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内容简介

　　

　　Verilog数字系统设计教程(第3版)

　　本书讲述了利用硬件描述语言(VerilogHDL)设计复杂数字系统的方法。这种方法源自20世纪90年代的美国在美国取得成效后迅速在其他先进工业国得到推广和普及。利用硬件描述语言建模、通过仿真和综合技术设计出极其复杂的数字系统是这种技术的优势。

　　本书从算法和计算的基本概念出发讲述如何用硬线逻辑电路实现复杂数字逻辑系统的方法。全书共四部分。第一部分Verilog数字设计基础与第二部分Verilog数字系统设计和验证共18章;第三部分共12个上机练习实验范例;第四部分是Verilog硬件描述语言参考手册可供读者学习、查询之用。本书第3版后在语法篇中增加了IEEEVerilogl3642001标准简介以反映Verilog语法的新变化。

　　本书的讲授方式以每2学时讲授一章为宜每次课后需要花10h来复习思考。完成10章学习后就可以开始做上机练习从简单到复杂由典型到一般循序渐进地学习VerilogHDL基础知识。按照书上的步骤可以使大学电子类及计算机工程类本科及研究生以及相关领域的设计工程人员在半年内掌握VerilogHDL设计技术。

　　本书可作为电子工程类、自动控制类、计算机类的大学本科高年级及研究生教学用书亦可供其他工程人员自学与参考。

　　

目录

绪论
第一部分 Verilog数字设计基础
第1章 Verilog的基本知识
1.1 硬件描述语言HDL
1.2 Verilog HDL的历史
1.2.1 什么是Verilog HDL
1.2.2 Verilog HDL的产生及发展
1.3 Verilog HDL和VHDL的比较
1.4 Verilog的应用情况和适用的设计
1.5 采用Verilog HDL设计复杂数字电路的优点
1.5.1 传统设计方法——电路原理图输入法
1.5.2 Verilog HDL设计法与传统的电路原理图输入法的比较
1.5.3 Verilog的标准化与软核的重用
1.5.4 软核、固核和硬核的概念及其重用
1.6 采用硬件描述语言(Verilog HDL)的设计流程简介
1.6.1 自顶向下(Top_Down)设计的基本概念
1.6.2 层次管理的基本概念
1.6.3 具体模块的设计编译和仿真的过程
1.6.4 具体工艺器件的优化、映像和布局布线
小结
思考题
第2章 Verilog语法的基本概念
概述
2.1 Verilog模块的基本概念
2.2 Verilog用于模块的测试
小结
思考题
第3章 模块的结构、数据类型、变量和基本运算符号
概述
3.1 模块的结构
3.1.1 模块的端口定义
3.1.2 模块内容
3.1.3 理解要点
3.1.4 要点总结
3.2 数据类型及其常量和变量
3.2.1 常量
3.2.2 变量
3.3 运算符及表达式
3.3.1 基本的算术运算符
3.3.2 位运算符
小结
思考题
第4章 运算符、赋值语句和结构说明语句
概述
4.1 逻辑运算符
4.2 关系运算符
4.3 等式运算符
4.4 移位运算符
4.5 位拼接运算符
4.6 缩减运算符
4.7 优先级别
4.8 关键词
4.9 赋值语句和块语句
4.9.1 赋值语句
4.9.2 块语句
小结
思考题
第5章 条件语句、循环语句、块语句与生成语句
概述
5.1 条件语句(if else语句)
5.2 case语句
5.3 条件语句的语法
5.4 多路分支语句
……

第二部分 Verilog数字系统设计和验证
第三部分 Verilog数字设计示范与实验练习
第四部分 Verilog简明语法
参考文献
出版者的话

前言/序言

　　Verilog数字系统设计教程 (第3版)

　　数字信号处理( DSP)系统的研究人员一直在努力寻找各种经优化的算法来解决相关的信 号处理问题。当他们产生了比较理想的算法思路后,就在计算机上用C语言或其他语言程序 来验证该算法,并不断修改以期完善,然后与别的算法做性能比较。在现代通信和计算机系统 中,对于DSP算法评价最重要的指标是看它能否满足工程上的需要。而许多工程上的需要都 有实时响应的要求,也就是所设计的数字信号处理( DSP)系统必须在限定的时间内,如在几个 毫秒( ms)甚至几个微秒( μs)内,对所输入的大量数据完成相当复杂的运算,并输出处理结果。这 时如果仅仅使用通用的微处理器,即使是专用于信号处理的微处理器,往往也无法满足实时 响应的要求。因此,不得不设计专用的高速硬线逻辑来完成这样的运算。设计这样有苛刻实 时要求的、复杂的高速硬线运算逻辑是一件很有挑战性的工作,即使有了好的算法而没有好的 设计工具和方法也很难完成。

