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。

　　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》。

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