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第1章 现场可编程门阵列技术分析1

1.1 FPGA内部结构分析1

1.1.1 FPGA在大规模集成电路中的定位1

1.1.2传统的FPGA内部结构分析2

1.1.3 SoC FPGA内部结构分析7

1.2 FPGA设计流程分析9

1.2.1传统的FPGA设计流程9

1.2.2 SoC FPGA设计流程13

1.3 FPGA调试方法分析16

1.3.1 ILA使用方法16

1.3.2 VIO使用方法18

参考文献19

第2章 跨越鸿沟：从算法到硬件实现20

2.1数字信号处理系统架构分析20

2.2数字信号处理系统设计方法24

2.2.1传统的RTL设计方法24

2.2.2基于模型的设计方法27

2.2.3高层次综合设计方法30

2.2.4三种设计方法的融合32

2.3 FPGA设计性能描述指标33

2.4 FPGA设计中的数据格式36

2.4.1浮点数基础知识36

2.4.2定点数基础知识39

2.4.3浮点数与定点数的比较44

2.4.4浮点数到定点数的转换45

2.5 Xilinx开发工具对浮点数与定点数的支持47

2.5.1 System Generator对浮点数与定点数的支持47

2.5.2 Vivado HLS对浮点数与定点数的支持51

参考文献53

第3章 数字信号处理中的基本运算54

3.1加法运算54

3.1.1一位全加器54

3.1.2二进制加法原理55

3.1.3复数加法58

3.1.4加法树与加法链59

3.2累加运算60

3.2.1累加原理60

3.2.2顺序累加器60

3.2.3滑动累加器61

3.3乘法运算63

3.3.1二进制乘法原理63

3.3.2基于移位相加的乘法器65

3.3.3基于ROM的乘法器67

3.3.4与固定数相乘的乘法器（KCM）73

3.3.5复数乘法76

3.4除法运算77

3.4.1基于恢复余数（Restoring）算法的除法器77

3.4.2基于不恢复余数（Non-Restoring）算法的除法器80

3.4.3基于级数展开算法的除法器84

3.4.4基于Newton-Raphson算法的除法器87

3.5开方运算89

3.5.1基于不恢复余数算法的开方运算89

3.5.2基于非线性IIR滤波器算法的开方运算95

3.5.3复数求模100

3.6 CORDIC算法103

3.6.1 CORDIC算法之圆周系统及其数学应用103

3.6.2 CORDIC算法之线性系统及其数学应用113

3.6.3 CORDIC算法之双曲系统及其数学应用116

3.6.4统一的CORDIC算法形式120

3.6.5 CORDIC算法的硬件实现121

参考文献126

第4章 FIR数字滤波器127

4.1 FIR滤波器基本理论127

4.1.1直接型结构的FIR滤波器127

4.1.2转置型结构的FIR滤波器129

4.1.3线性相位FIR滤波器131

4.2串行FIR滤波器133

4.2.1基于移位寄存器的串行FIR滤波器133

4.2.2基于双端口RAM的串行FIR滤波器136

4.2.3系数对称的串行FIR滤波器的设计139

4.2.4两种串行结构的FIR滤波器性能比较142

4.3全并行FIR滤波器143

4.3.1基于直接型结构的全并行FIR滤波器143

4.3.2基于转置型结构的全并行FIR滤波器144

4.3.3基于脉动结构的全并行FIR滤波器145

4.3.4系数对称的全并行FIR滤波器的设计147

4.3.5三种全并行结构的FIR滤波器性能比较148

4.4半并行FIR滤波器148

4.4.1基于移位寄存器的半并行FIR滤波器148

4.4.2基于多片双端口RAM的半并行FIR滤波器153

4.4.3基于单片单端口RAM的半并行FIR滤波器155

4.4.4系数对称的半并行FIR滤波器的设计159

4.4.5三种半并行结构的FIR滤波器性能比较162

4.5分布式FIR滤波器162

4.5.1分布式算法原理162

4.5.2串行分布式FIR滤波器164

4.5.3全并行分布式FIR滤波器169

4.5.4半并行分布式FIR滤波器169

4.5.5三种分布式FIR滤波器性能比较171

4.6快速卷积型FIR滤波器171

4.6.1线性卷积的计算方法及运算量分析172

4.6.2圆周卷积的计算方法及运算量分析174

4.6.3从线性卷积到FFT的跨越177

4.6.4计算长数据序列线性卷积的两种算法179

4.6.5应用重叠保留法实现高阶FIR滤波器185

4.7多通道FIR滤波器188

4.8多频响FIR滤波器192

4.9总体性能分析194

参考文献196

第5章 直接数字频率合成197

5.1基于IIR滤波器的DDS197

5.2基于LUT的DDS199

5.2.1常规型基于LUT的DDS199

5.2.2通过LFSR改善SFDR206

5.2.3通过Taylor级数改善SFDR209

5.2.4利用对称性压缩存储波形210

5.3基于双模互质算法的DDS213

5.3.1双模互质算法的基本原理213

5.3.2双模互质算法的硬件实现216

5.4基于CORDIC算法的DDS217

5.5多通道DDS221

5.6多路并行DDS222

5.7产生其他波形225

参考文献226

第6章 多速率信号处理227

6.1抽取和抽取滤波器227

6.2插值和插值滤波器231

6.3分数速率的转换232

6.4六个恒等式及其典型应用233

6.5多相滤波器237

6.5.1多相抽取滤波器的基本理论237

6.5.2多相抽取滤波器的硬件实现241

6.5.3多相插值滤波器的基本理论261

6.5.4多相插值滤波器的硬件实现266

6.6 CIC滤波器268

6.6.1 CIC滤波器基本理论268

6.6.2 CIC滤波器的位增长问题273

6.6.3 CIC滤波器应用于抽取系统中274

6.6.4 CIC滤波器应用于插值系统中282

6.7半带滤波器284

6.7.1半带滤波器的基本理论284

6.7.2半带滤波器应用于抽取系统中286

6.7.3半带滤波器应用于插值系统中288

参考文献291

第7章 快速傅里叶变换292

7.1从DFT到FFT292

7.2基2 FFT处理器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原位运算FFT处理器302

7.2.4基2 SDF流水结构FFT处理器313

7.2.5基2 MDC流水结构FFT处理器322

7.3基4 FFT处理器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流水结构FFT处理器342

7.3.4基4 MDC流水结构FFT处理器345

7.3.5基4 SDC流水结构FFT处理器349

7.4几种流水结构FFT处理器的比较356

7.5 IFFT与FFT的关系356

参考文献357

第8章 一些细节问题358

8.1 LUT不只是逻辑函数发生器358

8.2合理使用触发器363

8.2.1避免过多控制集363

8.2.2避免使用锁存器365

8.3 Block RAM不只是数据存储366

8.3.1 Block RAM配置方式366

8.3.2 Block RAM应用案例367

8.4 DSP48E1不只是乘法器373

8.4.1 DSP48E1基本结构373

8.4.2 DSP48E1应用案例381

8.5关于复位399

8.6跨时钟域的设计401

8.6.1同步时钟的跨时钟域设计401

8.6.2异步时钟的跨时钟域设计410

参考文献422

后记423