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| 編輯推薦： |
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u针对初学者的友好设计：通过将可综合语法与仿真语法分开讲解，避免初学者因为混淆语法而在实际开发中遇到困难，此思路非常有助于简化学习过程。u逐步过渡的学习路径：从Verilog语言基础，到开发板的上板实践，再到竞赛应用，这种设计不仅能帮助读者理解FPGA开发的每个步骤，还能鼓励他们将学到的知识应用到实际项目中，进一步巩固所学内容。u理论与实践相结合：教程中的上板验证实操环节是一个非常好的桥梁，使读者能够将学到的理论知识转化为实际应用，增强对FPGA开发过程的理解和掌握。u实际设计技巧与企业规范的介绍：通过讲解企业常用的编程规范和常用的设计思想与技巧，不仅能让读者了解学术方面的内容，还能提前接触业界的实际需求，帮助他们在未来的工作中更快适应行业标准。u职业发展路径与就业前景：教程中的职业发展路径部分能让读者在学习的过程中，清楚掌握FPGA的学习目标与发展方向，增强学习的内生动力。
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| 內容簡介： |
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本书是一本面向初学者的教材，通过理论学习与实际操作相结合，旨在帮助读者从零开始，逐步掌握FPGA设计与开发技能。全书内容涵盖了FPGA的学习建议与职业前景、基本概念、原理与结构、开发流程、编程语言、常用开发工具、代码规范、设计方法、应用与实践及相关学科竞赛等内容，通过循序渐进的讲解和示例展示，引导读者深入了解FPGA的学习路径和实际应用。本书在编写过程中，力争做到知识点简洁实用，语言通俗易懂，章节编排符合初学者的学习习惯，让每位初学者在完成本书学习之际，既对FPGA开发有全面的了解，又能进行一定的入门实操，进而形成较为浓厚的学习兴趣。本书可作为高等院校电子信息工程、通信工程、集成电路、电子科学与技术和微电子等专业的本科生和研究生相关课程的教材，也可供其他工程技术人员自学与参考。
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| 目錄：
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目录
第1章FPGA学习建议与职业前景1
1.1FPGA学习路线1
1.1.1入门初感1
1.1.2初级路线2
1.1.3进阶路线3
1.1.4高级路线3
1.2入门知识储备4
1.2.1编程语言4
1.2.2数字电路技术5
1.2.3电路原理图5
1.2.4接口/总线5
1.2.5常用软件6
1.3专业理论8
1.3.1数字信号处理8
1.3.2通信原理9
1.3.3图像处理9
1.3.4语音处理9
1.4算法验证9
1.4.1MATLAB编程9
1.4.2C语言模型10
1.5ARM开发10
1.5.1操作系统10
1.5.2嵌入式编程10
1.5.3AMBA总线11
1.6上位机11
1.7AI加速12
1.7.1神经网络12
1.7.2深度学习处理器12
1.8职业展望13
1.8.1企业招聘要求13
1.8.2FPGA职业规划14
1.9小结14
习题114
目录〖3〗第2章初识FPGA16
2.1可编程逻辑器件16
2.1.1CPLD概述16
2.1.2FPGA概述16
2.2FPGA的发展17
2.2.1FPGA国外发展17
2.2.2FPGA国内发展18
2.3FPGA应用场景18
2.4Xilinx芯片19
2.4.1命名规则19
2.4.2芯片分类20
2.4.3资源对比22
2.5芯片内部资源23
2.5.1可配置逻辑块24
2.5.2可编程输入输出单元25
2.5.3嵌入式块RAM25
2.5.4内嵌IP核26
2.5.5布线资源27
2.5.6时钟管理模块27
2.6小结28
习题228
第3章Verilog可综合语法29
3.1硬件描述语言的发展29
3.2组合电路与时序电路30
3.3可综合与不可综合31
3.4可综合语法32
3.4.1标识符命名规则32
3.4.2数值表示32
