你好FPGA：一本可以听的入门书 9787121290916 电子工业出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王建飞 雷斌 著

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• FPGA
• 数字电路
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• 硬件开发
• 可编程逻辑
• 电子工业出版社
• 9787121290916
• 学习资料

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121290916

商品编码：29638846171

包装：平装-胶订

出版时间：2016-07-01

基本信息

书名：你好FPGA：一本可以听的入门书

定价：65.00元

作者：王建飞 雷斌

出版社：电子工业出版社

出版日期：2016-07-01

ISBN：9787121290916

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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本书是由至芯科技为初学者量身定制的FPGA

内容提要

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本书由至芯科技在各大高校的授课内容整理而来，是为初学者量身定制的FPGA入门教材，从基础的软件安装、工具使用、语法解释、设计方法、常用IP，到后的设计技巧及大量的进阶实验，内容环环相扣，为读者建立了一个比较清晰的学习脉络。设计思路及方法为本书重点强调的内容，它作为一条主线贯穿始终，希望读者学习时注意体会。只有掌握了正确的学习和设计方法，读者才可能在数字逻辑设计的领域越走越远。本书没有收录过多烦琐的理论，一切从实战出发，按照一套相对高效的设计方法直接切入一个个小的项目，深入浅出。希望以此可以培养广大读者的设计能力，我们不但要知道某个逻辑可以这样写，更重要的还必须清楚为什么这样写，这样写有什么优势或劣势，还有没有优化空间等。与本书配套的视频已保存在网络云中，读者可在下载后参考学习。本书内容由浅入深，适合广大可编程逻辑器件的初学者作为入门和进阶的教材，也适合作为电子信息、计算机等专业本科生、研究生，以及具有一定电子专业知识背景的电子工程师的参考用书。

