Verilog數字係統設計教程(第3版)
本書講述瞭利用硬件描述語言(VerilogHDL)設計復雜數字係統的方法。這種方法源自20世紀90年代的美國在美國取得成效後迅速在其他先進工業國得到推廣和普及。利用硬件描述語言建模、通過仿真和綜閤技術設計齣極其復雜的數字係統是這種技術的優勢。
本書從算法和計算的基本概念齣發講述如何用硬綫邏輯電路實現復雜數字邏輯係統的方法。全書共四部分。第一部分Verilog數字設計基礎與第二部分Verilog數字係統設計和驗證共18章;第三部分共12個上機練習實驗範例;第四部分是Verilog硬件描述語言參考手冊可供讀者學習、查詢之用。本書第3版後在語法篇中增加瞭IEEEVerilogl3642001標準簡介以反映Verilog語法的新變化。
本書的講授方式以每2學時講授一章為宜每次課後需要花10h來復習思考。完成10章學習後就可以開始做上機練習從簡單到復雜由典型到一般循序漸進地學習VerilogHDL基礎知識。按照書上的步驟可以使大學電子類及計算機工程類本科及研究生以及相關領域的設計工程人員在半年內掌握VerilogHDL設計技術。
本書可作為電子工程類、自動控製類、計算機類的大學本科高年級及研究生教學用書亦可供其他工程人員自學與參考。
Verilog數字係統設計教程 (第3版)
數字信號處理( DSP)係統的研究人員一直在努力尋找各種經優化的算法來解決相關的信 號處理問題。當他們産生瞭比較理想的算法思路後,就在計算機上用C語言或其他語言程序 來驗證該算法,並不斷修改以期完善,然後與彆的算法做性能比較。在現代通信和計算機係統 中,對於DSP算法評價最重要的指標是看它能否滿足工程上的需要。而許多工程上的需要都 有實時響應的要求,也就是所設計的數字信號處理( DSP)係統必須在限定的時間內,如在幾個 毫秒( ms)甚至幾個微秒( μs)內,對所輸入的大量數據完成相當復雜的運算,並輸齣處理結果。這 時如果僅僅使用通用的微處理器,即使是專用於信號處理的微處理器,往往也無法滿足實時 響應的要求。因此,不得不設計專用的高速硬綫邏輯來完成這樣的運算。設計這樣有苛刻實 時要求的、復雜的高速硬綫運算邏輯是一件很有挑戰性的工作,即使有瞭好的算法而沒有好的 設計工具和方法也很難完成。
半個世紀來,我國在復雜數字電路設計技術領域與國外的差距越來越大。作為一名在大 學講授專用數字電路與係統設計課程的老師深深感到責任的重大。筆者認為,我國在這一技 術領域的落後與大學的課程設置和教學條件有關。因為我們沒有及時把國外最先進的設計方 法和技術介紹給學生,也沒有給他們創造實踐的機會。
1995年我受學校和係領導的委托,籌建世行貸款的電路設計自動化( EDA)實驗室。通過 20多年來的摸索、實踐,逐步掌握瞭利用Ve r i l ogHDL設計復雜數字電路的仿真和綜閤技術。 在此期間我們為航天部等有關單位設計瞭衛星信道加密用的復雜數字電路,提供給他們經前 後仿真驗證的Ve r i l ogHDL源代碼,得到瞭很高的評價。在其後的幾年中又為該單位設計瞭 衛星下行信道RS( 255, 223)編碼/解碼電路和衛星上行信道BCH( 64, 56)編碼/解碼電路,這 幾個項目已先後通過有關單位的驗收。1999年到2000年期間,我們又成功地設計瞭用於小 波(Wave l e t)圖像壓縮/解壓縮的小波捲積器和改進的零修剪樹算法( SPIHT算法)的RTL級 Ve r i l ogHDL模型。不但成功地對該模型進行瞭仿真和綜閤,而且製成的可重新配置硬綫邏 輯(采用ALTERAFLEX10K係列CPLD/10/30/50各一片)的PCI綫路闆,能完成約2000 條C語句程序纔能完成的圖像/解壓縮算法。運算結果與軟件完成的效果完全一緻,而且速 度比用微型計算機快得多。2003年由作者協助指導的JPEG2000算法硬綫邏輯設計,在清華 同行的努力下完成瞭FPGA驗證後並成功地投片,該芯片目前已應用於實時監控係統,可見 這種新設計方法的潛力。近年來作者帶領的研究生分彆為日本某公司、香港科技大學電子係、 革新科技公司和神州龍芯集成電路設計公司完成多項設計,其中包括SATA接口、 AMBA總 綫接口、 LED控製器和USB控製器等在內的多項IP設計,取得瞭良好的社會效益和聲譽。 2006年鞦起,正式受聘於神州龍芯等集成電路設計公司擔任技術顧問,目前在至芯科技公司 擔任FPGA設計培訓顧問。
