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。
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
我是一名在电子工程领域有着多年教学经验的老师,一直在寻找能够系统地、深入浅出地讲解Verilog数字系统设计的教材,以供我的学生使用。 《Verilog数字系统设计教程 (第3版)》这本书,从书名上看就给人一种扎实、专业的印象。我尤其关注书中在“异步电路设计”和“时钟管理”这两个方面的处理。在传统的教学中,我们往往侧重于同步电路,但异步电路在某些特定场景下具有其独特的优势,而时钟管理更是影响到整个数字系统的性能和稳定性。我希望这本书能够提供清晰的原理讲解,例如关于建立时间和保持时间的要求,以及如何在Verilog中设计和验证异步模块,并且能够深入探讨各种时钟生成、分发和同步的策略,以及相关的潜在问题和解决方案。例如,如何通过PLL、MMCM等实现复杂的时钟频率和相位调整,如何处理多个时钟域之间的信号交互,以及如何进行时钟相关的时序分析。此外,我也对书中关于“FPGA设计流程”和“ASIC设计流程”的对比和讲解非常期待。虽然很多教材都侧重于Verilog语言本身,但让学生理解Verilog代码如何映射到实际的硬件平台,如何通过综合、布局布线等流程最终实现可工作的芯片,是教学中非常重要的一环。我希望这本书能够提供一个清晰的流程图,并对每个阶段的关键技术进行详细的阐述,让学生能够对整个数字IC设计流程有一个全面的认识。
评分作为一名喜欢钻研技术细节的业余爱好者,我一直在寻找一本能够让我从根本上理解Verilog数字系统设计的书籍。《Verilog数字系统设计教程 (第3版)》这本书,从它提供的详细目录和前面章节的阅读体验来看,它并没有止步于简单的语法介绍,而是更侧重于“设计理念”和“工程实践”。我非常期待它在“组合逻辑”和“时序逻辑”设计中的一些“技巧”和“模式”。比如,如何用Verilog高效地实现多路选择器、优先级编码器、译码器等组合逻辑,以及如何用更简洁、更具可读性的方式来描述这些逻辑。在时序逻辑方面,我希望它能够详细讲解各种类型的触发器(D触发器、T触发器、JK触发器等)的Verilog实现,以及如何利用它们构建计数器、移位寄存器、有限状态机等。尤其是我对书中关于“有限状态机(FSM)”的设计方法和设计原则非常感兴趣,希望能看到各种状态机的描述方式(例如,使用case语句、if-else if语句等),以及如何避免状态冲突、死锁等问题。我还希望这本书能够包含一些关于“代码优化”的技巧,比如如何减少逻辑门数量,如何提高代码的运行速度,以及如何编写更易于仿真的Verilog代码。
评分作为一名对计算机体系结构有浓厚兴趣的学生,我一直在寻找一本能够将Verilog语言的应用与体系结构设计紧密结合的书籍。 《Verilog数字系统设计教程 (第3版)》这本书,从它的内容深度和案例丰富度来看,似乎能够满足我的需求。我非常期待书中能够包含关于“简单CPU核”的设计和实现。我希望能从基础的指令集设计开始,了解指令的格式、译码以及执行过程,然后逐步用Verilog实现一个具备基本功能的CPU,例如能够执行加减乘除、数据加载/存储等指令。这将使我对计算机的底层工作原理有一个更直观的理解。我尤其关注书中在“内存接口设计”和“I/O接口设计”方面的讲解。CPU的性能很大程度上取决于与内存和外设的通信效率,我希望这本书能够详细介绍如何用Verilog设计和实现各种类型的内存接口(例如,SRAM、DRAM接口)和I/O接口(例如,UART、SPI、I2C接口),并且能够解释在设计中需要注意的关键问题,比如时序匹配、总线协议的实现等。这对于我理解构建一个完整的计算机系统非常有帮助。
