第1章 FPGA技术分析 1
1.1 芯片架构的演变 1
1.2 设计方法的演变 15
1.3 面临的挑战 20
1.4 四大基本原则 22
1.4.1 硬件原则 23
1.4.2 同步原则 24
1.4.3 流水原则 25
1.4.4 面积与速度的平衡与互换原则 27
1.5 性能指标 29
1.6 思考空间 31
第2章 优化时钟网络 32
2.1 时钟资源 32
2.1.1 7系列FPGA中的时钟资源 32
2.1.2 UlatraScale/UltraScale+ FPGA中的时钟资源 42
2.1.3 Versal ACAP中的时钟资源 47
2.2 时钟偏移 52
2.3 时钟抖动 64
2.4 安全的时钟启动方式 71
2.5 时钟规划 75
2.6 创建输出时钟 79
2.7 思考空间 80
第3章 优化组合逻辑 81
3.1 组合逻辑资源 81
3.2 译码器与编码器 82
3.2.1 译码器代码风格 82
3.2.2 编码器代码风格 93
3.3 多路复用器与多路解复用器 104
3.3.1 多路复用器代码风格 104
3.3.2 多路解复用器代码风格 117
3.4 加法器与累加器 119
3.4.1 加法器代码风格 119
3.4.2 累加器代码风格 134
3.5 其他组合逻辑电路 149
3.5.1 移位器代码风格 149
3.5.2 比较器代码风格 153
3.5.3 奇偶校验电路代码风格 166
3.5.4 二进制码与格雷码互转电路代码风格 167
3.6 避免组合逻辑环路 170
3.7 思考空间 171
第4章 优化触发器 172
4.1 触发器资源 172
4.1.1 7系列FPGA中的触发器资源 172
4.1.2 UltraScale/UltraScale+ FPGA中的触发器资源 174
4.1.3 Versal ACAP中的触发器资源 175
4.2 建立时间和保持时间 179
4.3 亚稳态 181
4.4 控制集 184
4.5 复位信号的代码风格 189
4.5.1 异步复位还是同步复位 189
4.5.2 全局复位还是局部复位 192
4.5.3 是否需要上电复位 195
4.6 同步边沿检测电路代码风格 199
4.7 串并互转电路代码风格 201
4.8 避免意外生成的锁存器 206
4.9 思考空间 209
第5章 优化移位寄存器 211
5.1 移位寄存器资源 211
5.1.1 7系列FPGA中的移位寄存器资源 211
5.1.2 UltraScale/UltraScale+ FPGA中的移位寄存器资源 212
5.1.3 Versal ACAP中的移位寄存器资源 212
5.2 移位寄存器的代码风格 216
5.3 移位寄存器的应用场景 227
5.4 管理时序路径上的移位寄存器 228
5.5 思考空间 232
第6章 优化存储器 234
6.1 存储器资源 234
6.1.1 分布式RAM 234
6.1.2 BRAM 235
6.1.3 UltraRAM 242
6.2 单端口RAM代码风格 246
6.3 简单双端口RAM代码风格 266
6.4 真双端口RAM代码风格 276
6.5 RAM的初始化与ROM代码风格 284
6.6 同步FIFO代码风格 287
6.7 异步FIFO代码风格 301
6.8 平衡BlockRAM的功耗与性能 310
6.9 异构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 管理时序路径上的BRAM和UltraRAM 322
6.13 思考空间 328
第7章 优化乘加运算单元 329
7.1 乘加器资源 329
7.1.1 7系列FPGA中的乘加器资源 329
7.1.2 UltraScale/UltraScale+ FPGA中的乘加器资源 332
7.1.3 Versal ACAP中的乘加器资源 332
7.2 以乘法为核心运算的代码风格 335
7.3 复数乘法运算代码风格 363
7.4 向量内积代码风格 378
7.5 以加法为核心运算的电路结构 380
7.6 管理时序路径上的乘加器 386
7.7 思考空间 387
第8章 优化状态机 388
8.1 基本概念 388
8.2 状态机代码风格 390
8.3 状态编码方式 410
8.4 基于ROM的控制器 413
8.5 思考空间 416
第9章 优化扇出 417
9.1 生成扇出报告 417
9.2 利用设计流程降低扇出 419
9.3 利用约束降低扇出 421
9.4 从代码层面降低扇出 424
9.5 改善扇出的正确流程 424
9.6 思考空间 425
第10章 优化布线拥塞 426
10.1 布线拥塞的三种类型 426
10.2 利用设计流程改善布线拥塞 428
10.3 利用约束缓解布线拥塞 429
10.4 从代码层面降低布线拥塞程度 430
10.5 缓解布线拥塞的正确流程 430
10.6 思考空间 432
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