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| 內容簡介： |
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本书系统讲解了基带芯片的理论与设计实现。全书内容涉及通信IC设计知识、通信系统基础知识以及通信相关的理论知识等基础知识；还有广播基带芯片、无线（WiFi）基带芯片、LTE基带芯片的设计实现等实战知识。
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| 目錄：
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序言一
序言二
前 言
第1章 集成电路设计与HDL / 1
1.1 集成电路设计基础 / 1
1.1.1 集成电路的概念 / 1
1.1.2 IC设计的本质 / 5
1.1.3 IC设计流程 / 9
1.2 Verilog HDL快速入门 / 16
1.2.1 Verilog HDL简介 / 16
1.2.2 Verilog的表达能力 / 17
1.2.3 第 一个Verilog程序：通用加法器 / 18
1.2.4 第二个Verilog程序：多路选择器与运算操作 / 20
1.2.5 第三个Verilog程序：D触发器和多路延迟 / 27
1.2.6 第四个Verilog程序：function与时序电路组合 / 34
1.2.7 第五个Verilog程序：有限状态机 / 47
1.2.8 第六个Verilog程序：写testbench / 64
1.2.9 第七个Verilog程序：SPI总线 / 85
1.2.10 第八个Verilog程序：异步UART / 92
1.2.11 一些有用的Verilog程序 / 99
1.2.12 Verilog不同版本的差异 / 108
1.2.13 Verilog语法小结 / 108
1.3 复杂逻辑模块的设计 / 110
1.3.1 结构化的设计 / 110
1.3.2 数据流的设计 / 114
1.3.3 控制流的设计 / 132
1.3.4 重要接口部件的设计 / 135
1.4 数的表示与基本运算 / 144
1.4.1 数的表示方法 / 145
1.4.2 定点数的计算规则 / 149
1.4.3 定点计算举例 / 149
1.4.4 定点数的移位规则 / 152
1.5 Verilog HDL编程规范 / 155
1.5.1 文档规范 / 156
1.5.2 编程规范 / 156
1.5.3 文件头定义格式 / 156
1.5.4 格式规则 / 157
1.5.5 命名规则 / 157
1.5.6 整体编码规则 / 158
1.5.7 全局信号编码规则 / 166
1.5.8 模块编码规则 / 166
1.5.9 可综合性设计 / 167
1.5.10 可重用设计 / 168
1.5.11 编程规范小结 / 168
1.6 HDL电路设计技巧 / 168
1.6.1 芯片设计的核心目标 / 168
1.6.2 如何提高电路运行速度 / 170
1.6.3 如何降低电路规模（使用面积） / 173
1.6.4 如何优化时序 / 187
总结 / 194
第2章 FPGA设计与进阶 / 195
2.1 FPGA简介 / 196
2.1.1 FPGA功能强大的秘密 / 200
2.1.2 FPGA具备可编程能力的原因 / 201
2.1.3 其他的FPGA内部单元 / 205
2.1.4 FPGA的应用方向 / 205
2.1.5 FPGA的设计流程 / 207
2.1.6 FPGA的层次提升 / 217
2.2 FPGA与ASIC的差异 / 220
2.3 FPGA的基本构成 / 221
2.3.1 FPGA的RAM资源 / 222
2.3.2 DSP资源 / 232
2.3.3 PLL资源 / 239
2.3.4 I/O引脚资源 / 244
2.4 FPGA的调试 / 251
2.4.1 在线存储器内容编辑工具 / 251
2.4.2 内嵌逻辑分析仪 / 253
2.4.3 虚拟JTAG / 260
2.4.4 LogicLock / 267
2.4.5 调试设计的指导原则 / 268
2.5 FPGA的设计方法 / 269
2.5.1 FPGA的设计规范 / 270
2.5.2 FPGA的整体结构设计 / 270
2.6 FPGA电路的优化 / 285
2.6.1 整体优化原则 / 287
2.6.2 FPGA优化举例 / 288
2.7 FPGA可综合的概念 / 290
2.7.1 可综合与不可综合的归纳 / 291
2.7.2 always可综合的概念 / 292
