基於FPGA的嵌入式圖像處理係統設計 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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Donald G.Bailey 著，原魁，何文浩，肖晗 譯

圖書標籤:

• FPGA
• 嵌入式係統
• 圖像處理
• 數字圖像處理
• 硬件設計
• Verilog
• VHDL
• 係統設計
• 嵌入式開發
• 圖像算法

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121195976

版次：1

商品编码：11198227

包装：平装

开本：16开

出版时间：2013-02-01

页数：440

字数：700000

正文语种：中文

編輯推薦

　　對從事嵌入式圖像處理和視覺係統設計和研究的工程師，科技工作者來說是很有用的參考書。《基於FPGA的嵌入式圖像處理係統設計》也適用於研究圖像處理係統，計算機工程，數字設計，電路設計或計算機科學的研究生的教材。也可用作在先進的數字設計，算法和硬件實現，數字信號處理和應用課程的輔助教材。

內容簡介

　　《基於FPGA的嵌入式圖像處理係統設計》詳細介紹瞭FPGA（Field Programmable Gate Array，現場可編程門陣列）這種新型可編程電子器件的特點，對FPGA的各種編程語言的發展曆程進行瞭迴顧，並針對嵌入式圖像處理係統的特點和應用背景，詳細介紹瞭如何利用FPGA的硬件並行性特點研製開發高性能嵌入式圖像處理係統。作者還結閤自己的經驗，介紹瞭研製開發基於FPGA的嵌入式圖像處理係統所需要的正確思路以及許多實用性技巧，並給齣瞭許多圖像處理算法在FPGA上的具體實現方法以及多個基於FPGA實現嵌入式圖像處理係統的應用實例。
　　《基於FPGA的嵌入式圖像處理係統設計》對FPGA技術的初學者以及已經具有比較豐富的設計經驗的讀者來說都有很好的參考價值，也將為從事基於FPGA的嵌入式係統開發和應用的軟硬件工程師和科研人員提供一本比較係統、全麵的學習材料。

目錄

圖像處理
1.1 基本定義
1.2 圖像形成
1.3 圖像處理操作
1.4 應用實例
1.5 實時圖像處理
1.6 嵌入式圖像處理
1.7 串行處理
1.8 並行性
1.9 硬件圖像處理係統

現場可編程門陣列
2.1 可編程邏輯器件
2.1.1 FPGA與ASIC
2.2 FPGA和圖像處理
2.3 FPGA的內部
2.3.1 邏輯器件
2.3.2 互連
2.3.3 輸入和輸齣
2.3.4 時鍾
2.3.5 配置
2.3.6 功耗
2.4 FPGA産品係列及其特點
2.4.1 Xilinx
2.4.2 Altera
2.4.3 Lattice半導體公司
2.4.4 Achronix
2.4.5 SiliconBlue
2.4.6 Tabula
2.4.7 Actel
2.4.8 Atmel
2.4.9 QuickLogic
2.4.10 MathStar
2.4.11 Cypress
2.5 選擇FPGA或開發闆

編程語言
3.1 硬件描述語言
3.2 基於軟件的語言
3.2.1 結構化方法
3.2.2 擴展語言
3.2.3 本地編譯技術
3.3 Visual語言
3.3.1 行為式描述
3.3.2 數據流
3.3.3 混閤型
3.4 小結

設計流程
4.1 問題描述
4.2 算法開發
4.2.1 算法開發過程
4.2.2 算法結構
4.2.3 FPGA開發問題
4.3 結構選擇
4.3.1 係統級結構
4.3.2 計算結構
4.3.3 硬件和軟件的劃分
4.4 係統實現
4.4.1 映射到FPGA資源
4.4.2 算法映射問題
4.4.3 設計流程
4.5 為調整和調試進行設計
4.5.1 算法調整
4.5.2 係統調試

映射技術
5.1 時序約束
5.1.1 低級流水綫
5.1.2 處理同步
5.1.3 多時鍾域
5.2 存儲器帶寬約束
5.2.1 存儲器架構
5.2.2 高速緩存
5.2.3 行緩衝
5.2.4 其他存儲器結構
5.3 資源約束
5.3.1 資源復用
5.3.2 資源控製器
5.3.3 重配置性
5.4 計算技術
5.4.1 數字係統
5.4.2 查找錶
5.4.3 CORDIC
5.4.4 近似
5.4.5 其他方法
5.5 小結

點操作
6.1 單幅圖像上的點操作
6.1.1 對比度和亮度調節
6.1.2 全局閾值化和等高綫閾值化
6.1.3 查找錶實現
6.2 多幅圖像上的點操作
6.2.1 圖像均值
6.2.2 圖像相減
6.2.3 圖像比對
6.2.4 亮度縮放
6.2.5 圖像掩模
6.3 彩色圖像處理
6.3.1 僞彩色
6.3.2 色彩空間轉換
6.3.3 顔色閾值化
6.3.4 顔色校正
6.3.5 顔色增強
6.4 小結

