基本信息
编辑推荐
本书取材新颖、内容丰富、实验详细、实用性强，囊括了Xilinx FPGA在通信领域使用的基础IP核，既适合Xilinx FPGA/CPLD设计入门的学生和电子设计爱好者，也面向NETFPGA板卡的开发人员，同时适合具有一定工作经验的硬件设计工程师和IC设计工程师。
内容简介
书籍
计算机书籍
本书系统讲解通信网络领域Xilinx FPGA内部的IP硬核。以流行的Xilinx Virtex-6型号芯片举例，涵盖Xilinx FPGA在通信领域主流的IP核，阐述Xilinx FPGA时钟资源和DCM、PLL和MMCM时钟管理器的特性和使用方法；介绍基于Block RAM资源生成ROM、RAM、FIFO和CAM核的使用过程。阐述TEMAC核背景知识、内部结构、接口时序和配置参数，给出生成实例；介绍LVDS技术规范、源同步实现方案和去偏移技术，讲解Xilinx FPGA中IODELAYE1、ISERDES1和OSERDES核使用方法；阐述Xilinx FPGA DDR3控制器IP核的结构组成、模块划分、接口信号和物理约束等。
计算机书籍
本书系统讲解通信网络领域Xilinx FPGA内部的IP硬核。以流行的Xilinx Virtex-6型号芯片举例，涵盖Xilinx FPGA在通信领域主流的IP核，阐述Xilinx FPGA时钟资源和DCM、PLL和MMCM时钟管理器的特性和使用方法；介绍基于Block RAM资源生成ROM、RAM、FIFO和CAM核的使用过程。阐述TEMAC核背景知识、内部结构、接口时序和配置参数，给出生成实例；介绍LVDS技术规范、源同步实现方案和去偏移技术，讲解Xilinx FPGA中IODELAYE1、ISERDES1和OSERDES核使用方法；阐述Xilinx FPGA DDR3控制器IP核的结构组成、模块划分、接口信号和物理约束等。
作译者
2010.09-至今 解放军信息工程大学 信息技术研究所 讲师先后参与参加国家863重大项目“新一代高可信网络”之子课题“可重构路由器构件组研制”（编号2008AA01A323），负责可重构路由硬件构件的设计开发；参加国家863重大项目“新一代高可信网络”之子课题“可重构柔性试验网组网设备工程化实施”（编号2009AA01A334），负责可重构服务承载网的构建方法研究；参加国家863重大项目“三网融合”演进技术与系统研究”之子课题“面向”三网融合”的统一安全管控网络”，负责融合网络环境中视频业务的防篡改防插播硬件实现技术；目前参与973项目“可重构信息通信基础网络体系研究”（编号2012CB315900），负责可重构信息通信基础网络体系中的宏电路硬件实现。
目录
第1章 Xilinx FPGA发展和应用 1
1.1 可编程器件现状和发展简介 1
1.1.1 可编程器件的特点与应用 1
1.1.2 可编程器件厂家介绍 2
1.1.3 可编程器件发展趋势 4
1.2 Xilinx FPGA简介 4
1.2.1 Xilinx FPGA产品介绍 4
1.2.2 Xilinx Virtex-6系列FPGA 6
1.3 基于IP Core的FPGA设计 7
1.3.1 IP Core分类 8
1.3.2 AXI总线协议在Xilinx IP核中的应用 9
1.3.3 基于IP Core的FPGA设计流程 12
1.4 FPGA在通信领域的应用优势 15
1.4.1 FPGA在通信领域的技术优势 15
1.4.2 Xilinx FPGA的IP核群 15
1.5 NetFPGA板卡的应用基础 16
1.5.1 NetFPGA-1G板卡介绍 16
1.5.2 NetFPGA-10G板卡介绍 17
1.5.3 大学生信息安全竞赛与NetFPGA 18
1.6 本章小结 18
1.1 可编程器件现状和发展简介 1
1.1.1 可编程器件的特点与应用 1
1.1.2 可编程器件厂家介绍 2