2.7.3 有限状态机可综合的概念 / 293
2.7.4 可综合模块举例 / 294
2.8 FPGA设计的注意事项 / 301
2.8.1 外部接口 / 302
2.8.2 时钟电路 / 302
2.8.3 复位电路 / 305
2.8.4 FPGA的设计规则 / 307
附录 开发流程与应用环境快速搭建 / 310
总结 / 338
第3章 通信系统基础部件设计 / 339
3.1 通信模型的构架 / 340
3.1.1 通信电路的组成结构 / 340
3.1.2 常见的算法单元模块 / 341
3.2 通信系统的基本算法 / 342
3.3 通信系统芯片设计的基本套路 / 344
3.3.1 芯片设计的整体流程 / 345
3.3.2 需求类别分析 / 345
3.3.3 高速通信芯片的实现方案 / 346
3.3.4 中速通信芯片的实现方案 / 347
3.3.5 低速通信芯片的实现方案 / 349
3.3.6 传统终端基带芯片的实现方案 / 350
3.4 数字滤波器设计 / 352
3.4.1 FIR滤波器的基本概念 / 352
3.4.2 FIR滤波器的基本硬件实现 / 354
3.4.3 FIR滤波器硬件实现结构概述 / 357
3.4.4 基于分布式算法的FIR滤波器 / 366
3.4.5 IIR滤波器设计 / 373
3.4.6 滤波器设计中的量化问题 / 376
3.4.7 数字滤波器的扩展应用——相关 / 385
3.5 FFT原理与硬件设计 / 389
3.5.1 概述 / 389
3.5.2 FFT算法概述 / 392
3.5.3 FFT实现面临的问题 / 396
3.5.4 FFT硬件实现方案 / 398
3.5.5 适用于WLAN发射机的64点FFT设计 / 404
3.5.6 适用于WLAN接收机的64点FFT设计 / 411
3.5.7 FFT与FIR的关系 / 414
3.5.8 离散余弦变换 / 415
3.6 CORDIC算法 / 418
3.6.1 CORDIC简介 / 418
3.6.2 一个求角度反正切的例子 / 419
3.6.3 CORDIC算法原理 / 422
3.6.4 CORDIC通用算法原理 / 424
3.6.5 CORDIC算法的硬件实现结构 / 426
3.7 NCO与DDS / 432
3.7.1 NCO与DDS简介 / 432
3.7.2 NCO设计原理 / 432
3.7.3 NCO硬件设计 / 434
3.7.4 DDS硬件设计 / 435
3.7.5 DDS实现通信调制 / 437
3.8 数字信号处理的集成案例1：数字中频 / 439
3.8.1 概述 / 439
3.8.2 数字下变频 / 440
3.8.3 数字上变频 / 457
3.8.4 数字上下变频的系统级设计 / 461
3.8.5 数字中频的各种设计案例 / 468
3.9 数字信号处理的集成案例2：FM收音机 / 482
3.9.1 FM收音机原理 / 483
3.9.2 FM收音机的解调思路 / 485
3.9.3 FM的中频处理 / 486
3.9.4 FM单声道收音机的ESL设计 / 491
3.9.5 FM立体声收音机的硬件实现 / 493
3.9.6 FM收音机相关的一些话题 / 499
附录 数字信号处理算法实现的部分技巧 / 505
总结 / 519
第4章 通信系统的信道编解码 / 520
4.1 通信编解码的基本框架 / 521
4.1.1 编码的基础知识 / 521
4.1.2 编码的几个基本概念 / 522
4.1.3 信道编码间的关系 / 523
4.1.4 级联码 / 523
4.1.5 逼近容量极限的编码 / 524
4.1.6 信道编解码芯片实现的基本套路 / 525
4.2 8B/10B编码与译码 / 525
4.2.1 8B/10B编码过程 / 526
4.2.2 8B/10B解码过程 / 530
4.2.3 8B/10B编码与解码的Verilog实现 / 531
4.3 有限域的运算基础 / 534
4.3.1 有限域的基本概念 / 535
4.3.2 有限域多项式的运算规则 / 536
4.3.3 GF(2)域的多项式运算 / 538
4.3.4 适合硬件实现的有限域运算方法 / 539
4.4 CRC冗余校验码简介 / 547
4.4.1 CRC算法的基本原理 / 548
4.4.2 几个基本概念 / 549
4.4.3 CRC算法实现 / 550
4.5 RS码 / 555
4.5.1 RS的编码算法 / 556
4.5.2 RS的译码算法 / 560
4.6 BCH码 / 579
4.6.1 BCH编码 / 580
4.6.2 BCH译码方法简介 / 582