目录

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第1章 没有金刚钻，不揽瓷器活1
1.1 Quartus II 15.0——温婉简约编译器1
1.1.1 写在前面的话1
1.1.2 Altera Quartus II 15.0安装1
1.2 ModelSim 10.3d——慧眼仿真工7
1.3 级联调试——标准设计势必行7
第2章 工欲善其事，必先利其器31
2.1 工程规范——我的地盘，你说了算31
2.2 初识流水灯——很傻很天真31
2.2.1 项目需求31
2.2.2 相关技术介绍31
2.2.3 硬件设计32
2.2.4 顶层架构设计32
2.2.5 端口描述33
2.2.6 代码解释33
2.3 测试文件——一切都似曾相识39
第3章 谆谆教诲莫相忘，字字珠玑记心头41
3.1 赋值语句——你是我的爱41
3.1.1 写在前面的话41
3.1.2 非阻塞赋值语句41
3.1.3 阻塞赋值语句43
3.2 关系运算符——心中永远的痛45
3.2.1 写在前面的话45
3.2.2 关系运算符的种类45
3.2.3 关系运算符的使用意义45
3.2.4 关系运算符与算数运算符优先级45
3.3 if-else 与 case——永远的欢喜冤家45
3.3.1 写在前面的话45
3.3.2 if-else 条件分支语句46
3.3.3 case分支控制语句50
3.3.4 case语句和if-else语句的区别52
3.4 缩减运算符——就这样变没了52
3.4.1 写在前面的话52
3.4.2 工程实例52
3.5 移位运算符——性子总是这么直54
3.5.1 写在前面的话54
3.5.2 移位运算符实例55
3.6 位拼运算符——聪慧灵秀惹人妒57
3.6.1 写在前面的话57
3.6.2 代码实例57
第4章 会当凌绝顶，设计Top-Down59
4.1 层次化设计方法——心中永远的女神59
4.1.1 写在前面的话59
4.1.2 层次化设计框图示例59
4.1.3 层次化设计实例60
4.2 层次化设计技巧——巧夺天工砖瓦匠65
4.2.1 写在前面的话65
4.2.2 电平触发65
4.2.3 尖峰脉冲66
第5章 内涵丰富本领多，谁与争锋IP核68
5.1 锁相环——速度，你说了算68
5.1.1 写在前面的话68
5.1.2 项目需求68
5.1.3 操作步骤68
5.1.4 顶层架构设计73
5.1.5 端口功能73
5.1.6 代码解释73
5.1.7 仿真结果分析75
5.2 ROM——只有你慷慨75
5.2.1 写在前面的话75
5.2.2 项目需求75
5.2.3 操作步骤75
5.2.4 顶层架构设计80
5.2.5 模块功能介绍80
5.2.6 模块端口和内部连线描述80
5.2.7 代码解释80
5.2.8 仿真分析83
5.3 RAM——有入有出，公平合理84
5.3.1 写在前面的话84
5.3.2 项目需求84
5.3.3 操作步骤84
5.3.4 顶层架构设计86
5.3.5 模块功能介绍86
5.3.6 模块端口和内部连线描述87
5.3.7 代码解释87
5.2.8 仿真分析90
5.4 FIFO——重中之重缓存器91
5.4.1 写在前面的话91
5.4.2 项目需求91
5.4.3 操作步骤91
5.4.4 顶层架构设计94
5.4.5 模块功能介绍95
5.4.6 模块端口和内部连线描述95
5.4.7 代码解释95
5.4.8 仿真分析100
5.5 移位寄存器——你是我的骄傲101
5.5.1 写在前面的话101
5.5.2 功能要求102
5.5.3 操作步骤103
5.5.4 顶层架构设计105
5.5.5 模块功能介绍105
5.5.6 模块端口和内部连线描述105
5.5.7 代码解释106
5.5.8 仿真分析110
第6章 基础项目我在行，信手拈来显聪慧111
6.1 二选一之战——我只是个新兵111
6.1.1 写在前面的话111
6.1.2 项目需求111
6.1.3 系统架构111
6.1.4 模块功能介绍111
6.1.5 顶层模块端口描述111
6.1.6 代码解释112
6.1.7 仿真分析113
6.1.8 二选一数据寄存114
6.2 三态门之战——机关算尽太聪明116
6.2.1 写在前面的话116
6.2.2 项目需求116
6.2.3 系统架构117
6.2.4 模块功能介绍117
6.2.5 顶层模块端口描述117
6.2.6 代码解释117
6.2.7 仿真分析119
6.3 串并转换——你无处不在120
6.3.1 写在前面的话120
6.3.2 需求分析120
6.3.3 顶层框架设计120
6.3.4 顶层模块端口介绍121
6.3.5 代码实现121
6.4 generate语句——呵呵，你就会偷懒125
6.4.1 写在前面的话125
6.4.2 基本概念126
6.4.3 generate_for语句126
6.2.4 generate_if语句132
6.4.5 generate_case语句133
6.5 边沿检测——如此高大上135
6.5.1 写在前面的话135
6.5.2 电路原理分析135
6.5.3 顶层框架结构136
6.5.4 顶层模块端口介绍136
6.5.5 代码实现136
6.5.6 仿真波形分析138
6.6 按键消抖—且看老夫手段139
6.6.1 写在前面的话139
6.6.2 基于尖峰脉冲的按键消抖139
6.6.3 项目需求139
6.6.4 误区排除139
6.6.5 设计思路140
6.6.6 系统框架140
6.6.7 顶层端口描述141
6.6.8 代码解释141
6.6.9 仿真分析144
第7章 没有标准的方法，但见可行的技巧146
7.1 异步复位同步释放——高端神秘你帅146
7.1.1 写在前面的话146
7.1.2 基本概念146
7.1.3 代码举例146
7.1.4 异步复位同步释放电路148
7.2 任意分频之战——一切都如此简单155
7.2.1 写在前面的话155
7.2.2 实现原理156
7.2.3 系统框架156
7.2.4 顶层模块端口描述156
7.2.5 代码分析156
7.2.6 仿真分析159
7.3 二进制数转BCD——进化160
7.3.1 写在前面的话160
7.3.2 基本概念160
7.3.3 逐步移位法原理160
7.3.4 设计任务161
7.3.5 顶层框图设计161
7.3.6 代码实现163
7.3.7 仿真分析165
7.4 BCD转二进制——返璞归真166
7.4.1 写在前面的话166
7.4.2 基本概念166
7.4.3 移位算法原理166
7.4.4 顶层框架图166
7.4.5 顶层模块端口介绍167
7.4.6 代码实现167
7.4.7 仿真分析169
7.5 流水线设计之战——效率决定成败170
7.5.1 写在前面的话170
7.5.2 流水线的基本概念170
7.5.3 流水线改造实例171
7.6 Signaltap 之战——奸细，哪里逃177
7.6.1 写在前面的话177
7.6.2 背景知识178
7.6.3 典型的SignalTap II调试流程180
7.6.4 SignalTap II调试具体操作步骤180
7.6.5 具体步骤181
第8章 进阶我当前，乘胜追击势必行204
8.1 字符状态机之战——进来的，都要审查204
8.1.1 写在前面的话204
8.1.2 项目需求204
8.1.3 解决方案204
8.1.4 系统架构204
8.1.5 模块功能介绍204
8.1.6 顶层模块端口描述205
8.1.7 代码解释205
8.1.8 仿真分析210
8.2 数码管之战——好像胜利的曙光210
8.2.1 写在前面的话210
8.2.2 项目需求210
8.2.3 原理分析210
8.2.4 单个数码管显示212
8.2.5 6个数码管显示215
8.3 PS2之战——键盘原来是这样221
8.3.1 写在前面的话221
8.3.2 项目需求221
8.3.3 原理分析222
8.3.4 系统架构223
8.3.5 模块功能介绍223
8.3.6 顶层模块端口描述223
8.3.7 用Signaltap II分析波形223
8.3.8 代码解释225
8.3.9 仿真分析232
8.4 矩阵键盘之战——严密的资源整合233
8.4.1 写在前面的话233
8.4.2 项目需求233
8.4.3 矩阵键盘的原理233
8.4.4 架构设计235
8.4.5 模块功能介绍235
8.4.6 顶层模块端口描述235
8.4.7 代码解释235
8.4.8 仿真分析241
8.5