1.1.3 可编程器件发展趋势 4
1.2 Xilinx FPGA简介 4
1.2.1 Xilinx FPGA产品介绍 4
1.2.2 Xilinx Virtex-6系列FPGA 6
1.3 基于IP Core的FPGA设计 7
1.3.1 IP Core分类 8
1.3.2 AXI总线协议在Xilinx IP核中的应用 9
1.3.3 基于IP Core的FPGA设计流程 12
1.4 FPGA在通信领域的应用优势 15
1.4.1 FPGA在通信领域的技术优势 15
1.4.2 Xilinx FPGA的IP核群 15
1.5 NetFPGA板卡的应用基础 16
1.5.1 NetFPGA-1G板卡介绍 16
1.5.2 NetFPGA-10G板卡介绍 17
1.5.3 大学生信息安全竞赛与NetFPGA 18
1.6 本章小结 18
前言
序
可编程器件具有体系结构灵活、逻辑单元丰富、集成度高的优点，在数字通信、多媒体处理、汽车和消费电子、宇航和国防工业等诸多领域得到了广泛应用。由于通信协议标准处在不断演进和修改过程中，采用FPGA的可编程技术已成为网络通信系统设计创新的首选。IP核是已验证正确的成熟设计，在FPGA设计中应用IP核，可以减少设计风险，加快开发过程。
本书作者结合多年教学及工程经验，深入浅出地讲解了Xilinx FPGA通用IP核在计算机网络和通信中的应用，通过背景知识、功能简介、应用说明和实验案例等内容，帮助读者由浅入深地掌握通用IP核的使用方法。
本书具有以下三个特色：首先，能够密切追踪信息领域的发展趋势，把握信息技术发展的脉搏，帮助读者深入理解信息技术的发展和工程实践需求；其次，从初学者的角度，全面细致地介绍了Xilinx IP核的基础及背景知识，条理清晰、思路明确，为初学者指明了学习的方向；最后，从工程实践的角度，细致地讲解了Xilinx IP核的使用方法，配合详细的工程案例，融入作者长期积累的研发经验，具有较强的可读性和可实践性。综上所述，本书是一个桥梁，它帮助读者衔接了Xilinx IP核的基本理论与工程实践，内容丰富，可读性强。
结合未来网络（Future Networks）技术研究方向，为满足未来不断发展的网络体系演进和通信协议变化，可编程技术将发挥越来越重要的作用，FPGA器件兼有灵活可编程性和并行高效性，对未来网络体系架构的理论研究成果和设想都可以在FPGA平台上进行验证，因此本书内容对网络技术方向的研究和实验不无裨益。
在此，我衷心希望这本书的出版可以拓展读者视野，为广大读者提供切实有效的帮助。
国家“973”计划项目首席科学家
兰巨龙教授
2014年5月
前 言
随着信息产业和微电子技术的发展，可编程逻辑设计技术已经成为信息产业最热门的技术之一，FPGA芯片在逻辑密度、性能和功能上有了极大的提高，可快速构建各种电子系统，帮助设计者在较短时间内向市场上推出创新产品。由于FPGA的可编程特性和灵活性，可以满足电子产品功能设计演进变化的需求，因而FPGA越来越受到电子工程师的青睐，应用范围遍及航空航天、数据通信、广播电视、网络安全、工业控制、汽车电子、医疗电子、消费类电子市场、测量测试等众多热门领域。
美国的的Xilinx公司是全球领先的可编程逻辑器件及完整解决方案的供应商，提供了类型多样、功能强大的FPGA器件，软件设计工具和丰富的IP核。Xilinx公司提供的IP核是经过严格测试和优化过的电路功能模块，功能经过验证，时序性能稳定，一般采用参数可配置的结构，方便用户根据实际需要来调用IP核进行开发。随着FPGA资源规模和应用复杂的增加，采用调用IP硬核的方式替代自主设计复杂功能代码，能够大幅度减轻设计人员的工作量，缩短设计时间，提高设计可靠性，减少设计风险。因此，使用IP核完成设计逐渐成为FPGA设计的发展趋势。