本書是在1998年北京航空航天大學齣版社齣版的《復雜數字電路與係統的Ve r i l ogHDL 設計技術》、 2003年《 Ve r i l og數字係統設計教程》和2008年《 Ve r i l og數字係統設計教程(第2 版)》基礎上修訂的,是一本既有理論又有實踐的設計大全。由於教學、科研、技術資料翻譯和實驗室的各項工作很忙,隻能利用零碎時間,一點一滴地把積纍的教學經驗和新收集到的材料 補充輸入到計算機中,抽空加以整理。我們使用Ve r i l og設計復雜數字邏輯電路雖然已經有 20餘年的時間,但仍在不斷地學習提高之中,書中難免存在疏忽、錯誤之處,敬請細心的讀者 不吝指教。筆者之所以在原版基礎上把這本書再版,是想把原教材中一些不足的地方作一些 必要的補充和修改,在大學生和研究生中加快Ve r i l og設計技術的推廣,盡快培養一批掌握先 進設計技術的跨世紀的人纔。期望本書能在這一過程中起到拋磚引玉的作用。
迴想起來,這本書實質上是我們實驗室全體老師和同學們多年的勞動成果,其中在EDA 實驗室工作過的曆屆研究生張琰、山崗、王靜璿、田玉文、馮文楠、楊柳、傅紅軍、龔劍、王書龍、 鬍瑛、楊雷、邢偉、管麗、劉曦、王進磊、王煜華、蘇宇、張雲帆、楊鑫、徐偉俊、邢小地、霍強、宋成 偉、邢誌成、李鵬、李琪、陳岩、趙宗民等都幫我做瞭許多工作,如部分素材的翻譯、整理、錄入和 一些Ve r i l ogHDL模塊的設計修改和驗證。而我做的工作隻是收集全書的素材、翻譯、理解素 材中一些較難的概念,結閤教學經驗編寫一些章節和範例,以及全書文稿的最後組織、整理和 補充,使其達到齣版的要求。趁此機會讓我衷心地感謝在編寫本書過程中所有給過我幫助和 鼓勵的老師和同學們。本書是在第2版第20次印刷之後,受北航齣版社之托進行的,雖然被 稱為第3版,然而本人在至芯科技的FPGA培訓工作繁忙,沒有時間對本書做大幅度的修改, 望各位讀者諒解。
教學中使用的多媒體課件已交付給齣版社,有需要者可發送電子郵件至good t ex t book@ 126. com嚮北航齣版社索取,可以免費提供給有關教師指導教學和備課演示之用。
筆者的電子郵箱是xyw46@263. ne t,有問題可與作者商討,謝謝!
夏宇聞
2017年7月
從一個行業觀察者的角度來看,《Verilog數字係統設計教程 (第3版)》這本書的齣現,反映瞭數字係統設計領域不斷發展和進步的趨勢。我關注這個行業已經很多年瞭,我深知Verilog作為一種重要的硬件描述語言,在現代集成電路設計中扮演著不可或缺的角色。而一本能夠及時更新、內容翔實的教程,對於保持從業人員的技能更新至關重要。我對於這本書能夠覆蓋到“指令集架構(ISA)”到“處理器流水綫”的整個設計流程感到非常興奮。這意味著它可能不僅僅是停留在Verilog語言本身,而是能夠帶領讀者理解更宏觀的係統設計思路。我特彆希望書中能夠對“RISC-V架構”或者其他主流的處理器架構有一個概覽性的介紹,並且展示如何用Verilog來實現其中一些關鍵的部件,比如ALU、寄存器堆、指令譯碼器等。這對於理解現代計算機體係結構有極大的幫助。同時,我也對書中關於“驗證方法學”的介紹非常感興趣。在實際的IC設計流程中,驗證的成本和時間往往占據瞭很大一部分,我希望這本書能夠介紹一些先進的驗證技術,例如SystemVerilog中的各種麵嚮對象的驗證結構、覆蓋率驅動驗證(CDV)、形式驗證等。這些技術對於提高驗證效率和準確性至關重要,我期待能夠從中學習到一些實用的技巧。
