商品描述
本書圍繞Xilinx新一代28nm工藝芯片7系列FPGA，結合Xilinx新一代開發工具Vivado以及針對算法開發的Vivado HLS和System Generator，講解了數字信號處理中的經典算法在FPGA上的實現方法。第2版保持了第1版的主題——如何將理論算法轉化為工程實現，新增了算法的Matlab代碼描述；增加了部分算法的System Generator模型。 講解了FPGA實現時的一些細節問題如復位、跨時鐘域設計等。
作者簡介
目錄大綱
目 錄
第 章 現場可編程門陣列技術分析 1
1.1 FPGA內部結構分析 1
1.1.1 FPGA在大規模集成電路中的定位 1
1.1.2 傳統的FPGA內部結構分析 2
1.1.3 SoC FPGA內部結構分析 7
1.2 FPGA設計流程分析 9
1.2.1 傳統的FPGA設計流程 9
1.2.2 SoC FPGA設計流程 13
1.3 FPGA調試方法分析 16
1.3.1 ILA使用方法 16
1.3.2 VIO使用方法 18
參考文獻 19
第 章 跨越鴻溝：從算法到硬件實現 20
2.1 數字信號處理系統架構分析 20
2.2 數字信號處理系統設計方法 24
2.2.1 傳統的RTL設計方法 24
2.2.2 基於模型的設計方法 27
2.2.3 高層次綜合設計方法 30
2.2.4 三種設計方法的融合 32
2.3 FPGA設計性能描述指標 33
2.4 FPGA設計中的數據格式 36
2.4.1 浮點數基礎知識 36
2.4.2 定點數基礎知識 39
2.4.3 浮點數與定點數的比較 44
2.4.4 浮點數到定點數的轉換 45
2.5 Xilinx開發工具對浮點數與定點數的支持 47
2.5.1 System Generator對浮點數與定點數的支持 47
2.5.2 Vivado HLS對浮點數與定點數的支持 51
參考文獻 53
第 章 數字信號處理中的基本運算 54
3.1 加法運算 54
3.1.1 一位全加器 54
3.1.2 二進制加法原理 55
3.1.3 復數加法 58
3.1.4 加法樹與加法鏈 59
3.2 累加運算 60
3.2.1 累加原理 60
3.2.2 順序累加器 60
3.2.3 滑動累加器 61
3.3 乘法運算 63
3.3.1 二進制乘法原理 63
3.3.2 基於移位相加的乘法器 65
3.3.3 基於ROM的乘法器 67
3.3.4 與固定數相乘的乘法器（KCM） 73
3.3.5 復數乘法 76
3.4 除法運算 77
3.4.1 基於恢復余數（Restoring）算法的除法器 77
3.4.2 基於不恢復余數（Non-Restoring）算法的除法器 80
3.4.3 基於級數展開算法的除法器 84
3.4.4 基於Newton-Raphson算法的除法器 87
3.5 開方運算 89
3.5.1 基於不恢復余數算法的開方運算 89
3.5.2 基於非線性IIR濾波器算法的開方運算 95
3.5.3 復數求模 100
3.6 CORDIC算法 103
3.6.1 CORDIC算法之圓周系統及其數學應用 103
3.6.2 CORDIC算法之線性系統及其數學應用 113
3.6.3 CORDIC算法之雙曲系統及其數學應用 116
3.6.4 統一的CORDIC算法形式 120
3.6.5 CORDIC算法的硬件實現 121
參考文獻 126
第 章 FIR數字濾波器 127
4.1 FIR濾波器基本理論 127
4.1.1 直接型結構的FIR濾波器 127
4.1.2 轉置型結構的FIR濾波器 129
4.1.3 線性相位FIR濾波器 131
4.2 串行FIR濾波器 133
4.2.1 基於移位寄存器的串行FIR濾波器 133
4.2.2 基於雙端口RAM的串行FIR濾波器 136
4.2.3 系數對稱的串行FIR濾波器的設計 139
4.2.4 兩種串行結構的FIR濾波器性能比較 142
4.3 全並行FIR濾波器 143
4.3.1 基於直接型結構的全並行FIR濾波器 143
4.3.2 基於轉置型結構的全並行FIR濾波器 144
4.3.3 基於脈動結構的全並行FIR濾波器 145
4.3.4 系數對稱的全並行FIR濾波器的設計 147
4.3.5 三種全並行結構的FIR濾波器性能比較 148
4.4 半並行FIR濾波器 148