直方圖操作
7.1 灰度級直方圖
7.1.1 數據匯集
7.1.2 直方圖均衡化
7.1.3 自動曝光
7.1.4 閾值選擇
7.1.5 直方圖相似性
7.2 多維直方圖
7.2.1 三角陣列
7.2.2 多維統計信息
7.2.3 顔色分割
7.2.4 顔色索引
7.2.5 紋理分析

局部濾波器
8.1 緩存
8.2 綫性濾波器
8.2.1 噪聲平滑
8.2.2 邊緣檢測
8.2.3 邊緣增強
8.2.4 綫性濾波器技術
8.3 非綫性濾波器
8.3.1 邊緣方嚮
8.3.2 非極大值抑製
8.3.3 零交點檢測
8.4 排序濾波器
8.4.1 排序濾波器的排序網絡
8.4.2 自適應直方圖均衡化
8.5 顔色濾波器
8.6 形態學濾波器
8.6.1 二值圖像的形態學濾波
8.6.2 灰度圖像形態學
8.6.3 顔色形態學濾波
8.7 自適應閾值分割
8.7.1 誤差擴散
8.8 小結

幾何變換
9.1 前嚮映射
9.1.1 可分離映射
9.2 逆嚮映射
9.3 插值
9.3.1 雙綫性插值
9.3.2 雙三次插值
9.3.3 樣條插值
9.3.4 通過插值壓縮數據
9.4 映射的優化
9.5 圖像配準
9.5.1 基於特徵的方法
9.5.2 基於區域的方法
9.5.3 應用

綫性變換
10.1 傅裏葉變換
10.1.1 快速傅裏葉變換
10.1.2 濾波
10.1.3 逆濾波
10.1.4 插值
10.1.5 配準
10.1.6 特徵提取
10.1.7 哥茲柔算法
10.2 離散餘弦變換
10.3 小波變換
10.3.1 濾波實現
10.3.2 小波變換的應用
10.4 圖像和視頻編碼

目標檢測和標記
11.1 包圍盒
11.2 遊程編碼
11.3 鏈碼
11.3.1 串行實現算法
11.3.2 單次掃描算法
11.3.3 特徵提取
11.4 連通域標注
11.4.1 隨機讀取算法
11.4.2 多次掃描算法
11.4.3 兩次掃描算法
11.4.4 單次掃描算法
11.4.5 多輸入標號
11.4.6 進一步優化
11.5 距離變換
11.5.1 形態學方法
11.5.2 倒角距離
11.5.3 可分離變換
11.5.4 應用
11.5.5 測地綫距離變換
11.6 分水嶺變換
11.6.1 流水算法
11.6.2 浸入算法
11.6.3 應用
11.7 哈夫變換
11.7.1 直綫哈夫變換
11.7.2 圓哈夫變換
11.7.3 廣義哈夫變換
11.8 小結

接口
12.1 攝像機輸入
12.1.1 攝像機接口標準
12.1.2 消除隔行掃描
12.1.3 全局和捲簾快門的校正
12.1.4 Bayer模闆處理
12.2 顯示輸齣
12.2.1 顯示器驅動
12.2.2 顯示內容
12.3 串行通信
12.3.1 PS2接口
12.3.2 I2C總綫
12.3.3 SPI總綫
12.3.4 RS-232接口
12.3.5 USB接口
12.3.6 以太網
12.3.7 PCI Express
12.4 存儲器
12.4.1 靜態隨機存儲器（SRAM）
12.4.2 動態隨機存儲器
12.4.3 閃存
12.5 小結

測試、調整和調試
13.1 設計
13.1.1 隨機噪聲源
13.2 實現
13.2.1 常見的實現錯誤
13.3 調試
13.4 時序收斂

應用實例
14.1 彩色區域跟蹤
14.2 鏡頭畸變校正
14.2.1 畸變描述
14.2.2 畸變校正
14.3 中央窩傳感器
14.3.1 中央窩映射
14.3.2 使用傳感器
14.4 深度成像
14.4.1 擴展精確測量範圍
14.5 實時生産綫分級
14.5.1 軟件算法
14.5.2 硬件實現
14.6 小結
參考文獻

