员、研究生在设计和使用嵌入式系统提供参
考，也可作为高等学校电子电气信息类、仪器仪表类、自动化类及其他相近专业高年级本科
生的教学参考书。
本书相关的VHDL设计例程和DSP、嵌入式处理器的设计实例可到华信教育网
（http:）上下载。
前
言
半导体技术一直遵循著名的摩尔定律持续地发展，回顾半导体的发展历史，当一种技术
具有可编程特性时，它就会处于支配的地位，目前FPGA器件不仅仅是逻辑门、布线资源
和I/O是可编程的，随着半导体工艺采用90纳米和65纳米后乃至不久将推出的45纳米工
艺，在FPGA中增加了许多硬件核，如存储器、时钟管理和算法功能，直到增加嵌入处理
器硬核和软核等，也就是在DSP和嵌入处理器等关键领域发展可编程技术，FPGA已经成
为在单片器件上同时提供可编程逻辑、高性能DSP和嵌入式处理器的系统级（SOC）芯片。
在密度和性能提高的同时，成本和功耗也极大地降低，使得FPGA在更多的应用领域成为
市场的主流。
FPGA技术的关键在于用户可编程特性，利用FPGA作为高度并行处理引擎，实现DSP
系统可以提供极高性能的信号处理能力，以及利用FPGA实现嵌入式SOC系统可以提供一
系列嵌入式处理器，使用相同的外设和IP，在单个芯片上可以无缝地协同工作，同时与逻
辑功能和DSP算法很好地结合。而且利用FPGA设计嵌入式系统可以满足样机开发周期短
和产品上市时间快的要求，方便和快速地构造和仿真很复杂的系统，随着用户需要的变化或
设计错误的发现，可以随时升级或修改。目前，围绕嵌入式系统展开研究和开发，已经成为
计算机软硬件技术发展最活跃的方向之一。而由FPGA设计嵌入式系统已经成为制造业的核
心技术并被广泛地应用到工业控制、仿真系统、医疗仪器、信息家电、通信设备等领域。
由于利用片上系统SOC集成的终端产品的复杂度不断增长，以及传统的硬件和软件部
件和设计方法的限制，使得设计复杂SOC器件要求以处理器为中心的设计新方法，基本的
积木块是可配置的微处理器核，FPGA能够提供一系列嵌入式处理器硬核和软核可以满足设
计复杂SOC的需要。而在设计大型实时嵌入式信号处理系统时，将要求的技术条件转换成
可执行的模块，这些模块变换成计算和通信的应用程序接口，由于FPGA是硬件实现DSP，
能够满足高性能的信号处理系统提出的技术要求，可以利用MATLAB的基于模型的设计方
法由可执行模块进行系统建模、仿真和优化，并生成硬件实现的描述或网表进行综合和实现。
本书重点讨论了这些基本的设计原理及实现方法，为更复杂系统的设计提供了较有价值的参
考。
本书在介绍基于Xilinx-FPGA为设计平台的实现嵌入式系统的基本原理的基础上，全面
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讲述了利用FPGA实现嵌入式系统的设计方法。在介绍硬件描述语言VHDL的基础上，详
细阐述了如何利用VHDL语言设计数字系统并通过综合在FPGA上实现所设计系统的功能；
引入了利用可执行技术条件的基于模型的设计方法，对设计的DSP系统进行建模、仿真和
优化以及通过代码生成，自动转换到硬件实现的过程；同时还深入介绍了利用嵌入处理器软
核构造和裁剪嵌入式系统的设计方法，在单个FPGA芯片上利用软/硬件协同设计的方法，
合理地配置资源，实现多处理器的嵌入式系统。
本书的作者较早接触FPGA技术，深切感受到FPGA技术是数字系统设计的最佳途径。
但是，目前专门讲述FPGA设计及应用方面的中文书籍尤其是关于Xilinx-FPGA的最新资料
还很少，更多情况下需要设计人员直接查找和阅读相关英文资料。然而FPGA设计技术是
一项实践性非常强的专业技术，需要一定的经验积累。为了能给更多的相关设计人员提供有
益的参考并尽快掌握FPGA设计技术，作者查阅和参考了大量的中英文资料，并根据在中
国电子学会教育部、国防科学技术工业委员会信息中心等在各地举办的“FPGA嵌入式系统”
培训班所涉及的研讨内容，以及参加由Xilinx公司组织的各种培训班学习的基础上，结合
科研和工程实践经验，总结在学校教学和研究生课程等多方面积累整理后写成此书。本书的
内容上尽量涉及相应技术的最新发展和最新的软件和硬件。
由于利用FPGA实现嵌入式系统是一项非常实用的技术，本书在介绍基本原理的基础
上，对使用的设计软件进行了详尽的介绍，便于读者进行实践和操作。除了本书的内容之外，
在电子工业出版社的网站上（）提供了数字系统设计、DSP系统设计和嵌
入处理器设计等有关的设计实例，供读者参考。考虑读者可能有不同的实验硬件，网站上也
提供一些实验硬件的参考材料和设计例子，包括清华大学科教仪器厂生产的低价位的
TXH3E-1实验板。在Xilinx公司资助的中国首个FPGA开源硬件社区——Openhard
()，可以交流开发FPGA嵌入式系统的经验和体会。
由于电子技术发展极其迅速，本书介绍的内容是有关最新技术的基本概念和主要的设计
方法和使用操作，更深入的技术内容和开发方法限于篇幅没有列入本书的范围，有待读者熟
练后再深入和掌握。
清华大学电子工程系和上海理工大学电气工程学院的有关教师、研究生和本科生为本书
的出版贡献了他们的力量，他们是张卫杰、贾志鹏、邹祥、孙智、周伟、施顺国、谢明、杨
滨、刘义红、郭强、李秋实、单洪刚、刘洋等，对于他们为本书所作的工作表示感谢。
由于时间仓促、水平有限、对于有关技术的掌握和理解有局限，书中错误难免，欢迎读
者批评指正。
孟宪元mengxy@
钱伟康 elelsec@
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