　　半个世纪来,我国在复杂数字电路设计技术领域与国外的差距越来越大。作为一名在大 学讲授专用数字电路与系统设计课程的老师深深感到责任的重大。笔者认为,我国在这一技 术领域的落后与大学的课程设置和教学条件有关。因为我们没有及时把国外最先进的设计方 法和技术介绍给学生,也没有给他们创造实践的机会。

　　1995年我受学校和系领导的委托,筹建世行贷款的电路设计自动化( EDA)实验室。通过 20多年来的摸索、实践,逐步掌握了利用Ve r i l ogHDL设计复杂数字电路的仿真和综合技术。 在此期间我们为航天部等有关单位设计了卫星信道加密用的复杂数字电路,提供给他们经前 后仿真验证的Ve r i l ogHDL源代码,得到了很高的评价。在其后的几年中又为该单位设计了 卫星下行信道RS( 255, 223)编码/解码电路和卫星上行信道BCH( 64, 56)编码/解码电路,这 几个项目已先后通过有关单位的验收。1999年到2000年期间,我们又成功地设计了用于小 波(Wave l e t)图像压缩/解压缩的小波卷积器和改进的零修剪树算法( SPIHT算法)的RTL级 Ve r i l ogHDL模型。不但成功地对该模型进行了仿真和综合,而且制成的可重新配置硬线逻 辑(采用ALTERAFLEX10K系列CPLD/10/30/50各一片)的PCI线路板,能完成约2000 条C语句程序才能完成的图像/解压缩算法。运算结果与软件完成的效果完全一致,而且速 度比用微型计算机快得多。2003年由作者协助指导的JPEG2000算法硬线逻辑设计,在清华 同行的努力下完成了FPGA验证后并成功地投片,该芯片目前已应用于实时监控系统,可见 这种新设计方法的潜力。近年来作者带领的研究生分别为日本某公司、香港科技大学电子系、 革新科技公司和神州龙芯集成电路设计公司完成多项设计,其中包括SATA接口、 AMBA总 线接口、 LED控制器和USB控制器等在内的多项IP设计,取得了良好的社会效益和声誉。 2006年秋起,正式受聘于神州龙芯等集成电路设计公司担任技术顾问,目前在至芯科技公司 担任FPGA设计培训顾问。

　　本书是在1998年北京航空航天大学出版社出版的《复杂数字电路与系统的Ve r i l ogHDL 设计技术》、 2003年《 Ve r i l og数字系统设计教程》和2008年《 Ve r i l og数字系统设计教程(第2 版)》基础上修订的,是一本既有理论又有实践的设计大全。由于教学、科研、技术资料翻译和实验室的各项工作很忙,只能利用零碎时间,一点一滴地把积累的教学经验和新收集到的材料 补充输入到计算机中,抽空加以整理。我们使用Ve r i l og设计复杂数字逻辑电路虽然已经有 20余年的时间,但仍在不断地学习提高之中,书中难免存在疏忽、错误之处,敬请细心的读者 不吝指教。笔者之所以在原版基础上把这本书再版,是想把原教材中一些不足的地方作一些 必要的补充和修改,在大学生和研究生中加快Ve r i l og设计技术的推广,尽快培养一批掌握先 进设计技术的跨世纪的人才。期望本书能在这一过程中起到抛砖引玉的作用。

　　回想起来,这本书实质上是我们实验室全体老师和同学们多年的劳动成果,其中在EDA 实验室工作过的历届研究生张琰、山岗、王静璇、田玉文、冯文楠、杨柳、傅红军、龚剑、王书龙、 胡瑛、杨雷、邢伟、管丽、刘曦、王进磊、王煜华、苏宇、张云帆、杨鑫、徐伟俊、邢小地、霍强、宋成 伟、邢志成、李鹏、李琪、陈岩、赵宗民等都帮我做了许多工作,如部分素材的翻译、整理、录入和 一些Ve r i l ogHDL模块的设计修改和验证。而我做的工作只是收集全书的素材、翻译、理解素 材中一些较难的概念,结合教学经验编写一些章节和范例,以及全书文稿的最后组织、整理和 补充,使其达到出版的要求。趁此机会让我衷心地感谢在编写本书过程中所有给过我帮助和 鼓励的老师和同学们。本书是在第2版第20次印刷之后,受北航出版社之托进行的,虽然被 称为第3版,然而本人在至芯科技的FPGA培训工作繁忙,没有时间对本书做大幅度的修改, 望各位读者谅解。

　　教学中使用的多媒体课件已交付给出版社,有需要者可发送电子邮件至good t ex t book@ 126. com向北航出版社索取,可以免费提供给有关教师指导教学和备课演示之用。

　　笔者的电子邮箱是xyw46@263. ne t,有问题可与作者商讨,谢谢!

　　夏宇闻

　　2017年7月

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