作者介绍

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王建飞：芯航线品牌创始人，至芯科技讲师，多所高校的外聘专业讲师，拥有丰富的教学经验。
雷斌：至芯科技创始人，拥有多年FPGA教学管理经验和FPGA就业工作推荐经验，在FPGA业界拥有广泛人脉。

文摘

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序言

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FPGA入门，不止于“听” 当您拿到一本名为《你好FPGA：一本可以听的入门书》的书籍，您可能会好奇，这本书究竟能带您走多远？这不仅仅是一本关于FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）的入门读物，更是一扇通往数字逻辑设计世界的大门，而“可以听”的设计，则为您的学习之旅增添了一份独特的互动与沉浸感。 FPGA：数字设计的“瑞士军刀” 要理解这本书的价值，首先需要明白FPGA是什么。想象一下，您手里有一块空白的芯片，它内部拥有大量的逻辑单元、存储单元和可配置的连接资源，就像一块拥有无限可能性的乐高积木。而FPGA，正是允许您通过编写硬件描述语言（HDL），像搭积木一样，将这些资源重新配置，从而实现您想要的任何数字电路功能。 与传统的ASIC（Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路）相比，ASIC一旦流片生产，其内部逻辑就固定了，修改成本极高。而FPGA的“现场可编程”特性，意味着您可以在实验室里，甚至在产品部署后，通过重新编程来更新或修改其功能。这种灵活性，使得FPGA在原型开发、小批量生产、以及对成本和上市时间要求极高的应用领域，展现出巨大的优势。 从消费电子的解码芯片，到通信设备的核心处理单元，再到工业控制的自动化系统，甚至在航空航航天和医疗设备等高精尖领域，FPGA的身影无处不在。它就像数字设计的“瑞士军刀”，能够灵活适应各种复杂的应用需求。 “可以听”的入门：打破传统学习壁垒 传统的硬件设计入门书籍，往往依赖于枯燥的文字和静态的图表。对于初学者来说，理解抽象的数字逻辑概念、掌握复杂的HDL语法，并将其与实际的硬件实现联系起来，常常是一件令人望而却步的事情。 《你好FPGA：一本可以听的入门书》的独特之处，就在于它巧妙地将“听”这一感官体验融入了学习过程。这可能意味着，书中提供了大量的配套音频讲解，将复杂的概念用清晰易懂的语言进行阐述，甚至通过生动的比喻和实际的案例分析，让您在聆听中理解。这种方式，能够极大地降低学习门槛，尤其适合那些在阅读过程中容易分心，或者更偏好听觉学习方式的学习者。 想象一下，当您在学习时，可以戴上耳机，一边听着专业的讲解，一边对照着书中的代码示例，或是观察着屏幕上模拟的电路工作过程。那些曾经抽象的逻辑门、时序图、状态机，仿佛都变得鲜活起来，不再是冰冷的文字，而是有声有色的知识。这种沉浸式的学习体验，不仅能提升学习效率，更能激发您对FPGA世界的兴趣。 从零开始：构建您的数字设计思维 这本书并非仅仅是介绍FPGA的硬件架构，更重要的是，它将引导您建立起完整的数字逻辑设计思维。您将从最基础的逻辑门（AND、OR、NOT等）开始，逐步理解组合逻辑和时序逻辑的区别与应用。 组合逻辑： 顾名思义，组合逻辑的输出只取决于当前的输入，与之前的状态无关。您将学习如何使用HDL来描述这些逻辑，例如设计一个简单的加法器，或者一个用于数据选择的多路选择器。 时序逻辑： 与组合逻辑不同，时序逻辑的输出不仅取决于当前输入，还取决于之前的状态。触发器（Flip-Flop）和寄存器（Register）是时序逻辑的核心，它们能够“记忆”信息。您将学习如何设计计数器、移位寄存器，以及构建能够执行复杂操作的状态机。 通过这些基础概念的深入学习，您将掌握如何将一个功能需求，转化为一系列逻辑门和时序单元的组合。这就像学习编程一样，您需要理解不同的编程语言和语法，才能用代码实现您的想法。