前言

本书在前版的基础上进行了认真细致的梳理和修订，尤其是根据语言标准，对Verilog HDL语言进行了较大幅度的完善，例程重新编写。本书以Vivado工具为主要设计平台，以Xilinx的FPGA芯片为目标器件，以Verilog为设计语言，选取EGO1“口袋实验板”作为目标板，结合大量精选设计案例，案例均经过下载和验证，也可移植到其他实验板或“口袋板”上，市面上多数实验板及“口袋板”的资源基本都能满足这些案例下载的需要。

本书的定位是EDA技术、FPGA开发、Verilog HDL数字系统设计方面的教材，在过去的二十多年里，EDA技术课程已成为高等院校电子信息类专业学生的一门重要的专业基础课程，在教学、科研和大学生电子设计竞赛等活动中起着重要作用。随着教学方法的不断改革及新教育理念的实施，对EDA课程教学的要求也不断提高，必须对教学内容不断进行更新和优化，与时俱进，以便与教育教学的快速发展相适应。

当前EDA技术、数字系统设计等课程的教学与实践呈现出如下特点： 首先，根据“学为中心、教为主导”的教学理念，课程的实施策略不断改进，教学方式和教学手段更加丰富，比如，线上线下混合式教学方式，问题牵引式、案例式、研讨式教学手段更多地进入课堂，怎样以项目为引导、以任务为驱动，精选项目载体，将琐碎的Verilog HDL知识点分散到项目和任务中进行学习，值得不断探索和实践。其次，开放式、自主式学习越来越多地进入EDA技术课程的教学，EDA技术课程教学的资源越来越丰富，网络上相关的慕课和教学视频很多，学生的学习不止局限于课堂，慕课、微课等形式也越来越多地应用于EDA课程教学。最后，EDA技术已成为很多相关课程的基础，很多课程的教学或多或少地融入了EDA技术，如数字逻辑电路、计算机组成原理、计算机接口技术、数字通信技术、嵌入式系统设计等课程。这些课程的教学和实践，不同程度地使用了EDA及FPGA设计技术，因此EDA技术课程成为上述课程的基础，怎样打牢基础，以及如何与上述课程在教学内容上进行区分和衔接，成为需要思考的问题。EDA技术课程是一门实践类课程，实践教学所占比重甚至超过理论教学，所以在EDA教学中，应重视实践教学的效果和质量，在实践教学中如何实施问题牵引式、案例式、研讨式教学方法，值得思考。

Verilog HDL作为一种已有40多年发展历史的硬件描述语言，已较为成熟，已有的Verilog标准包括Verilog1995、Verilog2001和Verilog2005，之后IEEE发布的IEEE Standard 1800—2009标准已是SystemVerilog标准与Verilog标准的合并。SystemVerilog在UVM验证领域已被广泛应用，但Verilog HDL在设计领域仍占主导地位，发挥着不可替代的作用，Verilog2001标准依然是大多数FPGA设计者使用的语言，得到绝大多数EDA综合工具和仿真工具的支持。

在IEEE标准中，将Verilog HDL定义为具有机器可读、人可读特点的硬件描述语言，并认为Verilog可用于电子系统创建的所有阶段： 开发、综合、验证和测试等各环节； 同时支持设计数据的交流、维护和修改等。Verilog HDL面向的用户包括EDA工具的设计者和电子系统的设计者。不难看出，Verilog2001和Verilog2005两个语言标准仍值得EDA、ASIC和FPGA学习者、从业者仔细阅读、深入研究和系统学习，也是必须掌握的设计工具。

本书主要面向Verilog HDL语言，介绍数字系统设计的方法、器件、软件工具、语言和示例，对Verilog HDL语言的介绍主要依据Verilog2001和Verilog2005两个语言标准，系统全面地梳理Verilog语法体系、语言规则，并用综合工具和仿真工具对语言点进行验证，力求准确，并加深理解。比如对于有符号数、算术操作符、系统任务和系统函数等问题，均采用仿真工具进行验证并对结果进行分析，只有对这些细节非常清楚，在编写复杂的代码时才不会出错或减少出错。

全书共11章。第1章对EDA技术进行综述； 第2章介绍了FPGA/CPLD器件的结构与配置； 第3章介绍了Vivado集成开发工具的使用方法； 第4章介绍了Verilog文字规则、数据类型和操作符等内容； 第5章介绍了Verilog行为级建模及行为语句； 第6章介绍了Verilog门级结构描述、数据流描述、多层次结构电路的设计； 第7章介绍了有关有限状态机的内容； 第8章给出了Verilog控制常用I/O外设的案例； 第9章讨论了常用数字逻辑部件的实现方法及设计优化问题； 第10章阐述了Test Bench测试与时序检查； 第11章给出了Verilog在运算和数字信号处理方面的设计实例。

本书由王金明、王婧菡、徐程骥编写，版式设计由王婧菡完成。由于EDA技术和FPGA芯片的不断发展，同时因作者时间和精力有限，本书虽经改版和修正，但仍不免有疏漏和错误，诚挚地希望读者和同行给予批评指正。

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作者

2024年12月