3.4.3模块声明34
3.4.4输入输出声明35
3.4.5线网型变量36
3.4.6寄存器型变量37
3.4.7begin…end语句39
3.4.8连续赋值语句39
3.4.9过程赋值语句40
3.4.10阻塞和非阻塞语句41
3.4.11基本运算符43
3.4.12条件分支语句47
3.4.13循环语句50
3.4.14参数定义52
3.4.15编译预处理53
3.4.16基本门电路55
3.4.17例化语句56
3.4.18函数语句块58
3.5如何编写可综合代码模块59
3.6小结60
习题360
第4章Verilog不可综合语法61
4.1概述61
4.2Testbench常用不可综合语法62
4.2.1`timescale指令62
4.2.2延时语句63
4.2.3生成时钟/复位信号63
4.2.4触发语句64
4.2.5initial语句65
4.2.6repeat语句66
4.2.7forever语句66
4.2.8系统函数67
4.2.9task语句81
4.3Testbench范例解析83
4.3.1简单仿真示例83
4.3.2自动化仿真示例86
4.4小结91
习题491
第5章FPGA开发与主要工具使用92
5.1开发流程92
5.1.1需求分析92
5.1.2RTL代码设计93
5.1.3功能仿真93
5.1.4综合94
5.1.5实现94
5.1.6时序仿真95
5.1.7比特流烧录95
5.1.8板级验证96
5.2功能仿真与综合介绍97
5.2.1功能仿真概述97
5.2.2综合概述97
5.3ModelSim用法97
5.3.1常规用法97
5.3.2IP核仿真100
5.3.3与Vivado关联106
5.3.4脚本.do106
5.4Vivado用法109
5.4.1软件使用109
5.4.2工程文件结构118
5.4.3引脚约束118
5.4.4时钟约束120
5.4.5静态时序分析121
5.5小结124
习题5124
第6章Verilog代码规范125
6.1命名规范125
6.1.1文件命名125
6.1.2代码命名126
6.2注释规范128
6.2.1总体原则128
6.2.2文件头129
6.2.3端口注释129
6.2.4内部信号注释129
6.2.5模块例化注释130
6.3代码编写规范130
6.3.1条件语句130
6.3.2端口131
6.3.3对齐132
6.3.4状态机132
6.3.5运算133
6.3.6其他133
6.4示例134
6.5小结136
习题6136
第7章FPGA常用设计方法137
7.1基本概念137
7.1.1同步与异步137
7.1.2锁存器与触发器137
7.1.3建立时间与保持时间138
7.1.4延迟优化139
7.1.5亚稳态与跨时钟域140
7.2设计思想141
7.2.1以电路思维设计代码141
7.2.2代码与硬件资源适配143
7.2.3模块间接口适配145
7.2.4模块动态可配145
7.3设计技巧146
7.3.1状态机146
7.3.2流水线设计150
7.3.3乒乓操作151
7.3.4串并/并串转换152
7.3.5数据处理152
7.3.6溢出与截断155
7.4综合属性约束156
7.4.1寄存器约束156
7.4.2输入输出信号约束157
7.4.3模块约束158
7.4.4状态机约束159
7.4.5KEEP约束160
7.4.6调试约束161
7.4.7存储器约束161
7.5综合策略配置163
7.5.1默认策略选项163
7.5.2自定义综合策略164
7.6小结164
习题7165
第8章应用与实践166
8.1认识开发板166
8.1.1FPGA开发板资源166
8.1.2FPGA开发板IO资源167
8.2入门例程168
8.2.1LED流水灯168
8.2.2数字电子时钟178
8.2.3EEPROM读写188
8.2.4单口/双口RAM读写200
8.2.5同步/异步FIFO读写206
8.3HDLBits210
8.4小结210
习题8210
第9章FPGA相关学科竞赛212
9.1概述212
9.1.1赛前准备213
9.1.2作品设计与实现213
9.1.3提交与评审214
9.1.4展示与分享214
9.1.5参加FPGA竞赛的意义214
9.2集成电路创新创业大赛215
9.2.1赛事简介215