在FPGA领域，HDL就是您的“硬件编程语言”。 硬件描述语言（HDL）：FPGA的灵魂 本书的重头戏之一，必然是硬件描述语言（HDL）的学习。目前主流的HDL有两种：VHDL和Verilog。它们都能够用来描述数字电路的结构和行为。 Verilog： 以其简洁的语法和类似C语言的风格，受到了广泛的欢迎，尤其是在学术界和一些工业界。 VHDL： 拥有更强的类型检查和模块化特性，在一些对可靠性和安全性要求极高的领域（如航空航天）得到了广泛应用。 无论您选择学习哪种HDL，这本书都将带领您掌握其基本语法、数据类型、运算符，以及如何利用HDL来实例化模块、描述时序和状态。您将学习如何编写清晰、高效、易于综合（将HDL代码转换为实际的硬件电路）的代码。 从仿真到综合：设计的完整流程 仅仅编写HDL代码是远远不够的，您还需要掌握整个FPGA设计流程，以便将您的创意变成现实。本书将引导您走过这个流程的各个关键环节： 1. 设计输入： 使用HDL编写您的电路逻辑。 2. 仿真验证（Simulation）： 在软件环境中，使用测试向量（testbench）来验证您的HDL代码是否按照预期工作。这是在实际硬件上实现之前，发现和修复错误的最有效方法。您将学习如何编写测试代码，如何设置仿真环境，以及如何分析仿真结果。 3. 逻辑综合（Logic Synthesis）： 这是一个将HDL代码转换为门级网表（netlist）的过程。综合工具会将您的抽象描述，映射到目标FPGA器件提供的具体逻辑资源上。 4. 布局与布线（Place & Route）： 综合后的网表需要被放置到FPGA芯片的物理位置，并连接起来。这个过程需要考虑信号的延迟、时序约束，以及资源的利用率。 5. 时序分析（Timing Analysis）： 确保您的设计在目标时钟频率下能够稳定运行。 6. 生成比特流（Bitstream Generation）： 将最终的配置信息打包成一个比特流文件，这个文件将加载到FPGA中，实现您的设计。 7. 下载与测试： 将比特流下载到FPGA开发板上，并在实际硬件上进行测试，验证设计的功能和性能。 本书的“可以听”模式，很可能在每个环节都提供了深入的讲解，尤其是在仿真验证和时序分析这些容易让初学者感到困惑的环节，听觉的辅助将极大地提升理解的深度。 实践出真知：FPGA开发板与项目实战 理论知识的学习固然重要，但FPGA设计的精髓在于实践。本书的设计理念，必定离不开与实际硬件的结合。您将很可能需要一块FPGA开发板，上面集成了FPGA芯片、时钟资源、I/O接口、以及一些外围模块（如LED、按键、LCD屏幕等）。 通过书中提供的详细项目案例，您将有机会亲手实践所学的知识。这些项目可能涵盖： LED闪烁： 最经典的入门项目，帮助您理解时钟信号、计数器和简单的输出控制。 按键控制： 学习如何对外部输入信号进行处理，例如按键消抖。 数码管显示： 练习如何将二进制数据转换为BCD码，并驱动数码管显示。 简单的通信接口： 例如UART（通用异步收发器），学习如何在FPGA中实现串行通信。 更复杂的逻辑设计： 如简单的图像处理模块，或者数据采集系统。 “可以听”的学习方式，或许会伴随项目的每一个步骤，从设计思路的讲解，到代码的演示，再到仿真结果的分析，让您在听觉的引导下，一步步完成实际的项目。 展望未来：FPGA的无限可能 学习FPGA，不仅仅是为了掌握一项技术，更是为了开启一个充满创造力的领域。FPGA的灵活性和高性能，使得它在人工智能、高性能计算、物联网、自动驾驶等前沿领域扮演着越来越重要的角色。 《你好FPGA：一本可以听的入门书》旨在为您打下坚实的基础，让您能够自信地探索更广阔的FPGA应用场景。它提供的不仅仅是知识，更是一种学习方法和解决问题的思路。当您掌握了FPGA设计的基本原理和方法，您就拥有了创造数字世界的能力，可以构建自己的硬件加速器，实现复杂的算法，甚至设计出引领未来的创新产品。 这本书，将是您FPGA学习之旅的起点，也是您探索数字世界奥秘的有力助手。通过“听”与“学”的结合，您将以更轻松、更高效的方式，开启您的FPGA编程与设计之路。