Xilinx FPGA为用户提供了大量成熟的、高效的IP核，应用领域涵养了通信和网络、汽车工业、基本单元，数字信号处理、数学函数、记忆和存储单元、标准总线接口等，从简单的基本设计模块到复杂的处理器一应俱全。由于现有的IP核支持种类和功能越来越复杂，使得IP核在FPGA开发中所占的比例越来越重，且使用设计难度越来越大。设计者在初次使用相应的IP核时，若缺乏一定的背景知识和适当的应用指导，在设计过程中将遇到较多难点。不同于一般的逻辑功能代码开发，IP核的内部功能和外部接口相对固定，若能有针对性地对IP核的结构、功能和接口使用进行系统介绍，可以帮助设计者在开发应用过程中少走弯路，快速掌握IP核的使用方法。
本书是系统全面讲解Xilinx FPGA内部IP核的工具用书，深入阐述了Xilinx FPGA内部的IP核的特性和应用，主要IP核包括DCM、PLL、MMCM、Block RAM、ISERDES、OSERDES、MIG、TMAC等，已囊括了Xilinx FPGA在通信领域使用的基础IP核。笔者将通信基础IP核的开发应用经验整理成书，希望对后续使用IP核的开发者有所裨益，帮助开发者快速熟悉IP核的基本功能，进而可以掌握IP核的开发应用技巧，使IP核的相关设计快速融入开发者的系统设计中，缩短读者应用IP核的开发时间。
每届的大学生信息安全竞赛都有很多学生选用NetFPGA板进行应用开发，加上可编程网络研究方向的兴起，越来越多的老师和学生NETFPGA板卡进行新型网络架构的研究，在NetFPGA板卡上实现路由器、防火墙及最新的OPENFLOW等功能。本书涉及Xilinx FPGA的基本结构和使用方法，结合NetFPGA板卡应用场景，深入讲解各种IP核的特性和使用方法，尤其是通信领域常用的DCM、PLL、TEMAC和CAM等IP核，可帮助读者深入了解相应IP核的应用机理，增强读者的Xilinx FPGA开发能力，加快NetFPGA板卡的学习和应用开发。
考虑到Virtex-6系列作为Xilinx目前较新的应用器件，同时支持的IP核的各类繁多，为使本书内容具有更广的应用范围，书中选取Virtes-6系列的IP核进行示例。在各个章节首先对IP核的内部功能模块进行介绍，帮助初次使用者从宏观上初步了解该IP核的特性：在此基础上对IP核的接口信号和时序进行详细说明，使读者快速熟悉该IP核的相应接口时序；通过对IP核的配置属性进行详细介绍，有利于设计者根据不同的设计需求选择不同的配置参数。
本书的主要内容包括：第1章主要使读者对可编程器件有基本了解，叙述了可编程器件的基本特点、应用领域和发展趋势，介绍了Xilinx FPGA的最新设计方法和在通信领域的应用优势：第2章主要介绍Xilinx FPGA的时钟资源分类和应用方法，分别介绍DCM、PLL和MMCM这三种时钟管理器的特性和使用方法：第3章主要围绕Block RAM核的使用方法，分别介绍ROM、RAM、FIFO和CAM的生成使用过程，重点对CAM的相关背景知识、接口特性和使用方法做了详细讲解；第4章主要介绍TEMAC核的背景知识和使用方法，重点阐述了TEMAC核的内部结构、接口时序和配置参数；第5章主要介绍LVDS技术规范和基于Xilinx FPGA的源同步实现方案，叙述了源同步传输的基本概念和去偏移技术，重点讲解了Xilinx FPGA实现源同步接口方案的IODELAYE1、ISERDES1和OSERDES核：第6章主要阐述了Xilinx DDR3存储器接口解决方案，详述说明了DDR3控制器IP核的结构组成、模块划分、接口信号和物理约束，最后给出了Xilinx DDR3控制器IP核的住址实验。