前言/序言

　　基於FPGA的嵌入式係統具有體積小、功耗低、速度快等許多優點，在圖像處理以及許多需要高速計算的嵌入式係統（例如智能相機、智能手機等）中有著廣闊的應用前景，也是高性能嵌入式係統未來的技術發展趨勢。
　　目前國內外關於FPGA應用係統開發的圖書很少，各種技術資料也比較分散。因此，雖然許多科研人員和工程技術人員已經充分認識到瞭基於FPGA的嵌入式係統的重要性，但卻因為缺乏比較係統完整的學習資料等原因而難以深入瞭解和掌握相關技術，也難以研製開發齣具有實用價值的FPGA應用係統。
　　本書對FPGA的發展曆程以及如何利用FPGA技術設計開發嵌入式視覺係統進行瞭比較詳盡的介紹，不但介紹瞭相關方法，而且給齣瞭許多具體算法和應用實例。本書對FPGA技術的初學者以及已經具有比較豐富的設計經驗的讀者來說都有很好的參考價值，也將為從事基於FPGA的嵌入式係統開發和應用的軟、硬件工程師和科研人員提供一本比較係統、全麵的學習材料。
　　本書的專業性很強，對於普通讀者來說，理解書中給齣的所有知識點可能存在一定的睏難。作者在本書的前言中已經相當詳細地介紹瞭他本人寫作本書的齣發點，以及麵嚮的主要讀者群。建議讀者先認真讀一下作者所寫的前言，然後再根據自己的需要開始本書的學習。
　　對FPGA技術應用感興趣的初學者可以先讀一下本書的前4章和第14章，對FPGA及其應用建立一些感性認識，瞭解一下FPGA的基本特點及其主要用途，然後根據自己的需要選擇書中的相關章節進行學習；而對於已經具有一定的FPGA知識並希望進行FPGA係統開發的讀者來說，則可以根據自己的需要，直接選擇書中的相關章節進行學習，重點瞭解相關算法的具體實現，以及是否可以根據書中所提供的方法來解決自己所麵對或可能麵對的問題。
　　譯者所在的課題組近10年來一直在從事基於FPGA的嵌入式視覺係統的研究，完成瞭多種基於FPGA的圖像處理算法，研製開發齣兩種基於FPGA和DSP技術的高性能嵌入式圖像處理係統並在多種機器人係統中進行瞭成功應用，可以說已經在一定程度上掌握瞭基於FPGA的嵌入式圖像處理係統的相關知識。為瞭盡可能準確地錶達作者的原意，此次譯者所在課題組中從事相關研究工作的主要研究人員都參加瞭本書的翻譯工作，並由主要翻譯人員原魁、何文浩、肖晗、徐正東、宋海濤、王照、高舒對譯稿進行瞭認真校對。但由於譯者的水平有限，仍然難免齣現一些錯誤，因此，譯文中如有不當之處，還希望能夠得到讀者的原諒。
　　原魁
　　2012.9

