经典重发[U.Meyer-Baese]Digital Signal Processing with FPGA.3rd Ed

zenmeban_119

不多说了，数字信号处理与FPGA硬件实现相结合的好书。第三版，清晰可取词。后面附有verilog代码。

Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII
Preface to Second Edition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XI
Preface to Third Edition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .XIII
1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Overview of Digital Signal Processing (DSP) . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 FPGA Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.1 Classification by Granularity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.2 Classification by Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.3 Benchmark for FPLs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3 DSP Technology Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3.1 FPGA and Programmable Signal Processors . . . . . . . . . 12
1.4 Design Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4.1 FPGA Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.4.2 The Altera EP2C35F672C6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.4.3 Case Study: Frequency Synthesizer . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.4.4 Design with Intellectual Property Cores . . . . . . . . . . . . . 35
Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2. Computer Arithmetic. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.2 Number Representation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.2.1 Fixed-Point Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.2.2 Unconventional Fixed-Point Numbers . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.2.3 Floating-Point Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
2.3 Binary Adders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
2.3.1 Pipelined Adders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
2.3.2 Modulo Adders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
2.4 Binary Multipliers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.4.1 Multiplier Blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
2.5 Binary Dividers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
2.5.1 Linear Convergence Division Algorithms . . . . . . . . . . . . 93
XVI Contents
2.5.2 Fast Divider Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
2.5.3 Array Divider . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
2.6 Floating-Point Arithmetic Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
2.6.1 Fixed-point to Floating-Point Format Conversion . . . . . 105
2.6.2 Floating-Point to Fixed-Point Format Conversion. . . . . 106
2.6.3 Floating-Point Multiplication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
2.6.4 Floating-Point Addition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
2.6.5 Floating-Point Division . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
2.6.6 Floating-Point Reciprocal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
2.6.7 Floating-Point Synthesis Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
2.7 Multiply-Accumulator (MAC) and Sum of Product (SOP) . . 114
2.7.1 Distributed Arithmetic Fundamentals . . . . . . . . . . . . . . . 115
2.7.2 Signed DA Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
2.7.3 Modified DA Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
2.8 Computation of Special Functions Using CORDIC . . . . . . . . . . 120
2.8.1 CORDIC Architectures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
2.9 Computation of Special Functions using MAC Calls . . . . . . . . . 130
2.9.1 Chebyshev Approximations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
2.9.2 Trigonometric Function Approximation . . . . . . . . . . . . . 132
2.9.3 Exponential and Logarithmic Function Approximation 141
2.9.4 Square Root Function Approximation . . . . . . . . . . . . . . . 148
Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
3. Finite Impulse Response (FIR) Digital Filters . . . . . . . . . . . . 165
3.1 Digital Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
3.2 FIR Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
3.2.1 FIR Filter with Transposed Structure . . . . . . . . . . . . . . . 167
3.2.2 Symmetry in FIR Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
3.2.3 Linear-phase FIR Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
3.3 Designing FIR Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
3.3.1 Direct Window Design Method. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
3.3.2 Equiripple Design Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
3.4 Constant Coefficient FIR Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
3.4.1 Direct FIR Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
3.4.2 FIR Filter with Transposed Structure . . . . . . . . . . . . . . . 182
3.4.3 FIR Filters Using Distributed Arithmetic . . . . . . . . . . . . 189
3.4.4 IP Core FIR Filter Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
3.4.5 Comparison of DA- and RAG-Based FIR Filters . . . . . 207
Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
4. Infinite Impulse Response (IIR) Digital Filters . . . . . . . . . . . 215
4.1 IIR Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
4.2 IIR Coefficient Computation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
4.2.1 Summary of Important IIR Design Attributes . . . . . . . . 223
4.3 IIR Filter Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
Contents XVII
4.3.1 Finite Wordlength Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
4.3.2 Optimization of the Filter Gain Factor . . . . . . . . . . . . . . 229
4.4 Fast IIR Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
4.4.1 Time-domain Interleaving . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
4.4.2 Clustered and Scattered Look-Ahead Pipelining . . . . . . 233
4.4.3 IIR Decimator Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
4.4.4 Parallel Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
4.4.5 IIR Design Using RNS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
5. Multirate Signal Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
5.1 Decimation and Interpolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
5.1.1 Noble Identities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
5.1.2 Sampling Rate Conversion by Rational Factor . . . . . . . . 248
5.2 Polyphase Decomposition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
5.2.1 Recursive IIR Decimator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
5.2.2 Fast-running FIR Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
5.3 Hogenauer CIC Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
5.3.1 Single-Stage CIC Case Study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
5.3.2 Multistage CIC Filter Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
5.3.3 Amplitude and Aliasing Distortion . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
5.3.4 Hogenauer Pruning Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
5.3.5 CIC RNS Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
5.4 Multistage Decimator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
5.4.1 Multistage Decimator Design Using Goodman–Carey
Half-band Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
5.5 Frequency-Sampling Filters as Bandpass Decimators . . . . . . . . 277
5.6 Design of Arbitrary Sampling Rate Converters . . . . . . . . . . . . . 280
5.6.1 Fractional Delay Rate Change . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
5.6.2 Polynomial Fractional Delay Design . . . . . . . . . . . . . . . . 290
5.6.3 B-Spline-Based Fractional Rate Changer . . . . . . . . . . . . 296
5.6.4 MOMS Fractional Rate Changer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
5.7 Filter Banks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
5.7.1 Uniform DFT Filter Bank . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
5.7.2 Two-channel Filter Banks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
5.8 Wavelets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
5.8.1 The Discrete Wavelet Transformation . . . . . . . . . . . . . . . 332
Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
6. Fourier Transforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
6.1 The Discrete Fourier Transform Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . 344
6.1.1 Fourier Transform Approximations Using the DFT . . . 344
6.1.2 Properties of the DFT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
6.1.3 The Goertzel Algorithm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
6.1.4 The Bluestein Chirp-z Transform. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350
XVIII Contents
6.1.5 The Rader Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353
6.1.6 The Winograd DFT Algorithm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
6.2 The Fast Fourier Transform (FFT) Algorithms . . . . . . . . . . . . . 361
6.2.1 The Cooley–Tukey FFT Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
6.2.2 The Good–Thomas FFT Algorithm. . . . . . . . . . . . . . . . . 373
6.2.3 The Winograd FFT Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
6.2.4 Comparison of DFT and FFT Algorithms . . . . . . . . . . . 379
6.2.5 IP Core FFT Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
6.3 Fourier-Related Transforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
6.3.1 Computing the DCT Using the DFT. . . . . . . . . . . . . . . . 387
6.3.2 Fast Direct DCT Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388
Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391
7. Advanced Topics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401
7.1 Rectangular and Number Theoretic Transforms (NTTs) . . . . . 401
7.1.1 Arithmetic Modulo 2b ± 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
7.1.2 Efficient Convolutions Using NTTs . . . . . . . . . . . . . . . . . 405
7.1.3 Fast Convolution Using NTTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405
7.1.4 Multidimensional Index Maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409
7.1.5 Computing the DFT Matrix with NTTs . . . . . . . . . . . . . 411
7.1.6 Index Maps for NTTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
7.1.7 Using Rectangular Transforms to Compute the DFT . . 416
7.2 Error Control and Cryptography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
7.2.1 Basic Concepts from Coding Theory . . . . . . . . . . . . . . . . 419
7.2.2 Block Codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
7.2.3 Convolutional Codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
7.2.4 Cryptography Algorithms for FPGAs . . . . . . . . . . . . . . . 436
7.3 Modulation and Demodulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
7.3.1 Basic Modulation Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
7.3.2 Incoherent Demodulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
7.3.3 Coherent Demodulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463
Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472
8. Adaptive Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477
8.1 Application of Adaptive Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478
8.1.1 Interference Cancellation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478
8.1.2 Prediction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479
8.1.3 Inverse Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479
8.1.4 Identification. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480
8.2 Optimum Estimation Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481
8.2.1 The Optimum Wiener Estimation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482
8.3 The Widrow–Hoff Least Mean Square Algorithm . . . . . . . . . . . 486
8.3.1 Learning Curves. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
8.3.2 Normalized LMS (NLMS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496
8.4 Transform Domain LMS Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498
Contents XIX
8.4.1 Fast-Convolution Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498
8.4.2 Using Orthogonal Transforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500
8.5 Implementation of the LMS Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503
8.5.1 Quantization Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504
8.5.2 FPGA Design of the LMS Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . 504
8.5.3 Pipelined LMS Filters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507
8.5.4 Transposed Form LMS Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 510
8.5.5 Design of DLMS Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511
8.5.6 LMS Designs using SIGNUM Function . . . . . . . . . . . . . . 515
8.6 Recursive Least Square Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518
8.6.1 RLS with Finite Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 521
8.6.2 Fast RLS Kalman Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524
8.6.3 The Fast a Posteriori Kalman RLS Algorithm. . . . . . . . 529
8.7 Comparison of LMS and RLS Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . 530
Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532
9. Microprocessor Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537
9.1 History of Microprocessors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537
9.1.1 Brief History of General-Purpose Microprocessors . . . . 538
9.1.2 Brief History of RISC Microprocessors . . . . . . . . . . . . . . 540
9.1.3 Brief History of PDSPs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541
9.2 Instruction Set Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544
9.2.1 Addressing Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544
9.2.2 Data Flow: Zero-,One-, Two- or Three-Address Design 552
9.2.3 Register File and Memory Architecture . . . . . . . . . . . . . 558
9.2.4 Operation Support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562
9.2.5 Next Operation Location . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565
9.3 Software Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 566
9.3.1 Lexical Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 567
9.3.2 Parser Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 578
9.4 FPGA Microprocessor Cores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 588
9.4.1 Hardcore Microprocessors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 589
9.4.2 Softcore Microprocessors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594
9.5 Case Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605
9.5.1 T-RISC Stack Microprocessors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605
9.5.2 LISA Wavelet Processor Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 610
9.5.3 Nios FFT Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625
Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 645
A. Verilog Source Code 2001 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 661
XX Contents
B. VHDL and Verilog Coding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 729
B.1 List of Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 731
B.2 Library of Parameterized Modules (LPM) . . . . . . . . . . . . . . . . . 733
B.2.1 The Parameterized Flip-Flop Megafunction (lpm ff) . . 733
B.2.2 The Adder/Subtractor Megafunction . . . . . . . . . . . . . . . 737
B.2.3 The Parameterized Multiplier Megafunction
(lpm mult) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 741
B.2.4 The Parameterized ROM Megafunction (lpm rom) . . . 746
B.2.5 The Parameterized Divider Megafunction
(lpm divide) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 749
B.2.6 The Parameterized RAM Megafunction (lpm ram dq) 751
C. Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 755
D. CD-ROM File: “1readme.ps” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 761
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 769


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MoM

多谢楼主分享!

cplmaomao

好东西 经典作品  谢谢啦

cplmaomao

好东西 不顶不行了 哈哈

cplmaomao

我再顶 呵呵 谢谢楼主 top

cplmaomao

刚才没下载下来 不好意思 再水贴一下

yangcbspark

相当好,谢谢

etetet

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topee123456

classical book ?you said.dl it immediaterly
come on

topee123456

12345