黄万伟、董永吉负责全书的统筹规划。第1章由黄万伟、陶勇和李玉峰完成；第2章由冶晓隆、黄万伟和李玉峰完成；第3章由黄万伟、钱坤和伊鹏完成；第4章由黄万伟、姜宏和伊鹏完成；第5章由黄万伟、田乐和姜宏完成；第6章由董永吉、钱坤和田乐完成。曹建业完成了本书的实验仿真部分，陶勇绘制了本书中的大量插图，姜宏、陈博和杨文慧参与了本书的文字校订工作。在本书编写过程中，杜飞、谭立波、袁征、张霞、田志给予了大力支持，并提出了宝贵意见。特别感谢科通数字技术公司西安办事处的杨智勇工程师和上海皮赛电子有限公司朱哲勇先生在本书编写过程中给予的大力技术支持。感谢国家“973”项目“可重构信息通信基础网络的理论和体系结构”课题的NetFPGA实验仿真小组张传浩博士、胡宇翔博士和张震博士提供的技术支持。
可编程器件具有体系结构灵活、逻辑单元丰富、集成度高的优点，在数字通信、多媒体处理、汽车和消费电子、宇航和国防工业等诸多领域得到了广泛应用。由于通信协议标准处在不断演进和修改过程中，采用FPGA的可编程技术已成为网络通信系统设计创新的首选。IP核是已验证正确的成熟设计，在FPGA设计中应用IP核，可以减少设计风险，加快开发过程。
本书作者结合多年教学及工程经验，深入浅出地讲解了Xilinx FPGA通用IP核在计算机网络和通信中的应用，通过背景知识、功能简介、应用说明和实验案例等内容，帮助读者由浅入深地掌握通用IP核的使用方法。
本书具有以下三个特色：首先，能够密切追踪信息领域的发展趋势，把握信息技术发展的脉搏，帮助读者深入理解信息技术的发展和工程实践需求；其次，从初学者的角度，全面细致地介绍了Xilinx IP核的基础及背景知识，条理清晰、思路明确，为初学者指明了学习的方向；最后，从工程实践的角度，细致地讲解了Xilinx IP核的使用方法，配合详细的工程案例，融入作者长期积累的研发经验，具有较强的可读性和可实践性。综上所述，本书是一个桥梁，它帮助读者衔接了Xilinx IP核的基本理论与工程实践，内容丰富，可读性强。
结合未来网络（Future Networks）技术研究方向，为满足未来不断发展的网络体系演进和通信协议变化，可编程技术将发挥越来越重要的作用，FPGA器件兼有灵活可编程性和并行高效性，对未来网络体系架构的理论研究成果和设想都可以在FPGA平台上进行验证，因此本书内容对网络技术方向的研究和实验不无裨益。
在此，我衷心希望这本书的出版可以拓展读者视野，为广大读者提供切实有效的帮助。
国家“973”计划项目首席科学家
兰巨龙教授
2014年5月
前 言
随着信息产业和微电子技术的发展，可编程逻辑设计技术已经成为信息产业最热门的技术之一，FPGA芯片在逻辑密度、性能和功能上有了极大的提高，可快速构建各种电子系统，帮助设计者在较短时间内向市场上推出创新产品。由于FPGA的可编程特性和灵活性，可以满足电子产品功能设计演进变化的需求，因而FPGA越来越受到电子工程师的青睐，应用范围遍及航空航天、数据通信、广播电视、网络安全、工业控制、汽车电子、医疗电子、消费类电子市场、测量测试等众多热门领域。
美国的的Xilinx公司是全球领先的可编程逻辑器件及完整解决方案的供应商，提供了类型多样、功能强大的FPGA器件，软件设计工具和丰富的IP核。Xilinx公司提供的IP核是经过严格测试和优化过的电路功能模块，功能经过验证，时序性能稳定，一般采用参数可配置的结构，方便用户根据实际需要来调用IP核进行开发。随着FPGA资源规模和应用复杂的增加，采用调用IP硬核的方式替代自主设计复杂功能代码，能够大幅度减轻设计人员的工作量，缩短设计时间，提高设计可靠性，减少设计风险。因此，使用IP核完成设计逐渐成为FPGA设计的发展趋势。
Xilinx FPGA为用户提供了大量成熟的、高效的IP核，应用领域涵养了通信和网络、汽车工业、基本单元，数字信号处理、数学函数、记忆和存储单元、标准总线接口等，从简单的基本设计模块到复杂的处理器一应俱全。由于现有的IP核支持种类和功能越来越复杂，使得IP核在FPGA开发中所占的比例越来越重，且使用设计难度越来越大。设计者在初次使用相应的IP核时，若缺乏一定的背景知识和适当的应用指导，在设计过程中将遇到较多难点。不同于一般的逻辑功能代码开发，IP核的内部功能和外部接口相对固定，若能有针对性地对IP核的结构、功能和接口使用进行系统介绍，可以帮助设计者在开发应用过程中少走弯路，快速掌握IP核的使用方法。