《 FPGA嵌入式係統原理與實踐 》 第一章 FPGA基礎知識與發展概覽 本章旨在為讀者打下堅實的FPGA理論基礎，並勾勒齣FPGA技術的發展脈絡。我們將從數字邏輯電路的基本概念齣發，深入淺齣地介紹組閤邏輯和時序邏輯電路的設計原理。通過分析各種基本邏輯門、觸發器、寄存器、計數器等核心單元的工作方式，讀者能夠理解構成復雜數字係統的基石。 接著，本章將重點闡述FPGA（Field Programmable Gate Array）的核心結構與工作原理。我們將詳細解析FPGA內部的邏輯塊（Logic Block）、可編程互連綫（Programmable Interconnect）、輸入/輸齣塊（I/O Block）以及時鍾管理模塊（Clock Management Tile）等關鍵組成部分的功能。通過對查找錶（LUT）、觸發器（Flip-Flop）、多路選擇器（Multiplexer）等基本邏輯單元在邏輯塊內的組織方式進行剖析，讀者將能夠理解FPGA如何實現其“現場可編程”的特性。 此外，本章還將梳理FPGA技術的發展曆程，從早期簡單的可編程邏輯器件（PLD）到如今高度集成、高性能的先進FPGA架構，分析其在性能、功耗、集成度以及設計復雜性方麵的演進。我們將探討不同FPGA廠商（如Xilinx、Intel/Altera）及其主流産品綫的主要特點和技術優勢，幫助讀者建立對當前FPGA市場格局的宏觀認識。 最後，本章將簡要介紹FPGA在現代電子係統設計中的應用領域，例如通信、計算、消費電子、工業控製以及航空航天等，為後續章節深入探討具體應用打下鋪墊。理解FPGA的這些基礎知識，是掌握後續嵌入式係統設計與實現的關鍵。 第二章 硬件描述語言（HDL）與邏輯綜閤 本章聚焦於FPGA設計中至關重要的兩個方麵：硬件描述語言（HDL）和邏輯綜閤。我們將重點介紹目前主流的兩種HDL——Verilog HDL和VHDL。 在Verilog HDL部分，我們將從其基本語法結構入手，包括模塊定義、端口聲明、信號類型（wire, reg）、賦值語句（assign, always）、運算符、條件語句（if-else, case）以及循環語句（for, while）等。通過大量實例，我們將演示如何用Verilog描述組閤邏輯（如加法器、譯碼器）和時序邏輯（如寄存器、計數器、有限狀態機FSM）。我們將強調不同建模風格（如行為級、寄存器傳輸級RTL、門級）的區彆及其適用場景，並重點講解RTL級建模的重要性，因為它直接對應著綜閤後的硬件電路。 VHDL部分，我們將遵循類似的教學路徑，介紹其麵嚮對象和強類型的特性。我們將闡述實體（Entity）、架構（Architecture）、端口（Port）、信號（Signal）、變量（Variable）、組件（Component）以及進程（Process）等核心概念。通過對比Verilog，讀者將能理解兩種語言在錶達邏輯功能時的異同，並能夠根據項目需求和個人偏好選擇閤適的HDL。 邏輯綜閤是HDL代碼轉化為實際FPGA硬件配置的關鍵步驟。本章將深入講解邏輯綜閤的原理和流程。我們將解釋綜閤器如何將抽象的HDL代碼解析並優化成邏輯門和觸發器組成的網錶（Netlist）。我們將探討綜閤過程中可能遇到的挑戰，如時序約束（Timing Constraints）的設置、麵積優化（Area Optimization）和功耗優化（Power Optimization）等。我們將介紹如何通過編寫高效、可綜閤的HDL代碼來指導綜閤器生成最優化的硬件設計。 通過本章的學習，讀者將能夠熟練運用HDL進行FPGA邏輯功能的描述，並理解邏輯綜閤在硬件實現中的作用，為後續更復雜的嵌入式係統設計打下堅實的基礎。 第三章 FPGA開發流程與工具鏈 本章將全麵介紹FPGA項目的開發流程以及常用的EDA（Electronic Design Automation）工具鏈。我們將以一個典型的FPGA項目生命周期為例，詳細闡述各個階段的關鍵任務和技術要點。 首先，我們將詳細介紹項目規劃與需求分析階段的重要性，包括確定係統功能、性能指標、功耗預算以及開發周期等。 接著，我們將深入講解基於HDL的代碼編寫與仿真。我們將介紹仿真器的作用，包括功能仿真（Functional Simulation）和時序仿真（Timing Simulation）。讀者將學習如何編寫激勵模塊（Testbench）來驗證HDL代碼的正確性，如何設置仿真時間、波形查看等仿真操作。 之後，我們將重點講解綜閤（Synthesis）和實現（Implementation）過程。綜閤是將HDL代碼轉換為門級網錶的階段，而實現則包括布局（Placement）和布綫（Routing），即將網錶映射到FPGA芯片的物理資源上。我們將解釋綜閤器和實現工具（如Xilinx Vivado、Intel Quartus Prime）的核心功能，以及如何處理約束文件（Constraint Files），如時序約束（XDC/SDC）和物理約束。 本章還將詳細介紹FPGA項目中的時序分析（Timing Analysis）與時序收斂（Timing Closure）。我們將講解建立時間（Setup Time）、保持時間（Hold Time）、時鍾周期（Clock Period）、傳播延遲（Propagation Delay）等關鍵時序概念，以及如何通過時序報告來識彆和解決時序違例問題。 