Xilinx FPGA数字信号处理系统设计指南：从HDL、Simulink到HLS的实现

本书从硬件描述语言(VHDL和Verilog HDL)、Simulink环境下的模型构建以及Xilinx高级综合工具下的C/C++程序设计3个角度，对采用Xilinx FPGA平台构建数字信号处理系统的方法进行详细的介绍与说明。全书内容涵盖了数字信号处理的主要理论知识，其中包含通用数字信号处理、数字通信信号处理和数字图像处理等方面。全书共5篇21章，内容包括：信号处理理论基础，数字信号处理实现方法，数值的表示和运算，基于FPGA的数字信号处理的基本流程；CORDIC算法、离散傅里叶变换、快速傅里叶变换、离散余弦变换、FIR滤波器、IIR滤波器、重定时信号流图、多速率信号处理、串行和并行-串行FIR滤波器、多通道FIR滤波器以及其他常用数字滤波器的原理与实现；数控振荡器、通信信号处理和信号同步的原理与实现；递归结构信号流图的重定时，自适应信号处理的原理与实现；数字图像处理和动态视频拼接的原理与实现。

第一篇数字信号处理系统的组成和实现方法 第1章信号处理理论基础 11信号定义和分类 12信号增益与衰减 13信号失真与测量 131放大器失真 132信号谐波失真 133谐波失真测量 14噪声及其处理方法 141噪声的定义和表示 142固有噪声电平 143噪声/失真链 144信噪比定义和表示 145信号的提取方法 15模拟信号及其处理方法 151模拟I/O信号的处理 152模拟通信信号的处理 16数字信号处理的关键问题 161数字信号处理系统结构 162信号调理的方法 163模数转换器ADC及量化效应 164数模转换器(DAC)及信号重建 165SFDR的定义和测量 17通信信号软件处理方法 171软件无线电的定义 172中频软件无线电实现 173信道化处理 174基站软件无线电接收机 175SR采样技术 176直接数字下变频 177带通采样失败的解决 第2章数字信号处理实现方法 21数字信号处理技术概念 211数字信号处理技术的发展 212数字信号处理算法的分类 213数字信号处理实现方法 22基于DSP的数字信号处理实现方法 221DSP的结构和流水线 222DSP的运行代码和性能 23基于FPGA的数字信号处理实现方法 231FPGA原理 232FPGA的逻辑资源 233FPGA实现数字信号处理的优势 234FPGA的最新发展 24FPGA执行数字信号处理的一些关键问题 241关键路径 242流水线 243延迟 244加法器 245乘法器 246并行/串行 247溢出的处理 25高性能信号处理的难点和技巧 251设计目标 252实现成本 253设计优化 第3章数值的表示和运算 31整数的表示方法 311二进制原码格式 312二进制反码格式 313二进制补码格式 32整数加法运算的HDL描述 321无符号整数加法运算的HDL描述 322有符号整数加法运算的HDL描述 33整数减法运算的HDL描述 331无符号整数减法运算的HDL描述 332有符号整数减法运算的HDL描述 34整数乘法运算的HDL描述 341无符号整数乘法运算的HDL描述 342有符号整数乘法运算的HDL描述 35整数除法运算的HDL描述 351无符号整数除法运算的HDL描述 352有符号整数除法运算的HDL描述 36定点数的表示方法 361定点数的格式 362定点量化 363归一化处理 364小数部分截断 365一种不同的表示方法——Trounding 366定点数运算的HDL描述库 37定点数加法运算的HDL描述 371无符号定点数加法运算的HDL描述 372有符号定点数加法运算的HDL描述 38定点数减法运算的HDL描述 381无符号定点数减法运算的HDL描述 382有符号定点数减法运算的HDL描述 39定点数乘法运算的HDL描述 391无符号定点数乘法运算的HDL描述 392有符号定点数乘法运算的HDL描述 310定点数除法运算的HDL描述 3101无符号定点数除法运算的HDL描述 3102有符号定点数除法运算的HDL描述 311浮点数的表示方法 3111浮点数的格式 3112浮点数的短指数表示 312浮点数运算的HDL描述 3121单精度浮点数加法运算的HDL描述 3122单精度浮点数减法运算的HDL描述 3123单精度浮点数乘法运算的HDL描述 3124单精度浮点数除法运算的HDL描述 第4章基于FPGA的数字信号处理的基本流程 41FPGA模型的设计模块 411Xilinx Blockset 412Xilinx Reference Blockset 42配置System Generator环境 43信号处理模型的构建与实现 431信号模型的构建 432模型参数的设置 433信号处理模型的仿真 434生成模型子系统 435模型HDL代码的生成 436打开生成设计文件并仿真 437协同仿真的配置与实现 438生成IP核 44编译MATLAB到FPGA 441模型的设计原理 442系统模型的建立 443系统模型的仿真 45高级综合工具HLS概述 451HLS的特性 452调度和绑定 453提取控制逻辑和I/O端口 46使用HLS实现两个矩阵相乘运算 461设计矩阵相乘模型 462添加C测试文件 463运行和调试C工程 464设计综合 465查看生成的数据处理图 