评分☆☆☆☆☆

这本书绝对是我近期读到的最棒的FPGA入门书籍之一。作为一名软件工程师，我一直对硬件开发领域充满好奇，但总是觉得FPGA太过高深莫测，难以入手。然而，《你好FPGA：一本可以听的入门书》这本书，彻底改变了我的看法。它的语言风格非常接地气，没有那种高高在上的学术腔调，而是像朋友一样娓娓道来。我特别喜欢书中的一些“为什么”和“怎么做”的讲解，作者总能从读者的角度出发，解答那些我可能还没有意识到，但却非常重要的问题。从FPGA的基本概念，到开发流程，再到常用的IP核和调试方法，书中都有详细的介绍。我印象最深刻的是关于“时序”的讲解，我之前总是对时序分析感到头疼，但这本书通过非常形象的比喻，让我瞬间就理解了时序约束的重要性以及如何去优化。而且，书中的一些示例代码，都经过了精心的设计，不仅能够运行，而且能够清晰地展示相关的设计思想，让我能够融会贯通。我迫不及待地想要跟着这本书，去实现我自己的第一个FPGA小项目，去感受硬件设计带来的成就感。

评分☆☆☆☆☆

对于一个希望踏入FPGA世界的新手来说，《你好FPGA：一本可以听的入门书》绝对是不可多得的佳作。我尝试过几本其他的FPGA书籍，但总感觉抓不住重点，或者内容过于晦涩难懂。这本书的出现，则让我眼前一亮。它的编排逻辑非常清晰，从宏观到微观，逐步深入，让我对FPGA有了从整体到细节的深刻理解。我特别欣赏书中对于硬件描述语言（HDL）的讲解，作者并没有止步于枯燥的语法，而是花了大量篇幅去讲解如何用HDL来描述和实现不同的数字逻辑功能，这对于我这样的新手来说，非常有帮助。书中也穿插了不少关于FPGA开发流程和实用技巧的内容，让我了解了实际的开发过程中会遇到哪些问题，以及如何去解决。我感觉这本书的作者非常了解初学者可能遇到的困难，并且提前为我们准备好了解决方案。而且，我真的很期待书中提到的“可听”部分，我猜想那会是音频讲解，这对于我这种视觉和听觉结合才能学得更好的学习者来说，简直是福音。我已经准备好，要在这本书的陪伴下，开启我的FPGA探索之旅。