此外，我們還將介紹比特流生成（Bitstream Generation）和目標闆下載（Board Download）的過程，包括配置FPGA的JTAG接口、使用編程器等。 最後，本章將探討一些高級的開發技術，如IP核（Intellectual Property Cores）的復用、IP集成流程、以及版本控製係統（如Git）在FPGA項目中的應用，以提高開發效率和代碼管理水平。通過本章的學習，讀者將掌握完整的FPGA項目開發流程，並熟悉主流的EDA工具鏈的使用。 第四章 FPGA片上係統（SoC）架構與原理 本章將深入探討FPGA片上係統（System on Chip, SoC）的架構與核心原理。FPGA SoC將傳統的FPGA可編程邏輯與高性能的嵌入式處理器（如ARM Cortex係列）集成在同一顆芯片上，極大地拓展瞭FPGA的應用範圍，使其能夠承擔更復雜的計算密集型任務。 我們將首先介紹FPGA SoC的基本組成部分。除瞭可編程邏輯陣列（PLA）之外，FPGA SoC通常包含一個或多個軟核或硬核處理器。硬核處理器（Hard Processor Core）是指直接集成在FPGA芯片上的專用處理器，通常性能更高，功耗更低。我們將重點介紹ARM Cortex-A係列或Cortex-M係列處理器在FPGA SoC中的集成方式，包括其流水綫結構、指令集架構（ISA）、內存管理單元（MMU）、緩存（Cache）等。 接著，我們將詳細講解FPGA SoC中的互聯結構，特彆是片上總綫（On-Chip Bus）的設計。常見的片上總綫包括AXI（Advanced eXtensible Interface）總綫族（AXI4, AXI4-Lite, AXI Stream）等。我們將闡述AXI總綫的協議規範，包括讀寫通道、握手信號、突發傳輸等，以及它如何有效地連接處理器、外設和FPGA邏輯。 本章還將探討FPGA SoC的內存係統。我們將介紹片上存儲器（On-Chip Memory），如Block RAM（BRAM）和UltraRAM（URAM）在SoC中的作用，以及它們如何作為處理器緩存或用戶自定義存儲器。我們還將討論與外部DDR SDRAM等高速存儲器接口的設計與實現。 此外，我們還將講解FPGA SoC中常用的外設接口，如UART、SPI、I2C、Ethernet、USB、PCIe等，以及它們如何與處理器和FPGA邏輯進行交互。我們將介紹如何利用FPGA的靈活性來定製和擴展這些外設。 最後，我們將討論FPGA SoC的開發環境和工具鏈，包括軟硬件協同設計（Hardware-Software Co-Design）的概念，以及如何使用相應的SDK（Software Development Kit）和調試工具鏈（如GDB）來進行軟件開發和調試。通過本章的學習，讀者將能夠深刻理解FPGA SoC的架構精髓，並為設計集成處理器和可編程邏輯的復雜嵌入式係統奠定基礎。 第五章 FPGA嵌入式係統開發實戰：平颱搭建與基礎應用 本章將帶領讀者進入FPGA嵌入式係統開發的實戰環節，從搭建開發平颱開始，逐步實現一些基礎的嵌入式應用。我們將以一個典型的FPGA開發闆（例如基於Xilinx Zynq係列或Intel Cyclone V SoC的開發闆）為例，詳細演示整個開發過程。 首先，我們將介紹如何為目標FPGA開發闆配置和搭建開發環境，包括安裝相應的EDA軟件（如Vivado、Quartus Prime），配置交叉編譯工具鏈（Cross-Compilation Toolchain）用於處理器端的軟件開發，以及配置硬件調試工具。 接下來，我們將重點講解如何在FPGA SoC中集成一個簡單的軟硬件結閤的應用。例如，我們可以設計一個將FPGA邏輯産生的計數器數據通過AXI接口傳遞給ARM處理器，並在處理器端通過UART串口輸齣顯示。這將使讀者初步體驗軟硬件協同工作的流程。 本章還將深入講解如何為FPGA SoC開發和集成自定義的IP核。我們將演示一個簡單的LED控製IP核的設計，包括其RTL描述、AXI接口的實現、以及如何將其集成到SoC的頂層設計中。 我們還將探討嵌入式Linux操作係統在FPGA SoC上的移植與應用。讀者將學習如何構建一個基本的Linux BSP（Board Support Package），如何加載Linux內核和根文件係統到SoC的存儲器中，以及如何在Linux環境下進行應用程序開發和調試。 為瞭進一步加深理解，本章還將設計一個簡單的ADC（模數轉換器）數據采集應用。我們將演示如何編寫FPGA邏輯來控製ADC采樣，並將采集到的數據通過DMA（Direct Memory Access）傳輸到ARM處理器內存中進行後續處理。 此外，本章還將涵蓋一些基礎的嵌入式係統調試技巧，包括使用邏輯分析儀、示波器等硬件工具，以及利用軟件調試器進行在綫調試。 通過本章的實戰演練，讀者將能夠親手搭建FPGA嵌入式開發環境，理解軟硬件協同設計的基本流程，並掌握實現基礎嵌入式應用的關鍵技術。 第六章 FPGA嵌入式係統中的高速接口與通信 本章將專注於FPGA嵌入式係統中常見的高速接口和通信協議的設計與實現。在現代嵌入式係統中，數據吞吐量和實時性要求越來越高，因此掌握這些高速接口技術至關重要。 我們將首先介紹PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）接口。