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第1章 简介 1

1.1嵌入式系统 3

1.1.1嵌入式系统和通用计算机 4

1.1.2硬件、软件和FPGA 5

1.1.3执行模型 5

1.2设计的挑战 8

1.2.1设计生命周期 8

1.2.2成功的度量 9

1.2.3成本 12

1.3平台FPGA 15

1.A光谱仪示例 17

1.A.1场景 18

1.A.2两种解决方案 18

1.A.3讨论 19

1.B平台FPGA工具链简介 20

1.B.1 Xilinx Platform Studio入门 21

1.B.2使用Xilinx平台工作室 22

习题 32

参考文献 33

第2章 目标 35

2.1 CMOS晶体管 36

2.2可编程逻辑器件 38

2.3现场可编程门阵列 40

2.3.1函数发生器 40

2.3.2存储元件 41

2.3.3逻辑单元 42

2.3.4逻辑块 42

2.3.5输入/输出块 42

2.3.6特殊用途功能块 43

2.4硬件描述语言 46

2.4.1 VHDL 46

2.4.2 Verilog 54

2.4.3其他高级HDL 59

2.5从HDL到配置位流 59

2.A Xilinx Virtex 5 64

2.A.1查找表 65

2.A.2 Slice 65

2.A.3可配置逻辑块 66

2.A.4块RAM 67

2.A.5 DSP Slice 67

2.A.6选择I/o 68

2.A.7高速串口收发器 69

2.A.8时钟 69

2.A.9 PowerPC 440 70

2.B Xilinx集成软件环境 71

2.C创建和生成自定义IP 77

2.C.1 Xilinx核生成器 77

2.C.2创建/导入外设向导 81

2.C.3硬核项目目录 87

习题 89

参考文献 90

第3章 系统设计 93

3.1系统设计的准则 94

3.1.1设计质量 94

3.1.2模块和接口 96

3.1.3抽象和状态 99

3.1.4内聚和耦合 100

3.1.5设计可重用元件 102

3.2控制流图 103

3.3硬件设计 105

3.3.1平台FPGA的起源 105

3.3.2平台FPGA元件 107

3.3.3完善平台FPGA系统 112

3.3.4装配自定义计算核 114

3.4软件设计 120

3.4.1系统软件选项 120

3.4.2根文件系统 122

3.4.3交叉开发工具 123

3.4.4监视器和引导程序 123

3.A平台FPGA架构设计 126

3.A.1关联Xilinx EDK和IBM核 126

3.A.2构建基本系统 130

3.A.3增强基本系统 130

3.A.4 XPS项目文件 131

3.A.5实践示例：浮点加法器 133

3.A.6基本系统 133

3.A.7创建和导入外设向导 133

3.A.8核发生器 134

3.A.9用户逻辑 135

3.A.10修改硬核项目文件 139

3.A.11基本系统的硬核连接 140

3.A.12测试系统 140

3.B嵌入式GNU/Linux系统 142

3.B.1 Unix文件系统的组织结构 142

3.B.2配置软件和工具 144

3.B.3交叉开发工具和库 148

3.B.4交叉编译Linux 151

3.B.5建立根文件系统 154

3.B.6在ML510开发板上启动Linux 156

习题 157

参考文献 158

第4章 划分 161

4.1划分问题概述 162

4.1.1配置简档表 163

4.1.2性能分析 164

4.1.3实际应用 164

4.2划分问题的分析法解决方案 164

4.2.1基本定义 165

4.2.2期望性能增益 167

4.2.3资源的考虑 168

4.2.4分析方法 169

4.3通信 171

4.3.1调用/协调 173

4.3.2状态转移 176

4.4实践问题 180

4.4.1分析问题 180

4.4.2数据结构 182

4.4.3操作特征大小 183

4.A使用gprof调试 184

4.B Linux内核 188

4.B.1内核模块 188

4.B.2地址空间 190

4.B.3应用程序视图 192

4.B.4字符型设备驱动器 193

4.B.5总结 195

习题 195

参考文献 198

第5章 空间设计 199

5.1并行的原理 200

5.1.1并行粒度 201

5.1.2并行度 202

5.1.3空间组织结构 203

5.2确认并行性 207

5.2.1排序 208

5.2.2依赖性 208

5.2.3一致依赖向量 212

5.3平台FPGA的空间并行 214

5.3.1 FPGA硬核中的并行 215

5.3.2 FPGA设计中的并行 219

5.A有益于空间设计的VHDL探讨 220

5.A.1常量和类属 220

5.A.2用户定义类型 221

5.A.3生成语句 223

5.A.4设计约束 224

5.B调试平台FPGA设计 225

5.B.1仿真 225

5.B.2软件可访问寄存器 228

5.B.3 Xilinx ChipScope 229

习题 235

参考文献 236

第6章 带宽管理 237

6.1均衡带宽 238

6.1.1 Kahn处理网络 239

6.1.2同步设计 241

6.1.3异步设计 241

6.2平台FPGA带宽技术 241

6.2.1片上和片外存储器 242

6.2.2流式仪表数据 250

6.2.3实际问题 252

6.3可扩展性设计 253

6.3.1可扩展性约束 253

6.3.2可扩展性解决方案 256

6.A片上存储器访问 259

6.A.1 FIFO 259

6.A.2块RAM 260

6.A.3本地链接接口 261

6.B片外存储器访问 263

6.B.1可编程1/0 263

6.B.2中央DMA控制器 263

6.B.3总线主控装置 265

6.B.4本地端口接口 270

习题 277

参考文献 277

第7章 外围世界 279

7.1点对点通信 280

7.1.1 RS-232串口通信协议 280

7.1.2其他低速通信 281

7.2互联网络通信 281

7.2.1概念 281

7.2.2应用程序接口 284

7.2.3高层协议 287

7.2.4操作系统配置 290

7.A高速串口通信 291

7.A.1 Rocket IO 291

7.A.2 Aurora示例 292

7.A.3本地链接接口 293

7.A.4时钟修正 293

7.A.5误差测试 294

7.A.6环回 294

7.B低速通信 294

7.B.1生成硬件基本系统 294

7.B.2设计测试 299

习题 299

参考文献 300

术语表 301