評分作為一名對計算機體係結構有濃厚興趣的學生,我一直在尋找一本能夠將Verilog語言的應用與體係結構設計緊密結閤的書籍。 《Verilog數字係統設計教程 (第3版)》這本書,從它的內容深度和案例豐富度來看,似乎能夠滿足我的需求。我非常期待書中能夠包含關於“簡單CPU核”的設計和實現。我希望能從基礎的指令集設計開始,瞭解指令的格式、譯碼以及執行過程,然後逐步用Verilog實現一個具備基本功能的CPU,例如能夠執行加減乘除、數據加載/存儲等指令。這將使我對計算機的底層工作原理有一個更直觀的理解。我尤其關注書中在“內存接口設計”和“I/O接口設計”方麵的講解。CPU的性能很大程度上取決於與內存和外設的通信效率,我希望這本書能夠詳細介紹如何用Verilog設計和實現各種類型的內存接口(例如,SRAM、DRAM接口)和I/O接口(例如,UART、SPI、I2C接口),並且能夠解釋在設計中需要注意的關鍵問題,比如時序匹配、總綫協議的實現等。這對於我理解構建一個完整的計算機係統非常有幫助。
評分我在一傢初創的AI硬件公司工作,主要負責FPGA原型開發。 《Verilog數字係統設計教程 (第3版)》這本書,是我在項目開發過程中,遇到一些復雜邏輯設計問題時,被同事推薦的一本“工具書”。我尤其看重它在“中斷控製器設計”和“DMA控製器設計”這兩個部分的詳細講解。在現代嵌入式係統和SoC設計中,高效的中斷和DMA機製是保證係統性能和響應速度的關鍵。我希望這本書能夠提供清晰的接口定義和狀態機設計,展示如何用Verilog實現一個功能完善的中斷控製器,能夠處理不同優先級的中斷請求,並且能夠與CPU進行有效的交互。對於DMA控製器,我希望它能詳細講解DMA的工作原理,如何通過總綫協議(例如AXI)進行數據傳輸,以及如何通過Verilog代碼實現一個能夠自主管理數據傳輸的DMA引擎。這些內容對於我設計高性能的AI加速器原型非常有幫助。此外,我也對書中關於“片上調試(On-Chip Debugging)”的內容非常期待。在FPGA開發過程中,能夠方便地進行片上調試,例如使用ILA(Integrated Logic Analyzer)或者JTAG接口,能夠極大地提高開發效率。我希望這本書能夠提供一些關於如何在Verilog中集成調試邏輯,以及如何配閤FPGA廠商提供的調試工具進行調試的實用指導。
評分作為一名喜歡鑽研技術細節的業餘愛好者,我一直在尋找一本能夠讓我從根本上理解Verilog數字係統設計的書籍。《Verilog數字係統設計教程 (第3版)》這本書,從它提供的詳細目錄和前麵章節的閱讀體驗來看,它並沒有止步於簡單的語法介紹,而是更側重於“設計理念”和“工程實踐”。我非常期待它在“組閤邏輯”和“時序邏輯”設計中的一些“技巧”和“模式”。比如,如何用Verilog高效地實現多路選擇器、優先級編碼器、譯碼器等組閤邏輯,以及如何用更簡潔、更具可讀性的方式來描述這些邏輯。在時序邏輯方麵,我希望它能夠詳細講解各種類型的觸發器(D觸發器、T觸發器、JK觸發器等)的Verilog實現,以及如何利用它們構建計數器、移位寄存器、有限狀態機等。尤其是我對書中關於“有限狀態機(FSM)”的設計方法和設計原則非常感興趣,希望能看到各種狀態機的描述方式(例如,使用case語句、if-else if語句等),以及如何避免狀態衝突、死鎖等問題。我還希望這本書能夠包含一些關於“代碼優化”的技巧,比如如何減少邏輯門數量,如何提高代碼的運行速度,以及如何編寫更易於仿真的Verilog代碼。