466对设计执行RTL级仿真 467设计优化 468对优化后的设计执行RTL级仿真 47基于Model Composer的DSP模型构建 471Model Composer工具概述 472打开Model Composer工具 473创建一个矩阵运算实现模型 474修改设计中模块的参数 475执行仿真并分析结果 476产生输出 48在Model Composer导入C/C++代码作为定制模块 481建立C/C++代码 482将代码导入Model Composer 483将定制库添加到库浏览器中 第二篇数字信号处理的基本理论和FPGA实现方法 第5章CORDIC算法的原理与实现 51CORDIC算法原理 511圆坐标系旋转 512线性坐标系旋转 513双曲线坐标系旋转 514CORDIC算法通用表达式 52CORDIC循环和非循环结构硬件实现原理 521CORDIC循环结构的原理和实现方法 522CORDIC非循环结构的实现原理 523实现CORDIC非循环的流水线结构 53向量幅度的计算 54CORDIC算法的性能分析 541迭代次数对精度的影响 542总量化误差的确定 543近似误差的分析 544舍入误差的分析 545有效位deff的估算 546预测与仿真 55CORDIC算法的原理和实现方法 551CORDIC算法的收敛性 552CORDIC象限映射的实现 553向量模式下CORDIC迭代的实现 554旋转模式下CORDIC迭代的实现 56CORDIC子系统的设计 561CORDIC单元的设计 562参数化CORDIC单元 563旋转后标定的实现 564旋转后的象限解映射 57圆坐标系算术功能的设计 571反正切的实现 572正弦和余弦的实现 573向量幅度的计算 58流水线技术的CORDIC实现 581带有流水线并行阵列的实现 582串行结构的实现 583比较并行和串行的实现 59向量幅值精度的研究 591CORDIC向量幅度：设计任务 592验证计算精度 第6章离散傅里叶变换的原理与实现 61模拟周期信号的分析——傅里叶级数 62模拟非周期信号的分析——傅里叶变换 63离散序列的分析——离散傅里叶变换 631离散傅里叶变换推导 632频率离散化推导 633DFT的窗效应 64短时傅里叶变换 65离散傅里叶变换的运算量 66离散傅里叶算法的模型实现 661分析复数乘法的实现方法 662分析复数加法的实现方法 663运行设计 第7章快速傅里叶变换的原理与实现 71快速傅里叶变换的发展 72Danielson-Lanczos引理 73按时间抽取的基2 FFT算法 74按频率抽取的基2 FFT算法 75Cooley-Tuckey算法 76基4和基8的FFT算法 77FFT计算中的字长 78基于MATLAB的FFT分析 79基于模型的FFT设计与实现 710基于IP核的FFT实现 7101构建频谱分析模型 7102配置模型参数 7103设置仿真参数 7104运行和分析仿真结果 711基于C和HLS的FFT建模与实现 7111创建新的设计工程 7112创建源文件 7113设计综合 7114创建仿真测试文件 7115运行协同仿真 7116添加PIPELINE命令 7117添加ARRAY_PARTITION命令 第8章离散余弦变换的原理与实现 81DCT的定义 82DCT-2和DFT的关系 83DCT的应用 84二维DCT 841二维DCT原理 842二维DCT算法描述 85二维DCT的实现 851创建新的设计工程 852创建源文件 853设计综合 854创建仿真测试文件 855运行协同仿真 856添加PIPELINE命令 857修改PIPELINE命令 858添加PARTITION命令 859添加DATAFLOW命令 8510添加INLINE命令 8511添加RESHAPE命令 8512修改RESHAPE命令 第9章FIR滤波器和IIR滤波器的原理与实现 91模拟滤波器到数字滤波器的转换 911微分方程近似 912双线性交换 92数字滤波器的分类和应用 93FIR滤波器的原理和结构 931FIR滤波器的特性 932FIR滤波器的设计规则 94IIR滤波器的原理和结构 941IIR滤波器的原理 942IIR滤波器的模型 943IIR滤波器的Z域分析 944IIR滤波器的性能和稳定性 95DA FIR滤波器的设计 951DA FIR滤波器的设计原理 952移位寄存器模块设计 953查找

何宾，任教于北京化工大学信息学院，长期从事电子设计自动化方面的教学和科研工作，与全球多家知名的半导体厂商和EDA工具厂商大学计划保持紧密合作。目前已经出版EDA方面的著作共20余部，内容涵盖电路仿真、电路设计、FPGA、单片机、嵌入式系统等。典型的代表作有《Xilinx FPGA设计*威指南》《Xilinx All Programmable Zynq-7000 SoC设计指南》《Altium Designer13.0电路设计、仿真与验证*威指南》《Xilinx FPGA数字设计-从门级到行为级的双重描述》《Xilinx FPGA数字信号处理*威指南-从HDL、模型到C的描述》《模拟与数字系统协同设计*威指南-Cypress集成开发环境》。

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