PCIe是目前高性能計算和嵌入式係統中應用最廣泛的串行總綫接口之一。我們將詳細講解PCIe協議的物理層、鏈路層和事務層，以及如何在FPGA中實現PCIe端點（Endpoint）或根端口（Root Port）。我們將介紹使用FPGA廠商提供的PCIe IP核，並講解如何進行配置和集成，以及相關的時序約束和驗證。 接著，我們將深入講解以太網（Ethernet）接口的設計。我們將討論10/100/1000 Mbps以太網MAC（Media Access Control）層的實現，以及如何與PHY（Physical Layer）芯片協同工作。我們將介紹如何利用FPGA設計自定義的以太網協議棧，或集成現有的IP核來實現TCP/IP通信。 本章還將涉及USB（Universal Serial Bus）接口的設計。我們將探討USB 2.0和USB 3.0（SuperSpeed）協議的關鍵特性，以及如何在FPGA中實現USB主控（Host）或設備（Device）功能。我們將重點介紹USB數據傳輸模式（控製、中斷、批量、同步）和握手機製。 此外，我們還將探討串行RapidIO（sRIO）等在工業和通信領域常用的高速串行通信技術。 對於每種接口，我們都將重點講解其設計流程，包括IP核的選擇與配置、RTL代碼編寫（如果需要自定義部分）、約束文件的設置、以及仿真和硬件驗證的策略。我們還將討論相關的時鍾域交叉（Clock Domain Crossing, CDC）處理問題，以及如何保證數據傳輸的可靠性和實時性。 通過本章的學習，讀者將能夠為FPGA嵌入式係統設計並實現各種高速通信接口，滿足不同應用場景下的數據傳輸需求。 第七章 FPGA在高性能計算與加速中的應用 本章將探討FPGA在高性能計算（High-Performance Computing, HPC）和硬件加速領域的廣泛應用。FPGA以其高度並行化的計算能力和靈活的可重構性，在處理大規模並行任務方麵展現齣獨特優勢，能夠顯著提升特定算法的執行效率。 我們將從FPGA的並行計算模型齣發，解釋其與傳統CPU的架構差異。我們將闡述如何將計算密集型的算法，如矩陣運算、信號處理、圖像分析、機器學習推理等，映射到FPGA的硬件資源上，實現大規模並行加速。 本章將重點介紹幾種典型的FPGA加速應用場景： 數字信號處理（DSP）加速： 講解FFT（快速傅裏葉變換）、濾波器、捲積等DSP算法在FPGA上的實現，以及在通信、雷達、醫療成像等領域的應用。 圖像與視頻處理加速： 探討FPGA在圖像濾波、特徵提取、目標檢測、視頻編解碼等任務上的加速能力，及其在安防監控、自動駕駛、醫療影像等領域的應用。 機器學習（ML）與深度學習（DL）推理加速： 分析神經網絡模型（如CNN, RNN）在FPGA上的推理過程，介紹量化、剪枝等優化技術，以及FPGA在邊緣計算、智能終端等場景下的優勢。 金融交易與高頻交易（HFT）加速： 講解FPGA在低延遲金融數據處理、訂單匹配、風險管理等方麵的應用。 科學計算與模擬： 探討FPGA在流體動力學、天氣預報、分子動力學等科學計算領域的加速潛力。 我們將分析在FPGA上實現這些加速任務的關鍵技術，包括： 高效的RTL設計與優化： 如何編寫高度並行化、流水綫化的HDL代碼，充分利用FPGA的並行性。 浮點與定點數運算： 探討在FPGA中實現高精度浮點運算以及在性能和資源約束下的定點數優化策略。 數據流編程模型： 介紹如何利用數據流（Dataflow）的思想來組織和實現FPGA上的並行計算任務。 高性能IP核的應用： 講解如何利用FPGA廠商提供的DSP、FFT、AXI DMA等高性能IP核來加速開發。 HLS（High-Level Synthesis）工具的應用： 介紹如何使用C/C++/OpenCL等高級語言通過HLS工具自動生成FPGA硬件邏輯，從而降低開發門檻，提高開發效率。 通過本章的學習，讀者將能夠理解FPGA在高性能計算領域的獨特價值，並掌握將特定計算任務移植到FPGA上進行加速的關鍵技術和方法。 第八章 FPGA嵌入式係統中的功耗與可靠性設計 本章將聚焦於FPGA嵌入式係統中至關重要的兩個方麵：功耗管理和係統可靠性設計。隨著嵌入式係統集成度的不斷提高和應用場景的多樣化，功耗和可靠性成為製約係統性能和生命周期的關鍵因素。 在功耗管理方麵，我們將從FPGA的功耗模型齣發，分析其靜態功耗和動態功耗的來源。我們將介紹多種降低FPGA功耗的策略，包括： 時鍾門控（Clock Gating）： 通過選擇性地停止不活動的模塊的時鍾來降低動態功耗。 電源門控（Power Gating）： 在係統空閑時關閉不使用的邏輯模塊的電源。 低功耗設計技術： 例如采用低漏電工藝的FPGA器件，優化布綫策略，降低信號切換頻率等。 動態電壓和頻率調節（DVFS）： 根據係統負載動態調整FPGA的運行電壓和時鍾頻率。 利用FPGA內置的低功耗模式： 探討不同FPGA器件提供的睡眠模式、待機模式等。 我們將討論如何在設計階段就考慮功耗問題，例如通過仿真工具進行功耗估算，並根據結果進行設計優化。 在係統可靠性設計方麵，我們將探討FPGA在惡劣環境下和長期運行中可能遇到的各種挑戰，並介紹相應的防護措施： 單粒子效應（Single Event Effects, SEE）防護： 講解SEE對FPGA內部配置存儲器的影響，以及位翻轉（Bit Flip）的發生機製。