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本書是一部系統(tǒng)論述基于FPGA的現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計方法的立體化教程(含紙質(zhì)圖書、電子書、教學(xué)課件、源代碼與視頻教程)。全書共分為8章：第1章EDA技術(shù)概述，介紹了基于FPGA設(shè)計的優(yōu)勢、FPGA技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域、自頂向下設(shè)計方法論、FPGA設(shè)計層次、RTL層設(shè)計的流程；第2章介紹CPLD/FPGA的結(jié)構(gòu)原理及編程和配置相關(guān)知識；第3、4、5、8章，從第3章的VHDL基本語法，到第4章的組合邏輯和時序邏輯基本模塊，再到第5章的宏功能模塊利用，最后是第8章以項目引導(dǎo)的典型電子系統(tǒng)設(shè)計案例，逐層遞進(jìn)，由淺入深地介紹基于VHDL的數(shù)字系統(tǒng)描述方法；第6章介紹邏輯設(shè)計之后需要考慮的時序分析相關(guān)基礎(chǔ)，包括時序約束、時序分析的若干基本概念和時鐘管理; 第7章面向整體系統(tǒng)設(shè)計及優(yōu)化問題，介紹了基本系統(tǒng)設(shè)計原則和VHDL優(yōu)化原則。

為便于讀者高效學(xué)習(xí)，快速掌握基于VHDL的編程與實(shí)踐,本書作者精心制作了完整的教學(xué)課件(8章PPT)、完整的源代碼與豐富的配套視頻教程及在線答疑服務(wù)等。

本書可作為廣大高校電子信息工程專業(yè)EDA課程的教材，也可作為計算機(jī)技術(shù)、自動化、電力系統(tǒng)及自動化、智能電網(wǎng)及信息工程、機(jī)械電子等工科專業(yè)學(xué)生的自學(xué)參考書。

2015年，德國率先提出工業(yè)4.0，拉開了第四次工業(yè)革命的序幕。以智能化、信息化為特點(diǎn)的第四次工業(yè)革命，廣泛使用大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、5G通信、云邊端計算等先進(jìn)技術(shù)，在各個行業(yè)完成產(chǎn)業(yè)升級，從智慧小區(qū)、智慧工廠到智能城市，從智慧交通到智慧醫(yī)療，從智能電網(wǎng)到智慧能源，再到全球互聯(lián)網(wǎng)，智慧化、智能化已經(jīng)在逐步深入地影響和改變我們的生活。而實(shí)現(xiàn)智慧化、智能化的物理基礎(chǔ)是智慧化器件，包括CPU、DSP、ARM等。FPGA作為智慧化器件的頂配產(chǎn)品，以其高速、穩(wěn)定、可靠等特點(diǎn)，近年來得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。

智能化、信息化的進(jìn)程中，必然需要大量的智能計算、智能決策，而且這些智能計算和決策必須具備快速、低功耗、小型化、靈活性等特點(diǎn)，F(xiàn)PGA技術(shù)充分滿足了上述幾點(diǎn)要求。尤其是近年來的片上系統(tǒng)(SoC)技術(shù)，既包括各種硬件IP核，還可以集成嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，軟硬協(xié)同，將非常復(fù)雜的系統(tǒng)整合在芯片上，展示出強(qiáng)大的功能。單獨(dú)使用沿用數(shù)十年的CPU架構(gòu)產(chǎn)品已經(jīng)不能滿足市場需求，因而選擇以軟硬協(xié)同開發(fā)為特征的FPGA架構(gòu)是必然趨勢�？梢灶A(yù)見，F(xiàn)PGA的應(yīng)用將會呈現(xiàn)一個井噴式增長態(tài)勢。目前FPGA已經(jīng)成熟地應(yīng)用到視頻信號處理，比如電子眼、人臉識別等。在云計算、邊緣計算及智能計算領(lǐng)域，F(xiàn)PGA正在作為加速器而被越來越廣泛應(yīng)用，它既能夠提供幾乎實(shí)時的處理速度，同時還可以降低功耗。在機(jī)器人、無人駕駛、無人機(jī)等領(lǐng)域，F(xiàn)PGA也越來越廣泛地被使用。

世界上著名的FPGA廠商Altera公司被Intel公司收購，Xilinx公司繼而被AMD公司收購，F(xiàn)PGA公司被芯片巨頭整合，預(yù)示著FPGA將與傳統(tǒng)CPU芯片進(jìn)一步集成，發(fā)揮其可編程、快速、低功耗、靈活的優(yōu)勢，來賦能傳統(tǒng)芯片。隨著芯片巨頭的入場，F(xiàn)PGA CPU將會真正成為解決數(shù)據(jù)中心存儲和網(wǎng)絡(luò)通信的主流解決方案，基于FPGA的AI加速單元和CPU緊密耦合提升AI計算的整體性能，也必將是FPGA賦能傳統(tǒng)芯片的典型應(yīng)用，從而帶來前所未有的IT生態(tài)改變。

面對這樣的需求和應(yīng)用背景，應(yīng)用工程師們迫切需要在較短的時間內(nèi)能夠盡可能全面地了解FPGA相關(guān)技術(shù)。本書是一本闡述FPGA技術(shù)全貌的圖書，深入淺出地將理論與案例相結(jié)合。在介紹FPGA最新應(yīng)用的基礎(chǔ)上，以Intel公司的主要FPGA產(chǎn)品為主線，闡述其硬件結(jié)構(gòu)原理。從VHDL基本語法出發(fā)，闡述了基于VHDL的組合/時序基本電路模塊的實(shí)現(xiàn)方式，并系統(tǒng)介紹了典型IP核的應(yīng)用，較為詳細(xì)地闡述了FPGA設(shè)計中的時序分析問題，系統(tǒng)論述了設(shè)計過程中要遵循的基本原則和優(yōu)化原則，并結(jié)合案例進(jìn)行解釋，最后列舉了一些常見的工程應(yīng)用。本書旨在向讀者傳遞FPGA技術(shù)及應(yīng)用的基本原理，作者以多年的FPGA專業(yè)教學(xué)經(jīng)驗，引領(lǐng)讀者快速了解FPGA領(lǐng)域全貌，以期在FPGA應(yīng)用中能夠事半功倍。

本書的編寫工作由下列人員承擔(dān)：李月喬負(fù)責(zé)第4章；陳曉梅負(fù)責(zé)第1，2，3，5，6，7，8章。全書由陳曉梅審校定稿。此外研究生肖徐東、王行健負(fù)責(zé)本書第8章的部分調(diào)試，在此一并表示衷心的感謝。為了使書中內(nèi)容與仿真軟件中使用的邏輯符號一致，故本書中所有符號均采用美標(biāo)，特此說明。

由于作者水平所限，錯誤和不足之處在所難免，懇請讀者批評指正。

編者2023年10月

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