4.7 卷积码简介 / 585
4.7.1 卷积码的相关概念 / 585
4.7.2 卷积码编码通用表述 / 585
4.7.3 卷积码的变形以及特殊处理 / 589
4.7.4 卷积码的译码原理 / 590
4.7.5 Viterbi译码的硬件实现 / 604
4.7.6 Viterbi的引申话题 / 606
4.8 信道编解码集成案例 / 609
4.8.1 编码方案 / 609
4.8.2 整体编码流程 / 610
4.8.3 硬件方案的整体概述 / 612
4.8.4 信道编码 / 618
4.8.5 信道解码 / 626
4.8.6 芯片实现中的几个关键问题 / 634
总结 / 644
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| 內容試閱：
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序 言 一伴随着万物信息化及高速广域覆盖网、物联网等无线基础网络的大发展， “智慧城市”“智慧医疗”“中国制造2025”等概念陆续提出，能够适应不同应用场景的无线技术成为通信发展的核心方向。随着ITU正式提出5G概念以及IMT 2020组织的成立，支持各种应用场景的5G将逐渐步入大众视野，并以极具冲击力的方式影响世界的方方方面。而支撑5G通信大发展的一个关键核心就是通信芯片技术。本书作为专门论述通信芯片设计的专业书籍，针对“什么是通信芯片设计”、“通信芯片该集成什么”，以及“通信芯片集成方案的优缺点”等核心问题提供了极为详尽的论述。
本书以非常独特的视角，将通信理论与电路设计，乃至集成电路设计融合在一起，从理论基础到设计思想，再到实践案例，帮助读者先梳理思想框架，然后培养他们的实际操作能力。本书具有4个鲜明的特点：内容丰富翔实，布局循序渐进，理论联系实际，既有深度又有广度。
作者花了很多心血反复筛选和提炼内容，从*基本的通信原理开始，按照“总-分-总”的原则，详细讲述了通信系统设计所需的每一个基础环节，*后通过DVB-S、WiFi、LTE这3个大型通信芯片设计案例说明如何进行实际的芯片设计。通过对通信系统各个基础要素的学习，读者能够了解各类信号处理背后隐含的设计思想与基本原则，从而能够灵活地设计出简单实用的通信系统，真正做到理论联系实际。
由于通信行业的激烈竞争和激进风格，产业界的芯片设计通常处于较为前沿的位置，与当前通信原理教学理论有较大差距。很多读者学习完通信原理课程后，往往无法动手设计一套比较实用的通信系统，这就是因为缺失了对产品开发的认识，而本书恰恰弥补了这一环节。本书通过对产品开发各个环节的详细描述，并按照工程管理和项目管理的模式，引入多个真实产品开发案例，使读者能够零距离感受量产芯片的设计风格，对产业界所要求的低成本、高可靠、简单化设计也能够有非常直观的了解。这样也能更进一步地加深读者对通信原理和通信本质的理解。
众所周知，通信芯片设计所涉及的面很广，不仅包括电路模块的RTL设计、FPGA验证、ASIC等集成电路方面的内容，还包括协议软件、高层控制管理、传输交换等软件方面的内容，有时为了验证和展示整个芯片设计的性能，还需搭建完整的通信系统。本书几乎对以上所有方面都进行了阐述，详略得当。通过阅读本书，读者不仅能获得数字通信系统设计方面的理论知识，还能获得丰富的芯片设计以及FPGA、嵌入式等方面的设计技能。
从易到难，循序渐进，循循善诱，本书很好地做到了这一点。无论是从全书布局来看，还是从每一章的内容来看，都是按照先基础知识、后理论分析、再案例分析、*后动手实践的顺序展开。这样的谋篇布局无疑会大大提高本书的可读性。
教学是教与学的过程。教授方法和所授内容同样重要，对于同样的内容，用不同的教授方法，可能会有截然不同的结果。可喜的是，本书不仅内容丰富、理论与实践结合，而且对通信与社会信息相关联的部分也进行了描述，例如大数据的处理、隐马尔科夫过程、美元指数与股市的关系等，充满了生活气息。
本书是作者多年工作经验的结晶。目前我国的集成电路与通信芯片设计处在突飞猛进的高速发展阶段，这个时候，相信一本高质量、高实用性书籍的诞生，对通信相关的学科建设、人才培养都具有现实意义。
蔡月民大唐电信集团 首席科学家大唐移动 总工程师2015年9月7日序 言 二从北京航空航天大学退休后，我一直想抽时间写一本如何用数字系统实现数字信号处理(DSP)算法的书籍。因为有关数字芯片设计方法的中文教材非常少，而讨论DSP算法的书籍几乎从不涉及数字电路和系统，通常只从数学的角度讲解时域与频域之间的关系和转换；而介绍数字系统设计的书籍往往只举几个简单的例子，从原理上说明如何用若干个电路元件构成一个简单的卷积器或者迭代计算电路，就算是对不同数字信号处理的计算结构进行了讲解。