我們將介紹常用的防護技術，如EDAC（Error Detection and Correction）碼、重構（Reconfiguration）技術、以及基於冗餘的設計方法。 溫度與電壓的敏感性： 分析溫度和電壓變化對FPGA性能和穩定性的影響，以及如何在設計中進行補償和容錯。 硬件安全與防篡改： 討論FPGA的安全設計，包括加密配置、防剋隆、防篡改等機製，以及在敏感應用中的重要性。 自檢與故障診斷： 介紹如何在FPGA係統中集成自檢功能，用於檢測硬件故障，以及實現故障隔離和報告。 係統級冗餘與容錯： 探討如何通過硬件冗餘（如雙機熱備、多模塊冗餘）和軟件容錯策略來提高係統的可用性和魯棒性。 我們將結閤實際案例，講解如何在FPGA設計中應用這些功耗和可靠性技術，以確保嵌入式係統在各種復雜工況下能夠穩定、高效、持久地運行。 第九章 FPGA嵌入式係統安全性與固件保護 本章將深入探討FPGA嵌入式係統的安全性問題，以及如何保護係統的固件和知識産權。隨著嵌入式係統越來越廣泛地應用於安全敏感領域，如軍事、金融、工業控製、物聯網等，保障係統的安全性變得至關重要。 我們將從FPGA器件本身的安全性特性齣發，介紹其在防止惡意攻擊方麵的能力。我們將詳細講解FPGA的加密配置功能，包括使用AES等加密算法對比特流進行加密，以防止未經授權的復製和篡改。我們還將討論密鑰管理機製，如安全熔絲（Secure Fuse）和密鑰存儲器（Key Storage）的使用。 本章將重點關注固件保護技術。我們將探討： 固件加密與簽名： 如何對運行在FPGA上的軟件固件進行加密，以及如何使用數字簽名來驗證固件的完整性和來源，防止惡意軟件的注入。 安全啓動（Secure Boot）： 講解安全啓動流程，確保隻有經過驗證的固件纔能在FPGA上加載和執行，從而抵禦Bootloader級彆的攻擊。 運行時安全監控： 介紹如何在FPGA邏輯中集成運行時安全監控模塊，用於檢測異常行為、非法訪問和潛在的攻擊企圖，並觸發相應的安全響應機製（如係統復位、報警）。 防剋隆與防篡改技術： 探討FPGA的物理不可剋隆函數（PUF）等技術，用於生成唯一的硬件身份標識，防止硬件被非法復製。同時，介紹防篡改傳感器和機製，用於檢測硬件被物理篡改的企圖。 訪問控製與權限管理： 講解如何在FPGA SoC中實現細粒度的訪問控製，限製不同模塊和處理器對敏感資源的訪問權限，以及如何隔離不同的安全域。 供應鏈安全： 討論在FPGA器件的生産、製造和部署過程中，如何確保供應鏈的安全性，防止器件在供應鏈環節被植入後門或進行篡改。 我們將結閤具體的安全威脅模型（如側信道攻擊、差分功耗分析、硬件木馬等），分析FPGA在抵禦這些威脅方麵的能力，並介紹相應的防禦策略。 通過本章的學習，讀者將能夠全麵瞭解FPGA嵌入式係統的安全風險，並掌握設計和實現安全固件、抵禦各種安全威脅的關鍵技術和方法。 第十章 FPGA嵌入式係統在新興領域的應用前沿 本章將放眼未來，探討FPGA嵌入式係統在當前和新興技術領域的前沿應用。我們將分析FPGA如何賦能人工智能、邊緣計算、5G通信、自動駕駛、物聯網（IoT）等前沿技術的發展，並展望其未來的發展趨勢。 人工智能與邊緣AI： 詳細闡述FPGA作為AI推理硬件在邊緣設備的優勢，如低功耗、低延遲、高能效比。我們將討論FPGA如何加速深度學習模型的推理，包括CNN、RNN、Transformer等，以及在智能攝像頭、自動駕駛傳感器、工業機器人等場景下的應用。我們將探討FPGA與ASIC、GPU在AI加速領域的互補性。 邊緣計算與分布式智能： 探討FPGA如何在邊緣節點實現數據預處理、特徵提取、模型推理等計算任務，從而降低對雲端計算的依賴，實現更快的響應速度和更低的帶寬需求。我們將分析FPGA在構建分布式智能係統中的作用。 5G通信與下一代網絡： 介紹FPGA在5G基站、核心網設備、終端設備中的應用，如基帶處理、信道編碼/解碼、波束成形、網絡功能虛擬化（NFV）等。我們將分析FPGA如何滿足5G對高吞吐量、低延遲和靈活性的需求。 自動駕駛與智能交通： 詳細闡述FPGA在自動駕駛汽車中的關鍵作用，如傳感器數據融閤（雷達、激光雷達、攝像頭）、感知算法加速、路徑規劃、決策控製等。我們將分析FPGA如何實現實時、可靠的感知和控製。 物聯網（IoT）與智能互聯： 探討FPGA在構建大規模物聯網設備中的作用，如智能傳感器節點、網關設備、數據采集與分析平颱等。我們將關注FPGA在低功耗、高安全性、靈活連接方麵的優勢，以及如何實現海量設備的高效管理和數據處理。 其他新興應用： 簡要介紹FPGA在生物信息學、區塊鏈、量子計算接口等領域的潛在應用。 本章還將討論FPGA技術未來的發展方嚮，例如： 更高性能與更低功耗的FPGA架構： 預測新一代FPGA在集成度、處理能力、能效方麵的提升。 軟硬件協同設計與異構計算的進一步融閤： 探討FPGA與其他計算單元（CPU, GPU, NPU）更緊密的集成與協同工作。 HLS技術的成熟與普及： 預測高級綜閤工具將成為主流的FPGA設計方法，極大地降低設計門檻。 AI驅動的FPGA設計自動化： 探索利用AI技術來優化FPGA的設計流程，如自動布局布綫、智能時序收斂等。 通過本章的學習，讀者將能夠把握FPGA嵌入式係統在各前沿技術領域的最新動態，並對未來的技術發展方嚮有更清晰的認識。

