基于FPGA的总线技术 FPGA CAN iRAX 1553B 1394 UART Xilinx pdf下载

本书是本科教材，但因为内容很新，也可以作为科技书供读者参考。本书特色鲜明：内容丰富、结构合理，理论与实践相结合，尤其注重工程应用；除了常用的FPGA总线，还特别讲解了北京中航通用科技有限公司拥有自主知识产权的新型国产化时间确定网络总体解决方案——智能多余度同步交换网络(iRAX)。
本书是作者多年教学、科研与工程实践基础上的经验总结，可作为高校电子科学与技术、集成电路工程等专业的参考用书，也可作为从事总线系统设计、FPGA芯片研发等领域的技术培训教材或参考资料。

本书详细介绍了目前FPGA 主流厂商的产品特点、简要设计流程以及基于FPGA 的总线技术。针对总线技术，首先详细讲述了目前总线技术的主要技术参数、拓扑结构和操控方式，以及计算机总线、片上总线、汽车总线和航空总线几个主要的应用领域；随后讲解了UART、IIC、SPI、CAN、1553B、1394b 和FC-AE-ASM 几类目前广泛应用的总线技术的特点、协议规范、拓扑结构及通信接口设计方法；幵以Xilinx 系列FPGA芯片为例，给出上述总线的具体实现过程；最后讲解了北京中航通用科技有限公司提出的新型国产化时间确定网络总体解决方案iRAX。
　　本书是作者多年教学、科研与工程实践的经验总结，内容丰富、结构合理，理论与实践相结合，尤其注重工程应用，幵给出了多类总线详细的FPGA 实现方案。本书可作为高校电子科学与技术、集成电路工程等专业的教材，也可作为总线系统设计、FPGA 芯片研发等领域的技术培训教材或参考资料。

张贺，博士毕业于哈尔滨工业大学微电子学与固体电子学专业，现任沈阳工业大学副教授，博士生导师，电子科学与技术系主任，研究方向为FPGA、微机电系统传感器。主持、参与多项国家和省部级课题，授权发明专利十余项，发表高水平论文三十余篇。

郑云龙，硕士毕业于哈尔滨工业大学微电子学与固体电子学专业，高级工程师，现任北京中航通用科技有限公司总工程师，沈阳工业大学硕士研究生企业导师。主要从事FPGA产品研发，多领域总线技术标准定制和产品设计。主持多项装备纵向、横向课题，授权国家专利多项。


赵越，博士毕业于北京理工大学兵器科学与技术专业，现任北京中航通用科技有限公司副总经理，高级工程师，沈阳工业大学硕士研究生企业导师。研究方向为专用集成电路、遥感设备、时间确定性总线通信技术。主持、参与多项国家和省部级纵向课题，授权国家专利多项。

前言
第1章FPGA器件简介及技术概要
1.1逻辑器件简介
1.2可编程逻辑器件的发展历程
1.3FPGA的诞生与发展
1.4FPGA技术概要
1.4.1FPGA器件的组成
1.4.2FPGA器件的分类
1.4.3FPGA器件设计流程
1.5本章小结
参考文献
第2章总线技术概要与发展历程
2.1总线技术概要
2.1.1总线的定义
2.1.2总线的分类
2.2总线的通信方式
2.2.1同步总线
2.2.2异步总线
2.2.3半同步总线
2.2.4分离总线
2.3总线的主要参数
2.3.1总线的时间参数
2.3.2总线的宽度
2.3.3总线的结构
2.4总线的操作与控制
2.5总线技术的发展历程
2.5.1计算机总线的发展历程
2.5.2片上总线的发展历程
2.5.3汽车总线的发展历程
2.5.4航空总线的发展历程
2.6本章小结
参考文献
第3章串行总线协议及FPGA实现
3.1串行总线概述
3.2串行总线协议解析
3.2.1UART协议解析
3.2.2IIC协议解析
3.2.3SPI协议解析
3.2.4CAN协议解析
3.3串行总线的FPGA实现
3.3.1总体设计方案
3.3.2上位机通信模块的FPGA实现
3.3.3UART模块的FPGA实现
3.3.4IIC模块的FPGA实现
3.3.5SPI模块的FPGA实现
3.3.6CAN模块的FPGA实现
3.4本章小结
参考文献
第4章MIL-STD-1553B总线概述及FPGA实现
4.1MIL-STD-1553B总线概述
4.2MIL-STD-1553B总线组成与架构
4.3MIL-STD-1553B总线协议解析
4.3.1MIL-STD-1553B总线物理层
4.3.2MIL-STD-1553B总线数据链路层
4.4MIL-STD-1553B总线的FPGA实现
4.4.1总体实现方案
4.4.2物理层的FPGA实现
4.4.3数据链路层的FPGA实现
4.5本章小结
参考文献
第5章1394总线协议及FPGA实现
5.11394总线概述
5.2MIL-1394b总线网络组成与架构
5.3MIL-1394b总线协议解析
5.3.1MIL-1394b总线物理层
5.3.2MIL-1394b总线链路层
5.3.3MIL-1394b总线事务层
5.3.4MIL-1394b总线管理层
5.3.5MIL-1394b总线通信流程
5.3.6MIL-1394b总线容错机制
5.4MIL-1394b总线的FPGA实现
5.4.1总体设计方案
5.4.2PCIe-DMA模块的FPGA实现
5.4.3事务层的FPGA实现
5.4.4链路层的FPGA实现
5.4.5故障注入模块的FPGA实现
5.4.6冗余模块的FPGA实现
5.5本章小结
参考文献
第6章FC总线协议及FPGA实现
6.1FC总线概述
6.2FC总线网络组成与架构
6.2.1FC-0层
6.2.2FC-1层
6.2.3FC-2层
6.2.4FC-3层
6.2.5FC-4层
6.3FC-AE-ASM总线协议解析
6.3.1FC-AE-ASM协议帧结构
6.3.2FC-AE-ASM协议属性
6.4FC-AE-ASM总线的FPGA实现
6.4.1总体实现方案
6.4.2物理层的FPGA实现
6.4.3FC基础协议模块的FPGA实现
6.4.4ASM模块的FPGA实现
6.4.5BM监控模块的FPGA实现
6.5本章小结
参考文献
第7章iRAX总线协议及FPGA实现
7.1iRAX总线的提出背景
7.2iRAX总线协议概述
7.2.1iRAX总线协议的物理层
7.2.2iRAX总线协议的数据链路层
7.2.3iRAX总线协议的网络层
7.2.4iRAX总线协议的传输层
7.2.5iRAX总线拓扑架构
7.3iRAX总线的FPGA实现
7.3.1总体实现方案
7.3.2传输层的实现方案
7.3.3网络层的实现方案
7.3.4数据链路层的实现方案
7.4本章小节
参考文献