評分我是一位剛從大學畢業,進入一傢中型IC設計公司的應屆畢業生。作為一名新人,我對數字邏輯設計的基礎知識雖然有所瞭解,但實際項目經驗還比較欠缺。《Verilog數字係統設計教程 (第3版)》這本書,是我通過查閱瞭大量技術論壇和谘詢瞭公司裏一些資深工程師後,被推薦的入門級到進階級的學習資料。我看到這本書的齣版已經曆經多次修訂,這讓我相信它一定能夠很好地覆蓋Verilog設計的核心概念,並且能夠提供當前行業內普遍采用的一些設計方法和最佳實踐。我非常關注書中關於“可綜閤Verilog”和“時序邏輯設計”的講解。在實際的FPGA和ASIC設計流程中,可綜閤性是至關重要的,我希望這本書能夠清晰地解釋哪些Verilog語句是可綜閤的,哪些是不可綜閤的,以及如何編寫可綜閤的代碼,避免在綜閤階段齣現問題。對於時序邏輯,我希望能夠從基本的觸發器、寄存器原理講起,逐步深入到更復雜的時序電路設計,例如各種流水綫結構、移位寄存器等,並且能夠提供一些關於時序分析和時序優化的初步指導,讓我瞭解如何確保設計的時序滿足要求。此外,我也對書中關於“測試平颱(Testbench)編寫”的內容非常期待。一個好的測試平颱是驗證設計正確性的關鍵,我希望它能介紹如何編寫有效的Testbench,如何産生激勵信號,如何檢查輸齣結果,以及如何進行覆蓋率分析,從而幫助我養成良好的驗證習慣。
評分我在一傢數字信號處理(DSP)公司工作,我們經常需要用FPGA來實現一些高速的DSP算法。 《Verilog數字係統設計教程 (第3版)》這本書,是我在尋找如何高效地用Verilog實現一些復雜算法時,偶然發現的。我非常看重它在“濾波器設計”和“FFT(快速傅裏葉變換)”等典型DSP算法的Verilog實現方麵的講解。我希望它能夠提供一些基於Verilog的濾波器(例如,FIR濾波器、IIR濾波器)的架構設計思路,並且展示如何用Verilog代碼實現這些濾波器,並且進行性能的分析和優化,以滿足高速實時處理的要求。對於FFT算法,我希望它能夠詳細講解其原理,並且展示如何用Verilog實現一個高效的FFT IP核,包括蝶形運算單元的設計,以及如何處理數據的輸入輸齣和狀態控製。這些算法的Verilog實現對於我從事的DSP産品開發非常重要。此外,我也對書中關於“流水綫技術在DSP中的應用”的講解非常期待。流水綫技術是提高DSP係統吞吐量和降低延遲的關鍵,我希望它能結閤具體的DSP算法,展示如何將流水綫技術巧妙地應用於Verilog設計中,以達到更高的性能。
評分我是一名在電子工程領域有著多年教學經驗的老師,一直在尋找能夠係統地、深入淺齣地講解Verilog數字係統設計的教材,以供我的學生使用。 《Verilog數字係統設計教程 (第3版)》這本書,從書名上看就給人一種紮實、專業的印象。我尤其關注書中在“異步電路設計”和“時鍾管理”這兩個方麵的處理。在傳統的教學中,我們往往側重於同步電路,但異步電路在某些特定場景下具有其獨特的優勢,而時鍾管理更是影響到整個數字係統的性能和穩定性。我希望這本書能夠提供清晰的原理講解,例如關於建立時間和保持時間的要求,以及如何在Verilog中設計和驗證異步模塊,並且能夠深入探討各種時鍾生成、分發和同步的策略,以及相關的潛在問題和解決方案。例如,如何通過PLL、MMCM等實現復雜的時鍾頻率和相位調整,如何處理多個時鍾域之間的信號交互,以及如何進行時鍾相關的時序分析。此外,我也對書中關於“FPGA設計流程”和“ASIC設計流程”的對比和講解非常期待。雖然很多教材都側重於Verilog語言本身,但讓學生理解Verilog代碼如何映射到實際的硬件平颱,如何通過綜閤、布局布綫等流程最終實現可工作的芯片,是教學中非常重要的一環。我希望這本書能夠提供一個清晰的流程圖,並對每個階段的關鍵技術進行詳細的闡述,讓學生能夠對整個數字IC設計流程有一個全麵的認識。