评分☆☆☆☆☆

我是一名對前沿科技充滿好奇的愛好者，對人工智能和物聯網等領域非常感興趣。最近我聽說FPGA在邊緣計算和智能硬件方麵有著越來越重要的作用，特彆是在圖像識彆和處理方麵。這本書的書名《基於FPGA的嵌入式圖像處理係統設計》聽起來就非常高大上，讓我充滿瞭探索的欲望。我希望這本書能夠從一個相對淺顯易懂的角度，嚮我介紹FPGA的基本原理，以及它為什麼適閤用於圖像處理。我尤其想知道，書中是如何解釋FPGA的並行計算能力如何幫助我們更快地分析和理解圖像的，比如實時人臉識彆、物體檢測或者場景分類等。如果書中能夠介紹一些具體的應用案例，並且用通俗易懂的語言解釋其背後的技術原理，那我會非常感激。我也期待書中能提供一些關於學習FPGA和圖像處理的入門建議，讓我能夠一步步地走進這個迷人的領域。

评分☆☆☆☆☆

剛拿到這本書，就被書名吸引瞭。雖然我本人不是FPGA領域的專傢，但對嵌入式係統和圖像處理一直充滿興趣。這本書聽起來就像是一座橋梁，連接瞭我一直想深入瞭解的兩個前沿領域。我尤其好奇書中對於“嵌入式”這個詞的解讀，它通常意味著資源受限，那麼如何在FPGA這樣高度並行的硬件平颱上實現高效的圖像處理算法，將是一個巨大的挑戰。我猜測書中可能會詳細介紹如何根據FPGA的特性，優化圖像處理算法的硬件實現，例如數據通路的設計、流水綫技術的應用，甚至可能涉及到一些低功耗和實時性方麵的考量。我期待書中能夠給齣一些具體的案例研究，展示如何在實際應用中，比如安防監控、工業視覺或者無人駕駛等領域，利用FPGA實現高性能的嵌入式圖像處理係統。當然，如果書中還能涉及一些FPGA開發流程的介紹，比如Verilog/VHDL的設計、仿真、綜閤以及實現過程，那就更好瞭，這樣即便是初學者也能快速上手。

评分☆☆☆☆☆

作為一名有多年嵌入式係統開發經驗的工程師，我一直關注著硬件加速在嵌入式領域的應用。FPGA在圖像處理方麵一直備受矚目，但如何將其高效地集成到嵌入式係統中，並且滿足實際應用的需求，一直是業界探索的重點。這本書的齣現，讓我看到瞭理論與實踐相結閤的希望。我非常希望書中能夠深入探討FPGA在嵌入式圖像處理係統中的核心挑戰，例如如何與CPU協同工作、如何進行數據傳輸和通信、以及如何保證係統的穩定性和可靠性。我也期待書中能夠提供一些關於FPGA芯片選型、開發闆選擇以及係統集成方麵的指導。尤其是在軟件與硬件的結閤方麵，如果書中能夠給齣一些跨平颱開發、嵌入式操作係統集成以及驅動程序設計的經驗，那將對我非常有價值。我很想瞭解書中是如何權衡性能、功耗和成本的，從而設計齣滿足各種嵌入式應用場景的圖像處理係統。

评分☆☆☆☆☆

我是一名正在攻讀計算機視覺方嚮碩士的學生，在學習過程中，經常會遇到一些計算量巨大的圖像處理算法，而傳統的CPU計算能力往往會成為瓶頸。因此，我一直在尋找能夠加速這些算法的解決方案。當看到這本書的書名時，我眼前一亮。FPGA以其獨特的硬件可編程性，在處理並行計算密集型任務方麵有著天然的優勢。我特彆想知道，書中是如何將復雜的圖像處理算法，例如捲積神經網絡、圖像濾波、特徵提取等，映射到FPGA硬件上的。我猜想書中應該會詳細講解如何利用FPGA的邏輯單元和DSP模塊來實現這些算法，並且可能會提供一些優化技巧，比如如何減少算法的復雜度、提高數據吞吐量等。如果書中還能介紹一些常用的圖像處理IP核（Intellectual Property Core）的利用，或者如何自己設計和實現這些IP核，那對我來說將是極大的幫助。我對書中能夠提供一些實際的代碼示例和性能分析報告非常期待，這樣我纔能更直觀地理解FPGA在圖像處理中的強大威力。

评分☆☆☆☆☆

這本書的主題非常有吸引力，因為它觸及瞭當前技術發展的一個熱點。在人工智能飛速發展的今天，圖像數據的處理能力和效率變得至關重要，而FPGA作為一種高度靈活和可定製的硬件平颱，在加速圖像處理方麵展現齣瞭巨大的潛力。我特彆關注書中是否會深入探討FPGA在處理深度學習模型推理時的優勢，比如如何在FPGA上高效地實現捲積、池化等操作，以及如何針對特定的神經網絡架構進行硬件優化。同時，我也對書中如何將FPGA與其他嵌入式組件（如傳感器、存儲器、通信接口等）進行係統集成非常感興趣，希望它能提供關於整體係統架構設計的指導。如果書中能夠包含一些關於FPGA開發工具鏈和軟件流程的介紹，以及如何進行性能評估和功耗分析，那將是對我的學習和實踐非常有益的補充。我期待書中能夠提供一些關於如何設計齣兼顧高性能、低功耗和低延遲的嵌入式圖像處理解決方案的深度見解。

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全面又稀松了！

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内容还不错，不过大部分讲的是原理

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理论偏多 不错

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图书正版！很不错，还有塑封，继续支持京东哦~加油！

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很实用，不错！全五星好评！

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评分☆☆☆☆☆

好

评分☆☆☆☆☆

拿到书感觉很不错，唯一遗憾的是书中对如何采用FPGA对图像进行编程写的较少，不深入，也没实验板和源码，希望完善深入。