现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）是在晶圆上预先制备好的、可重新配置内部资源并实现不同功能的集成电路。与专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）相比，FPGA凭借其卓越的灵活性和可重配置能力为工业控制、网络通信和消费电子等领域提供了坚实的硬件基础，也日益成为人工智能、云计算和物联网等新兴领域的重要解决方案之一。FPGA技术正引领着数字时代的芯片变革，在缩短研发迭代周期、芯片原位代替、大规模数据加速处理等方面都展现出了巨大的潜力和优势。
目前的总线技术已经从负责系统内部各模块或子系统间进行数据或信号传递的一组线的集合，演化成电子与控制系统中用于规范各组件间通信接口的一套技术标准规范。总线不仅定义了插座尺寸、引线数目、信号格式和通信时序等硬件设备之间数据传输的物理、电气和协议特性，还确保了连接到总线上的IP核、模块或子系统之间的兼容性与协同性。它已经成为复杂智能电子系统的核心技术之一，在多设备系统集成、远程监控和控制、电源优化管理等方面发挥着不可代替的作用。
将FPGA与总线技术结合起来，充分利用其低功耗、可配置和数据高速并行处理等优势，进一步提升各类总线的实时性、可靠性、开放性和灵活性，不仅顺应了智能制造的发展趋势，给传统总线技术注入新的活力。也有助于在短时间内解决我国总线核心芯片缺位的“卡脖子问题”。
本书共7章。首先从可编程逻辑器件的起源开始，详细介绍了器件可编程技术的演进历程、FPGA的诞生与发展、目前主流厂商的产品特点和FPGA的简要设计流程，为接下来的基于FPGA总线技术实现奠定基础。在总线部分，本书从总线技术的定义、分类开始，详细介绍了目前总线技术的主要技术参数、拓扑结构和操控方式，以及计算机总线、片上总线、汽车总线和航空总线几个主要的应用领域。随后本书介绍了UART、IIC、SPI、CAN、1553B、1394b和FC-AE-ASM几类目前广泛应用的总线技术的特点、协议规范、拓扑结构及通信接口设计方法，并以Xilinx系列FPGA芯片为例，给出了上述总线的具体实现过程。
在本书的最后一章中，重点介绍了北京中航通用科技有限公司提出的拥有自主知识产权的新型国产化时间确定网络总体解决方案——智能多余度同步交换网络(Intelligent Redundancy Synchronous Switching Network，iRAX)。iRAX技术有机融合了MIL-STD-1553B的时分命令响应技术、AFDX双活冗余技术、TTE时间触发技术等标志性优点，不仅可以直接替换以往的1553B、RS422、FlexRay等低速通信网络，也可以直接替代AFDX、FC-AE、TTE、1394b等高速网络，还可以满足高速/低速相结合的多协议分层网络。基于FPGA芯片的iRAX总线目前已成功应用于航空、航天等头部企业的多个型号项目中。它不仅应用前景广阔，也为突破国外技术封锁、保障我国总线技术的自主可控性和航空、航天、军工装备的可靠性、提升多维立体化应用场景下的复杂电子系统稳定性，提供了坚实的基础。
研究生李明超、王凇、田琳、王绮梦、穆洋洋、唐海丹参与了部分整理工作，对此表示衷心感谢！
本书内容丰富，结构合理，理论与实践相结合，尤其注重工程应用，给出了多类总线详细的FPGA实现方案。本书是作者多年教学、科研与工程实践的经验总结，可作为高校电子科学与技术、集成电路工程等专业的参考书，也可作为总线系统设计、FPGA芯片研发等领域的技术培训教材或参考资料。
作者
2025年11月于沈阳工业大学