本书是系统全面讲解Xilinx FPGA内部IP核的工具用书，深入阐述了Xilinx FPGA内部的IP核的特性和应用，主要IP核包括DCM、PLL、MMCM、Block RAM、ISERDES、OSERDES、MIG、TMAC等，已囊括了Xilinx FPGA在通信领域使用的基础IP核。笔者将通信基础IP核的开发应用经验整理成书，希望对后续使用IP核的开发者有所裨益，帮助开发者快速熟悉IP核的基本功能，进而可以掌握IP核的开发应用技巧，使IP核的相关设计快速融入开发者的系统设计中，缩短读者应用IP核的开发时间。
每届的大学生信息安全竞赛都有很多学生选用NetFPGA板进行应用开发，加上可编程网络研究方向的兴起，越来越多的老师和学生NETFPGA板卡进行新型网络架构的研究，在NetFPGA板卡上实现路由器、防火墙及最新的OPENFLOW等功能。本书涉及Xilinx FPGA的基本结构和使用方法，结合NetFPGA板卡应用场景，深入讲解各种IP核的特性和使用方法，尤其是通信领域常用的DCM、PLL、TEMAC和CAM等IP核，可帮助读者深入了解相应IP核的应用机理，增强读者的Xilinx FPGA开发能力，加快NetFPGA板卡的学习和应用开发。
考虑到Virtex-6系列作为Xilinx目前较新的应用器件，同时支持的IP核的各类繁多，为使本书内容具有更广的应用范围，书中选取Virtes-6系列的IP核进行示例。在各个章节首先对IP核的内部功能模块进行介绍，帮助初次使用者从宏观上初步了解该IP核的特性：在此基础上对IP核的接口信号和时序进行详细说明，使读者快速熟悉该IP核的相应接口时序；通过对IP核的配置属性进行详细介绍，有利于设计者根据不同的设计需求选择不同的配置参数。
本书的主要内容包括：第1章主要使读者对可编程器件有基本了解，叙述了可编程器件的基本特点、应用领域和发展趋势，介绍了Xilinx FPGA的最新设计方法和在通信领域的应用优势：第2章主要介绍Xilinx FPGA的时钟资源分类和应用方法，分别介绍DCM、PLL和MMCM这三种时钟管理器的特性和使用方法：第3章主要围绕Block RAM核的使用方法，分别介绍ROM、RAM、FIFO和CAM的生成使用过程，重点对CAM的相关背景知识、接口特性和使用方法做了详细讲解；第4章主要介绍TEMAC核的背景知识和使用方法，重点阐述了TEMAC核的内部结构、接口时序和配置参数；第5章主要介绍LVDS技术规范和基于Xilinx FPGA的源同步实现方案，叙述了源同步传输的基本概念和去偏移技术，重点讲解了Xilinx FPGA实现源同步接口方案的IODELAYE1、ISERDES1和OSERDES核：第6章主要阐述了Xilinx DDR3存储器接口解决方案，详述说明了DDR3控制器IP核的结构组成、模块划分、接口信号和物理约束，最后给出了Xilinx DDR3控制器IP核的住址实验。
黄万伟、董永吉负责全书的统筹规划。第1章由黄万伟、陶勇和李玉峰完成；第2章由冶晓隆、黄万伟和李玉峰完成；第3章由黄万伟、钱坤和伊鹏完成；第4章由黄万伟、姜宏和伊鹏完成；第5章由黄万伟、田乐和姜宏完成；第6章由董永吉、钱坤和田乐完成。曹建业完成了本书的实验仿真部分，陶勇绘制了本书中的大量插图，姜宏、陈博和杨文慧参与了本书的文字校订工作。在本书编写过程中，杜飞、谭立波、袁征、张霞、田志给予了大力支持，并提出了宝贵意见。特别感谢科通数字技术公司西安办事处的杨智勇工程师和上海皮赛电子有限公司朱哲勇先生在本书编写过程中给予的大力技术支持。感谢国家“973”项目“可重构信息通信基础网络的理论和体系结构”课题的NetFPGA实验仿真小组张传浩博士、胡宇翔博士和张震博士提供的技术支持。