评分这本书的封面设计给我的第一印象就非常专业,一种沉稳而又不失现代感的蓝调,让人一看就知道是讲技术类的书籍。我是一名正在准备参加一场重要的数字IC设计竞赛的学生,急需一本能够系统性地梳理Verilog知识,并且能提供大量实战案例的教材。在网上搜寻了很久,这款《Verilog数字系统设计教程 (第3版)》可以说是受到了非常多同行和老师的推荐,加上看到它已经出到第三版,这意味着内容是经过了市场检验和不断更新迭代的,这让我对它的权威性和实用性有了极大的信心。我尤其关注的是它能否帮助我理解那些复杂的时序逻辑设计,以及如何有效地进行模块化设计和仿真验证。我对书中的项目案例非常期待,希望它能够覆盖从简单的门电路组合到复杂的CPU流水线等不同层次的设计,并且提供详细的代码实现和分析,能够让我一步步地跟着学习,掌握设计的思路和技巧。同时,我也希望这本书能够强调Verilog的最佳实践,比如如何编写可读性强、易于维护的代码,以及如何避免一些常见的陷阱,从而为我日后的实际工程开发打下坚实的基础。这本书的出版日期也让我感到安心,最新版本意味着它会包含一些近些年数字设计领域的新趋势和方法论,比如对异步时序逻辑的讲解,或者是在FPGA实现方面的优化建议,这些都是我非常渴望了解的内容。总之,我期待通过这本书的学习,能够大幅提升我的Verilog编程能力和数字系统设计水平,为我未来的职业生涯做好准备。
评分我在一家初创的AI硬件公司工作,主要负责FPGA原型开发。 《Verilog数字系统设计教程 (第3版)》这本书,是我在项目开发过程中,遇到一些复杂逻辑设计问题时,被同事推荐的一本“工具书”。我尤其看重它在“中断控制器设计”和“DMA控制器设计”这两个部分的详细讲解。在现代嵌入式系统和SoC设计中,高效的中断和DMA机制是保证系统性能和响应速度的关键。我希望这本书能够提供清晰的接口定义和状态机设计,展示如何用Verilog实现一个功能完善的中断控制器,能够处理不同优先级的中断请求,并且能够与CPU进行有效的交互。对于DMA控制器,我希望它能详细讲解DMA的工作原理,如何通过总线协议(例如AXI)进行数据传输,以及如何通过Verilog代码实现一个能够自主管理数据传输的DMA引擎。这些内容对于我设计高性能的AI加速器原型非常有帮助。此外,我也对书中关于“片上调试(On-Chip Debugging)”的内容非常期待。在FPGA开发过程中,能够方便地进行片上调试,例如使用ILA(Integrated Logic Analyzer)或者JTAG接口,能够极大地提高开发效率。我希望这本书能够提供一些关于如何在Verilog中集成调试逻辑,以及如何配合FPGA厂商提供的调试工具进行调试的实用指导。
评分从一个行业观察者的角度来看,《Verilog数字系统设计教程 (第3版)》这本书的出现,反映了数字系统设计领域不断发展和进步的趋势。我关注这个行业已经很多年了,我深知Verilog作为一种重要的硬件描述语言,在现代集成电路设计中扮演着不可或缺的角色。而一本能够及时更新、内容翔实的教程,对于保持从业人员的技能更新至关重要。我对于这本书能够覆盖到“指令集架构(ISA)”到“处理器流水线”的整个设计流程感到非常兴奋。这意味着它可能不仅仅是停留在Verilog语言本身,而是能够带领读者理解更宏观的系统设计思路。我特别希望书中能够对“RISC-V架构”或者其他主流的处理器架构有一个概览性的介绍,并且展示如何用Verilog来实现其中一些关键的部件,比如ALU、寄存器堆、指令译码器等。这对于理解现代计算机体系结构有极大的帮助。同时,我也对书中关于“验证方法学”的介绍非常感兴趣。在实际的IC设计流程中,验证的成本和时间往往占据了很大一部分,我希望这本书能够介绍一些先进的验证技术,例如SystemVerilog中的各种面向对象的验证结构、覆盖率驱动验证(CDV)、形式验证等。这些技术对于提高验证效率和准确性至关重要,我期待能够从中学习到一些实用的技巧。
评分老实说,我对《Verilog数字系统设计教程 (第3版)》的期望很高,因为它是我在多位资深IC设计工程师的强烈推荐下入手的。我是一名在校研究生,主要的研究方向是可重构计算和硬件加速。这意味着我需要深入理解数字系统的设计流程,并且掌握高效的硬件描述语言编程技巧。这本书给我留下的第一印象是其理论与实践并重的风格。我非常看重它能否提供一些贴近实际应用的案例,例如基于FPGA的图像处理模块设计,或者是一个简单的嵌入式CPU控制器。我希望通过这些案例,能够学习到如何将Verilog语言的应用提升到一个新的层次,不仅仅是简单的语法实现,更是如何进行高效的架构设计、模块划分以及性能优化。我尤其关注它在“异步握手协议”和“跨时钟域信号处理”这两个部分的讲解。在分布式系统和多时钟域系统中,这些是至关重要的内容,处理不好往往会引发难以调试的bug。我期望这本书能够提供一些清晰的图示和详细的解释,帮助我理解这些协议的工作原理,以及如何在Verilog中正确地实现它们。此外,我也对书中关于“调试方法和工具”的介绍非常期待。在实际设计中,高效的调试是不可或缺的环节,我希望它能介绍一些主流的仿真器和调试工具的使用技巧,以及一些通用的调试策略,能够帮助我缩短设计周期,提高调试效率。