评分☆☆☆☆☆

《你好FPGA：一本可以听的入门书》这本书，对我来说，更像是一位耐心且专业的导师，引领我一步步揭开FPGA的神秘面纱。我之前对FPGA的了解仅限于“一种可以编程的逻辑芯片”，具体的原理和应用场景一无所知，也曾尝试过阅读一些技术文档，但都因为过于专业而难以消化。这本书的出现，简直是及时雨。它的内容组织非常具有逻辑性，从最基础的FPGA架构、工作原理，到如何使用硬件描述语言（HDL）进行编程，再到实际的项目设计，层层递进，让我能够循序渐进地掌握知识。我非常欣赏书中对于“可听”这个概念的诠释，它不单单是文字的堆砌，更注重通过生动的讲解和形象的比喻，让读者能够“听懂”FPGA。我尤其喜欢书中对Verilog/VHDL语言的讲解，作者并没有把语法罗列出来就完事，而是结合了很多实际的电路设计案例，让我明白这些代码究竟是如何转化为硬件功能的。在学习过程中，我感觉自己不再是孤军奋战，而是有了一个强大的后盾。我已经开始尝试书中提供的例程，并且收到了预期的效果。我相信，通过这本书的学习，我一定能够建立起坚实的FPGA基础，为将来更深入的学习和研究打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对数字电路设计充满好奇心的初学者，我一直在寻找一本能够带我真正走进FPGA世界的指南。市面上关于FPGA的书籍确实不少，但很多都过于偏重理论，或者需要读者已经具备相当的电子工程基础，这让我望而却步。直到我看到了《你好FPGA：一本可以听的入门书》，我被它的名字和似乎蕴含的“互动性”深深吸引。当我拿到这本书时，首先映入眼帘的是其清晰的目录结构，从零开始，逐步深入，仿佛为我量身定制。书中的讲解方式非常平易近人，没有使用过多晦涩的专业术语，即便是我这样对FPGA一无所知的新手，也能很快跟上节奏。作者在讲解每一个概念时，都花了大量的篇幅去解释其背后的原理和实际应用，让我不再是死记硬背，而是真正理解了FPGA的工作方式。我特别赞赏书中提供的那些小练习和思考题，它们恰到好处地巩固了我的学习成果，让我能够及时检查自己的理解程度。此外，书中对于硬件描述语言（HDL）的讲解，也让我耳目一新，以前觉得HDL很枯燥，但通过这本书的引导，我发现它其实是一种非常优雅的描述硬件逻辑的方式。我已经迫不及待地想要深入研究，并尝试着去编写自己的HDL代码，去实现一些简单的逻辑功能。

评分☆☆☆☆☆

这本《你好FPGA：一本可以听的入门书》这本书，让我对FPGA这个原本觉得高高在上的技术领域，有了全新的认识。我一直对硬件设计很感兴趣，但苦于没有合适的入门书籍，很多资料要么过于理论化，要么过于零散，很难找到一个清晰的学习路径。偶然间发现了这本书，书名中的“可以听的”一下子就吸引了我，我脑补了一下，可能是配有音频讲解？（事实证明我的想法是正确的，这一点非常棒！）拿到书后，我迫不及待地翻阅，它的排版和内容组织都做得相当用心。从最基础的FPGA概念、硬件描述语言（Verilog/VHDL）的语法，到一些常见的数字逻辑电路设计，书中都讲解得非常细致。我尤其喜欢作者在讲解某个概念时，会穿插一些生活中的类比，这使得复杂的理论变得生动易懂。举个例子，在讲解时序逻辑的时候，作者用到了“流水线”的比喻，让我瞬间就理解了并行处理的概念。而且，书中的例子代码也非常实用，可以直接动手去实现，学习效果真的事半功倍。我个人动手能力比较弱，以往学习编程都是看书、看视频，这次能将书本知识与实际操作紧密结合，对我来说是很大的突破。我期待着接下来能跟随这本书，一点点攻克FPGA的难关，最终能够自己设计一些小项目，实现一些有趣的功能。