4.4.1 基於移位寄存器的半並行FIR濾波器 148
4.4.2 基於多片雙端口RAM的半並行FIR濾波器 153
4.4.3 基於單片單端口RAM的半並行FIR濾波器 155
4.4.4 系數對稱的半並行FIR濾波器的設計 159
4.4.5 三種半並行結構的FIR濾波器性能比較 162
4.5 分布式FIR濾波器 162
4.5.1 分布式算法原理 162
4.5.2 串行分布式FIR濾波器 164
4.5.3 全並行分布式FIR濾波器 169
4.5.4 半並行分布式FIR濾波器 169
4.5.5 三種分布式FIR濾波器性能比較 171
4.6 快速卷積型FIR濾波器 171
4.6.1 線性卷積的計算方法及運算量分析 172
4.6.2 圓周卷積的計算方法及運算量分析 174
4.6.3 從線性卷積到FFT的跨越 177
4.6.4 計算長數據序列線性卷積的兩種算法 179
4.6.5 應用重疊保留法實現高階FIR濾波器 185
4.7 多通道FIR濾波器 188
4.8 多頻響FIR濾波器 192
4.9 總體性能分析 194
參考文獻 196
第 章 直接數字頻率合成 197
5.1 基於IIR濾波器的DDS 197
5.2 基於LUT的DDS 199
5.2.1 常規型基於LUT的DDS 199
5.2.2 通過LFSR改善SFDR 206
5.2.3 通過Taylor級數改善SFDR 209
5.2.4 利用對稱性壓縮存儲波形 210
5.3 基於雙模互質算法的DDS 213
5.3.1 雙模互質算法的基本原理 213
5.3.2 雙模互質算法的硬件實現 216
5.4 基於CORDIC算法的DDS 217
5.5 多通道DDS 221
5.6 多路並行DDS 222
5.7 產生其他波形 225
參考文獻 226
第 章 多速率信號處理 227
6.1 抽取和抽取濾波器 227
6.2 插值和插值濾波器 231
6.3 分數速率的轉換 232
6.4 六個恒等式及其典型應用 233
6.5 多相濾波器 237
6.5.1 多相抽取濾波器的基本理論 237
6.5.2 多相抽取濾波器的硬件實現 241
6.5.3 多相插值濾波器的基本理論 261
6.5.4 多相插值濾波器的硬件實現 266
6.6 CIC濾波器 268
6.6.1 CIC濾波器基本理論 268
6.6.2 CIC濾波器的位增長問題 273
6.6.3 CIC濾波器應用於抽取系統中 274
6.6.4 CIC濾波器應用於插值系統中 282
6.7 半帶濾波器 284
6.7.1 半帶濾波器的基本理論 284
6.7.2 半帶濾波器應用於抽取系統中 286
6.7.3 半帶濾波器應用於插值系統中 288
參考文獻 291
第 章 快速傅裏葉變換 292
7.1 從DFT到FFT 292
7.2 基2 FFT處理器 293
7.2.1 基2 FFT算法原理 293
7.2.2 基2 FFT算法特征分析 299
7.2.3 基2原位運算FFT處理器 302
7.2.4 基2 SDF流水結構FFT處理器 313
7.2.5 基2 MDC流水結構FFT處理器 322
7.3 基4 FFT處理器 329
7.3.1 基4 FFT算法原理 329
7.3.2 基4 FFT算法特征分析 340
7.3.3 基4 SDF流水結構FFT處理器 342
7.3.4 基4 MDC流水結構FFT處理器 345
7.3.5 基4 SDC流水結構FFT處理器 349
7.4 幾種流水結構FFT處理器的比較 356
7.5 IFFT與FFT的關系 356
參考文獻 357
第 章 一些細節問題 358
8.1 LUT不只是邏輯函數發生器 358
8.2 合理使用觸發器 363
8.2.1 避免過多控制集 363
8.2.2 避免使用鎖存器 365
8.3 Block RAM不只是數據存儲 366
8.3.1 Block RAM配置方式 366
8.3.2 Block RAM應用案例 367
8.4 DSP48E1不只是乘法器 373
8.4.1 DSP48E1基本結構 373
8.4.2 DSP48E1應用案例 381
8.5 關於復位 399
8.6 跨時鐘域的設計 401
8.6.1 同步時鐘的跨時鐘域設計 401
8.6.2 異步時鐘的跨時鐘域設計 410
參考文獻 422
後記 423