评分当我拿到《Verilog数字系统设计教程 (第3版)》时,最先吸引我的就是它章节的划分和内容的深度。作为一名有几年数字电路设计经验的工程师,我一直在寻找一本能够将Verilog语言的精髓和现代数字系统设计的挑战有机结合的书籍。市面上很多Verilog教材要么过于基础,要么过于偏重理论而缺乏实践指导。而这本书的目录结构,从最基本的Verilog语法开始,逐步深入到状态机设计、总线接口、存储器控制器等复杂模块的实现,这让我感觉内容安排得非常合理,能够覆盖我目前工作中的大部分需求。我尤其关注它在“亚稳态处理”和“时序约束”这两个关键章节的讲解。在实际项目开发中,这两个问题往往是导致设计失败的关键所在,而很多教材在这方面的阐述不够清晰或者不够深入。我希望这本书能够提供一些直观的例子和深入的分析,帮助我理解亚稳态产生的机理,以及如何通过合理的寄存器设计、同步逻辑等手段来规避风险。同时,对于时序约束,我希望它能够详细讲解如何编写时序约束文件,如何使用时序分析工具来检查设计是否存在时序违例,以及在遇到时序问题时,如何有针对性地进行优化。另外,我也对书中关于“片上系统(SoC)设计”和“低功耗设计”的内容非常感兴趣。随着半导体工艺的不断进步,SoC和低功耗设计已经成为数字IC设计的重要方向,我希望这本书能够提供一些基础性的指导和案例,让我了解如何将Verilog应用于这些更复杂的领域。
评分我在一家数字信号处理(DSP)公司工作,我们经常需要用FPGA来实现一些高速的DSP算法。 《Verilog数字系统设计教程 (第3版)》这本书,是我在寻找如何高效地用Verilog实现一些复杂算法时,偶然发现的。我非常看重它在“滤波器设计”和“FFT(快速傅里叶变换)”等典型DSP算法的Verilog实现方面的讲解。我希望它能够提供一些基于Verilog的滤波器(例如,FIR滤波器、IIR滤波器)的架构设计思路,并且展示如何用Verilog代码实现这些滤波器,并且进行性能的分析和优化,以满足高速实时处理的要求。对于FFT算法,我希望它能够详细讲解其原理,并且展示如何用Verilog实现一个高效的FFT IP核,包括蝶形运算单元的设计,以及如何处理数据的输入输出和状态控制。这些算法的Verilog实现对于我从事的DSP产品开发非常重要。此外,我也对书中关于“流水线技术在DSP中的应用”的讲解非常期待。流水线技术是提高DSP系统吞吐量和降低延迟的关键,我希望它能结合具体的DSP算法,展示如何将流水线技术巧妙地应用于Verilog设计中,以达到更高的性能。
评分我是一位刚从大学毕业,进入一家中型IC设计公司的应届毕业生。作为一名新人,我对数字逻辑设计的基础知识虽然有所了解,但实际项目经验还比较欠缺。《Verilog数字系统设计教程 (第3版)》这本书,是我通过查阅了大量技术论坛和咨询了公司里一些资深工程师后,被推荐的入门级到进阶级的学习资料。我看到这本书的出版已经历经多次修订,这让我相信它一定能够很好地覆盖Verilog设计的核心概念,并且能够提供当前行业内普遍采用的一些设计方法和最佳实践。我非常关注书中关于“可综合Verilog”和“时序逻辑设计”的讲解。在实际的FPGA和ASIC设计流程中,可综合性是至关重要的,我希望这本书能够清晰地解释哪些Verilog语句是可综合的,哪些是不可综合的,以及如何编写可综合的代码,避免在综合阶段出现问题。对于时序逻辑,我希望能够从基本的触发器、寄存器原理讲起,逐步深入到更复杂的时序电路设计,例如各种流水线结构、移位寄存器等,并且能够提供一些关于时序分析和时序优化的初步指导,让我了解如何确保设计的时序满足要求。此外,我也对书中关于“测试平台(Testbench)编写”的内容非常期待。一个好的测试平台是验证设计正确性的关键,我希望它能介绍如何编写有效的Testbench,如何产生激励信号,如何检查输出结果,以及如何进行覆盖率分析,从而帮助我养成良好的验证习惯。
评分很好,不错,很基础
评分书很好,很清晰
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评分挺好的
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