由于缺少数字芯片设计方法的中英文参考书，在遇到工程设计难题时，不少同学束手无策，只能绕道而行，少数同学在老师的帮助和鼓励下虽敢于大胆实践，但几乎每个人都必须经过多次失败和反复实验才能设计出勉强可实现复杂算法的电路构造，而*后能设计出满足工程需求的系统的同学更是少之又少。
我认为这一工程领域的教学确实存在不少有待改进的地方，编写一本实用教材是当务之急，但这本教材的内容必须十分广泛，既包含 Verilog 语言的使用、基础模块的设计和验证方法，也必须包括各种常用算法的电路结构，并用学生容易理解的课堂语言逐步深入地讲述设计中常用的各种方法、技巧，还要包括若干个典型真实工程系统的实现过程。
上述想法一直在我头脑中萦绕，但真要着手编写这一类型的教材，对我而言确实困难重重，身体日益衰老，精力一年不如一年，各种杂事应接不暇，写书计划只能一拖再拖。
两个月前，浪潮公司设计师秦冀龙 15年前，秦冀龙曾在我的指导下在北航EDA实验室学习 Verilog 数字系统设计。我退休后，受曾明总经理邀请在神州龙芯设计公司工作过两年，期间曾与他共事一年。此后，我们经常一起切磋技术难题，探讨人生，成为莫逆之交。 与我联系，向我介绍他们设计团队中一个曾对芯片设计做出过杰出贡献的设计师李庆华，希望我能读一读他编写的书稿，并做一个客观的评价。
第二天，我收到秦冀龙通过电子邮件发来的书稿。随后，我抽空开始阅读李庆华的著作。随着阅读的深入，我对作者李庆华设计师的认识越来越深入，对他编写这本书的意图也越来越清楚。他长期从事无线通信芯片的设计，参加过WiFi、LTE、数字中频等无线通信芯片项目，具有丰富的通信芯片设计经验。本书主题明确、文笔流畅、内容广泛，部分实现了我多年来期望自己完成而没有能力完成的数字芯片设计教材和资料汇编。
随着国家集成电路战略规划的实施，芯片设计逐渐成为我国电子工业的关键行业之一，与电子和计算机工程相关的专业基本上都开设了芯片设计课程。
目前Verilog语言已成为芯片设计师的首选语言，有关Verilog的中文书籍已出版了许多本，但不少初学者对如何使用Verilog仍感到棘手：虽然有些初学者自以为已熟悉Verilog语法，其实对如何使用Verilog构建电路，如何通过语言分层次描述复杂设计还存在很大的困惑。究其原因，首先，他们对Verilog语言的两种不同表述（即可综合的和不可综合的）没有深刻的理解。可综合模块是表示电路结构的，因此编写时在脑海中必须有硬件电路的清晰概念，而不可综合模块是表示电路行为的，主要用于产生测试激励信号、组成测试环境，目的是模拟被测试模块运行的真实环境，验证被测试的可综合电路结构与其周围模块的交互行为是否准确。其次，他们对Verilog设计思想的理解还不够深入，因为Verilog每个语法要点都蕴含着某一设计思想，有的是为了描述某确定的电路结构，有的是为了快速验证某个电路的行为是否正确，还有一些是为了提高设计的工作效率。因此，在学习时，必须要把Verilog当作电路建模工具来学习，把电路结构和行为验证的观念贯穿到学习实践的整个过程中，亲自上机操作，通过运行仿真工具，观察可综合电路模块与其他模块的交互行为是否正确，检验自己对Verilog语言的理解是否准确。
本书是一部有关通信芯片前端设计方法和技术资料的汇编，内容十分广泛，篇幅巨大。书中介绍了Verilog的学习方法和思路，结合作者的实际工程经验，不但可帮助初学者学习并掌握数字通信芯片的工程设计方法，还能为一些有经验的数字系统设计师提供参考，减少他们查询资料的时间。作者不但掌握了芯片设计的高超技术，而且还具有无线通信、计算机体系结构等领域的广泛知识，在多年的实际工作中积累了丰富的经验，能熟练运用诸多方面的知识，因此可以站在全局的高度，剖析数字前端设计的全过程，将Verilog设计与软件工程方法学结合起来，并引入各种IP设计规则，降低复杂项目设计的难度。
在书中，作者把Verilog的描述和芯片设计实例紧密结合在一起，工程实用性较强，在应用场景中为感兴趣的读者介绍了真实工业芯片的Verilog设计过程，这些实例对提高读者的设计技能很有帮助。书中列举的若干芯片（如数字中频、FM收音机、DVB-S、WLAN、LTE等芯片）的设计方案，具有较高的参考价值。希望广大读者能通过这些典型案例的解析，真正成为IC设计行业的精英，为这个时代做出自己的贡献。
我郑重地把本书推荐给有志进入数字系统和芯片设计领域的年轻人，希望你们能在中华民族复兴的伟大事业中做出自己那份实实在在的贡献，赢得社会和朋友们的尊敬，度过幸福、快乐、有意义的人生。
夏宇闻北京航空航天大学电子信息工程学院退休教授北京至芯科技公司技术顾问，FPGA设计培训师2015年9月24日
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