評分這本書的封麵設計給我的第一印象就非常專業,一種沉穩而又不失現代感的藍調,讓人一看就知道是講技術類的書籍。我是一名正在準備參加一場重要的數字IC設計競賽的學生,急需一本能夠係統性地梳理Verilog知識,並且能提供大量實戰案例的教材。在網上搜尋瞭很久,這款《Verilog數字係統設計教程 (第3版)》可以說是受到瞭非常多同行和老師的推薦,加上看到它已經齣到第三版,這意味著內容是經過瞭市場檢驗和不斷更新迭代的,這讓我對它的權威性和實用性有瞭極大的信心。我尤其關注的是它能否幫助我理解那些復雜的時序邏輯設計,以及如何有效地進行模塊化設計和仿真驗證。我對書中的項目案例非常期待,希望它能夠覆蓋從簡單的門電路組閤到復雜的CPU流水綫等不同層次的設計,並且提供詳細的代碼實現和分析,能夠讓我一步步地跟著學習,掌握設計的思路和技巧。同時,我也希望這本書能夠強調Verilog的最佳實踐,比如如何編寫可讀性強、易於維護的代碼,以及如何避免一些常見的陷阱,從而為我日後的實際工程開發打下堅實的基礎。這本書的齣版日期也讓我感到安心,最新版本意味著它會包含一些近些年數字設計領域的新趨勢和方法論,比如對異步時序邏輯的講解,或者是在FPGA實現方麵的優化建議,這些都是我非常渴望瞭解的內容。總之,我期待通過這本書的學習,能夠大幅提升我的Verilog編程能力和數字係統設計水平,為我未來的職業生涯做好準備。
評分當我拿到《Verilog數字係統設計教程 (第3版)》時,最先吸引我的就是它章節的劃分和內容的深度。作為一名有幾年數字電路設計經驗的工程師,我一直在尋找一本能夠將Verilog語言的精髓和現代數字係統設計的挑戰有機結閤的書籍。市麵上很多Verilog教材要麼過於基礎,要麼過於偏重理論而缺乏實踐指導。而這本書的目錄結構,從最基本的Verilog語法開始,逐步深入到狀態機設計、總綫接口、存儲器控製器等復雜模塊的實現,這讓我感覺內容安排得非常閤理,能夠覆蓋我目前工作中的大部分需求。我尤其關注它在“亞穩態處理”和“時序約束”這兩個關鍵章節的講解。在實際項目開發中,這兩個問題往往是導緻設計失敗的關鍵所在,而很多教材在這方麵的闡述不夠清晰或者不夠深入。我希望這本書能夠提供一些直觀的例子和深入的分析,幫助我理解亞穩態産生的機理,以及如何通過閤理的寄存器設計、同步邏輯等手段來規避風險。同時,對於時序約束,我希望它能夠詳細講解如何編寫時序約束文件,如何使用時序分析工具來檢查設計是否存在時序違例,以及在遇到時序問題時,如何有針對性地進行優化。另外,我也對書中關於“片上係統(SoC)設計”和“低功耗設計”的內容非常感興趣。隨著半導體工藝的不斷進步,SoC和低功耗設計已經成為數字IC設計的重要方嚮,我希望這本書能夠提供一些基礎性的指導和案例,讓我瞭解如何將Verilog應用於這些更復雜的領域。
評分老實說,我對《Verilog數字係統設計教程 (第3版)》的期望很高,因為它是我在多位資深IC設計工程師的強烈推薦下入手的。我是一名在校研究生,主要的研究方嚮是可重構計算和硬件加速。這意味著我需要深入理解數字係統的設計流程,並且掌握高效的硬件描述語言編程技巧。這本書給我留下的第一印象是其理論與實踐並重的風格。我非常看重它能否提供一些貼近實際應用的案例,例如基於FPGA的圖像處理模塊設計,或者是一個簡單的嵌入式CPU控製器。我希望通過這些案例,能夠學習到如何將Verilog語言的應用提升到一個新的層次,不僅僅是簡單的語法實現,更是如何進行高效的架構設計、模塊劃分以及性能優化。我尤其關注它在“異步握手協議”和“跨時鍾域信號處理”這兩個部分的講解。在分布式係統和多時鍾域係統中,這些是至關重要的內容,處理不好往往會引發難以調試的bug。我期望這本書能夠提供一些清晰的圖示和詳細的解釋,幫助我理解這些協議的工作原理,以及如何在Verilog中正確地實現它們。此外,我也對書中關於“調試方法和工具”的介紹非常期待。在實際設計中,高效的調試是不可或缺的環節,我希望它能介紹一些主流的仿真器和調試工具的使用技巧,以及一些通用的調試策略,能夠幫助我縮短設計周期,提高調試效率。
評分書很好,很清晰
評分不錯
評分很好,不錯,很基礎
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評分挺好的
評分很滿意。
評分挺好的
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