9.2.2比赛细则216
9.3嵌入式芯片与系统设计竞赛217
9.3.1赛事简介217
9.3.2比赛细则217
9.4蓝桥杯大赛219
9.4.1赛事简介219
9.4.2比赛细则219
9.5比赛建议220
9.6小结221
参考文献222
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| 內容試閱：
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前言
随着信息技术的飞速发展，硬件设计领域的技术不断推陈出新，给我们的生活带来了前所未有的变革，从智能手机到物联网设备，再到人工智能，技术进步无处不在。在这一轮技术革命中，现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）作为一种高度灵活、性能强大的硬件平台，凭借其独特的并行计算能力、低延迟特性和可定制性，已成为现代电子系统和嵌入式系统开发的核心技术之一，在多个关键领域展现了不可替代的作用。
尽管FPGA优势明显，但其设计与开发过程往往需要较高的专业技术和深厚的工程背景，这也使FPGA的学习和应用存在一定的门槛。FPGA设计通常涉及硬件描述语言（如VHDL、Verilog）的使用、设计工具链的掌握、硬件电路的设计和调试等多个方面，这对于许多工程师尤其是初学者来说，无疑是一个巨大的挑战。FPGA设计不仅要求开发者具备扎实的数字电路基础，还需要熟悉不同开发工具和平台的操作流程，这使许多初学者在面对FPGA技术时感到无从下手。因此，如何降低FPGA技术的学习难度，并帮助初学者迅速上手，成为一个亟待解决的问题。
基于以上考虑，作者决定编写一本适合初学者认知发展路线的FPGA入门教程。本书旨在为初学者提供一条清晰易行的学习路径，从FPGA的基本概念到实际设计应用，循序渐进地带领初学者掌握FPGA开发的核心技能。无论你是电子工程专业的学生、刚接触FPGA的爱好者，还是希望在项目中采用FPGA技术的工程师，本书都将为你提供坚实的基础，帮助你快速入门并开展实践。
全书共9章，第1章给予读者学习FPGA的若干建议，并讨论了与FPGA相关的职业发展路径和就业前景；第2章带领读者认识什么是FPGA，了解FPGA的作用、FPGA的发展史以及国内外FPGA的相关厂商；第3章介绍FPGA开发所需的Verilog编程语言，用简短的篇幅讲解Verilog较为常用的可综合语法；第4章介绍编写Testbench常用的Verilog不可综合语法；第5章介绍相关仿真和综合工具的使用；第6章介绍企业常用的Verilog编程规范；第7章介绍FPGA开发的一些常用设计思想和技巧；第8章带领读者认识开发板并进行简单的上板验证实操，实现从理论学习到动手实践的平缓过渡；第9章介绍FPGA相关的竞赛，让读者学以致用。本书在介绍语法时，将可综合语法与仿真语法（不可综合语法）放在不同章节进行讲解，以避免初学者因语法混用而难以上板实践；另外，本书除了介绍相关语法知识外，在章节编排上力争按初学者思维逻辑对知识进行讲解，使读者完成本书的学习之后即可具备FPGA的相关基础知识，并能开展基础的开发工作。
感谢作者所在课题组历届研究生参与本书的资料收集与整理工作，熊启金、潘春权、钟恩辉、黄志恒、李润熠、林哲、朱福明、符核、徐哲远、卢至兆、张振宁、陈鸿冰、包文彬、陈胜堃、陈剑崧、张良翮、吴文浩、丁永强、林立嘉等同学为本书的顺利出版付出了巨大的努力。此外，福州大学物理与信息工程学院的魏榕山、黄立勤、郑海峰、高跃明、黄继伟、郑向涛、邹纯博、乔永明、张昂、陈建、林旭、冯忱晖、钱慧、王仁平、施隆照、林珊玲、陈锋、吴林煌等老师也给出了很多中肯的意见，在此一并表示感谢。
感谢清华大学出版社对本书的出版给予的帮助，再次谨向所有在本书的编写和出版工作中给予鼓励和帮助的各界人士表示衷心的感谢！此外，在写作过程中，本书参阅了国内外相关的论文和著作，特别是参考文献中列出的论著，在此一并表示谢意。
因作者水平有限，书中错误在所难免，如果您在本书中发现有疏漏或错误，或是您对本书存有疑惑，敬请与作者或出版社取得联系。
本书的配套课件来自课题组的精心制作，读者可自行从清华大学出版社网站下载。
作者2025年5月
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