實用C語言FPGA編程

譯者序
序言
前言
致謝
第1章 一種計算平台——FPGA
1.1 FPGA簡介
1.2 基于FPGA的可編程硬件平台
1.3 提高性能而降低成本
1.4 工具的作用
1.5 將FPGA作為嵌入式軟件平台
1.6 編程抽象的重要性
1.7 C語言何時適用于FPGA設計？
1.8 如何使用本書？
第2章 可編程平台的發展
2.1 可編程邏輯的起源
2.2 可重編程性、硬件描述語言和FPGA的發展
2.3 可編程片上系統
2.4 FPGA並行計算
2.5 本章小結
第3章 基于FPGA應用的編程模型
3.1 並行處理模型
3.2 FPGA作為並行機
3.3 並行編程
3.4 通信進程編程模型
3.5 Impulse C編程模型
3.6 本章小結
第4章 Impulse C介紹
4.1 Impulse C的目標
4.2 Impulse C編程模型
4.3 一個最小的Impulse C程序
4.4 進程、流、信號和存儲器
4.5 Impulse C中的有符號和無符號數據類型
4.6 理解進程
4.7 理解流
4.8 使用輸出流
4.9 使用輸入流
4.10 避免流死鎖
4.11 創建和使用信號
4.12 理解寄存器
4.13 使用共享存儲器
4.14 存儲器和流的性能考慮
4.15 本章小結
第5章 描述FIR濾波器
5.1 設計概述
5.2 FIR濾波器硬件進程
5.3 軟件測試平台
5.4 桌面仿真
5.5 應用監控
5.6 本章小結
第6章 生成FPGA硬件
6.1 硬件生成流程
6.2 理解生成的結構
6.3 流和信號接口
6.4 使用HDL仿真來理解流協議
6.5 調試生成的硬件
6.6 硬件生成重要事項
6.7 有效利用優化器
6.8 硬件進程的語言約束
6.9 本章小結
第7章 增加語句級並行
7.1 FPGA計算模型
7.2 C語言語義和並行
7.3 利用指令級並行
7.4 限制指令級
7.5 循環展開
7.6 理解流水線
7.7 本章小結
第8章 將已有的C應用程序移植到Impulse C
8.1 3-DES算法
8.2 把算法轉化成數據流模型
8.3 進行軟件仿真
8.4 編譯成硬件
8.5 初步硬件分析
8.6 本章小結
第9章 創建嵌入式測試平台
9.1 一種混合式軟硬件方法
9.2 用嵌入式處理器作為測試生成器
9.3 硬件仿真器的作用
9.4 3-DES算法的硬件測試
9.5 軟件流的宏接口
9.6 構建測試系統
9.7 本章小結
第10章 面向FPGA性能優化C代碼
10.1 針對性能重新考慮算法
10.2 改進1︰引入循環，減小規模
10.3 改進2︰數組拆分
10.4 改進3︰提高流的性能
10.5 改進4︰循環展開
10.6 改進5︰主循環流水線化
10.7 本章小結
第11章 描述系統級的並行性
11.1 設計概要
11.2 執行桌面仿真
11.3 改進1︰創建8位並行濾波器
11.4 改進2︰創建一個系統級的流水線
11.5 將應用移至硬件
11.6 本章小結
第12章 將Impulse C與嵌入式操作系統相結合
12.1 uClinux操作系統
12.2 一個uClinux演示項目
12.3 本章小結
第13章 Mandelbrot圖像生成
13.1 設計概述
13.2 用C語言描述算法
13.3 創建定點數等價算法
13.4 創建一個流版本
13.5 算法並行化
13.6 未來的優化
13.7 本章小結
第14章 FPGA計算的未來
14.1 FPGA作為高性能計算機
14.2 FPGA計算的未來
14.3 本章小結
附錄A 獲取嵌入式FPGA處理器最大限度的輸出
附錄B 生成定制流接口
附錄C Impulse C函數參考
附錄D 3-DES源代碼清單
附錄E 圖像濾波器清單
附錄F 部分參考文獻
索引

在半導體集成電路工藝和設計自動化技術飛速發展的今天，有兩個重要的變化︰一是，系統設計的自動化技術已經由原來的邏輯級、寄存器傳輸級及高層次行為級向系統級發展，在一個芯片上可以集成一個系統，出現了以片上系統（System-On-a-Chip，SOC）為代表的系統設計自動化技術；二是，現場可編程門陣列器件FPGA的制造、應用技術的發展使其能力和性能快速提升，FPGA已經可以與ASIC媲美，利用FPGA實現片上系統已經成為一個新的趨勢。我們翻譯的這本書就是適應這個趨勢，介紹如何通過C語言來設計實現FPGA上的一個系統。

本書介紹了一個由C語言擴充的Impulse c語言，用來設計一個FPGA上的硬件系統，包括實現一個處理器。Impulse c語言只是在C語言的基礎上添加了一些類和庫，對于熟悉C語言的設計者來說，很容易掌握。本書除了對該語言本身和設計方法進行了闡述之外，還用幾個有代表性的例子作了具體示範，書後還附有若干個實例的Impulse c語言描述清單。這使得本書既有豐富的理論，又有很強的實用性。最重要的是，讀者可以通過本書了解一個更高層次的新的設計理念，掌握如何在更高抽象層次進行建模和設計的概念和方法。

當前我國在高科技領域快速發展，人們的創新意識有了顯著提高。我們相信，本書的翻譯出版必將促進電子設計自動化技術的發展。

本書由下列人員分工翻譯︰趙康、戴暉、楊曉慶、趙燕妮、朱利民、周晟、隋文濤、張劍、孟亞男。鄧澍軍、楊曉慶對部分章節進行修訂，邊計年負責全書並進行統稿、定稿。由于水平和時間所限，錯誤和不當之處在所難免，由衷希望讀者予以批評指正。

譯者
2006年7月