這是一本正規(guī)教材嗎？看書名有點(diǎn)像兒童讀物。

　　這是一本設(shè)計(jì)開發(fā)手冊嗎？這里面怎么還有思考習(xí)題啊。

　　其實(shí)，編者們也為這本書的名字費(fèi)了不少神，這是本書的第一個(gè)書名建議，之后也揣摩了好幾個(gè)，但到了最后還是覺得這第一次取的名字最好，因?yàn)樗�最符合編者們�?dāng)下對基于FPGA芯片的邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心理念。

　　如果說對于國內(nèi)的高校和企業(yè)來講，20世紀(jì)90年代，PLD還是新興技術(shù)，僅在高端產(chǎn)品和產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期有所應(yīng)用外，如今PLD產(chǎn)品已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)絕大多數(shù)的邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，也是大多數(shù)工程師的基本設(shè)計(jì)能力。

　　這些年來，邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)和FPGA編程類的新教材不斷涌現(xiàn)。應(yīng)該說，這些方面國內(nèi)并不缺乏好的專業(yè)教材或工具書，但是作為編者的這幾個(gè)人在分別經(jīng)歷多年相關(guān)課程教學(xué)、工程師培訓(xùn)、新技術(shù)推廣等不同的工作后，總覺得教材可以編寫得更像工具書一點(diǎn)，工具書可以再多點(diǎn)基礎(chǔ)知識介紹。于是，幾個(gè)人就湊在了一起，相互鼓勵(lì)、相互督促做了一件他們最想做但其實(shí)又最不愿意做的事：編寫一本教材。

　　以下是本書的編者們圍繞邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)和FPGA編程學(xué)習(xí)的幾點(diǎn)認(rèn)識，也是編寫這本書的一些粗淺想法：

　　(1)傳統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)教學(xué)的內(nèi)容和體系與當(dāng)前行業(yè)的需求和實(shí)際產(chǎn)生了偏差

　　隨著可編程邏輯器件（programmablelogicdevice，PLD，包括現(xiàn)在的CPLD和FPGA）為主的新技術(shù)及其行業(yè)的快速發(fā)展，直接改變了基于數(shù)字系統(tǒng)核心的消費(fèi)電子產(chǎn)品、工業(yè)系統(tǒng)、醫(yī)療儀器設(shè)備乃至專用邏輯芯片本身的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)表現(xiàn)在邏輯系統(tǒng)的門電路規(guī)模門檻快速提升和設(shè)計(jì)方法的巨大變革。相比之下，成熟的傳統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)教學(xué)體系與行業(yè)界的實(shí)際產(chǎn)生了偏差，例如：在傳統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)教學(xué)中常用的真值表和卡諾圖等在實(shí)際行業(yè)設(shè)計(jì)中難覓蹤影；傳統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中常用的74系列或4000系列中規(guī)模單元芯片采購困難且價(jià)格高，使得教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目難以為繼；傳統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)中當(dāng)作理論講解的競爭與冒險(xiǎn)變成邏輯設(shè)計(jì)工程師時(shí)時(shí)刻刻面對的實(shí)際問題；實(shí)際工程應(yīng)用中急需的模塊化設(shè)計(jì)理念和團(tuán)隊(duì)合作能力在傳統(tǒng)邏輯教學(xué)中基本缺失。

　　(2)邏輯設(shè)計(jì)教學(xué)從傳統(tǒng)的基礎(chǔ)理論課程更多轉(zhuǎn)向?yàn)閷?shí)踐類課程

　　傳統(tǒng)的邏輯設(shè)計(jì)或數(shù)字電路課程都是各大電子信息專業(yè)的基礎(chǔ)核心課程，在布爾代數(shù)基本理論基礎(chǔ)上重點(diǎn)講解組合邏輯系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)、時(shí)序邏輯系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，再補(bǔ)充一些計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)中的基本單元作為其應(yīng)用案例。這些內(nèi)容也積累了大量考試題庫，但大量題庫都是限于四個(gè)邏輯變量及以下、J�睰觸發(fā)器容易命題但實(shí)際遠(yuǎn)不如D觸發(fā)器實(shí)用、競爭冒險(xiǎn)作為理論概念難以在習(xí)題中體現(xiàn)、狀態(tài)機(jī)是綜合類應(yīng)用內(nèi)容且入選習(xí)題的工作狀態(tài)數(shù)不宜過多等，與此對應(yīng)的實(shí)際情況是基于FPGA開展實(shí)際邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)，幾十萬門的邏輯系統(tǒng)需求很平常，狀態(tài)機(jī)已經(jīng)成為大多數(shù)邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本單元，產(chǎn)品設(shè)計(jì)不斷追求高性能使得毛刺問題在每一個(gè)設(shè)計(jì)中均需要認(rèn)真處理等。因此，很多理論分析工作在當(dāng)前設(shè)計(jì)中不再適用，大量設(shè)計(jì)能力需要通過不斷實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累。

　　(3)邏輯設(shè)計(jì)門檻的降低和邏輯系統(tǒng)復(fù)雜度的提升對模塊化設(shè)計(jì)提出更高要求

　　FPGA設(shè)計(jì)培訓(xùn)并不困難，越來越多的工程師通過自學(xué)就掌握了FPGA設(shè)計(jì)的基本能力，但隨著FPGA芯片規(guī)模的快速提升和芯片價(jià)格的持續(xù)下降，大量復(fù)雜邏輯系統(tǒng)均已在單芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)，且產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)間周期越來越短，大量的邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)都需要工程師團(tuán)隊(duì)分工合作完成，同時(shí)大量基本邏輯單元和功能模塊會重復(fù)利用，因此，模塊化編程思想和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的標(biāo)準(zhǔn)邏輯模塊設(shè)計(jì)積累都十分重要。把產(chǎn)品設(shè)計(jì)比作搭積木，誰的邏輯模塊積木多以及誰的專有邏輯模塊積木多會左右一個(gè)產(chǎn)品的市場成敗。

　　基于上述理念，本書希望建設(shè)成能滿足目前從邏輯設(shè)計(jì)入門到具備基本邏輯設(shè)計(jì)工程師能力的學(xué)習(xí)道路上的教材或參考書。在組織規(guī)劃過程中貫穿了以下幾點(diǎn)思路：

　　(1)以目前主流且實(shí)用的FPGA和VerilogHDL為基礎(chǔ)更新邏輯設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)教學(xué)主線；

　　(2)將Vivado集成設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境在第1章中就呈現(xiàn)給讀者，讓讀者從一開始就能利用該開發(fā)工具學(xué)習(xí)具體邏輯設(shè)計(jì)；

　　(3)淡化以往卡諾圖、真值表這類效率低且目前實(shí)用性不強(qiáng)的設(shè)計(jì)方法，強(qiáng)化基于硬件表述語言的硬件編程設(shè)計(jì)思想，區(qū)分軟件編程常規(guī)的指令語句單步運(yùn)行思維模式；

　　(4)突出模塊化編程思想并詳細(xì)介紹IP設(shè)計(jì)封裝和調(diào)用辦法；

　　(5)常用邏輯模塊及邏輯系統(tǒng)案例選取由淺入深，設(shè)計(jì)過程和例程盡量詳細(xì)，替代一般實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。

　　綜上，本書具體分成三大部分：第一部分邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（共六章）；第二部分常用邏輯設(shè)計(jì)模塊（共五章）；第三部分邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例（共六章）。將常用邏輯模塊突顯出來，主要是希望更多反映模塊化編程思想和邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)分工合作的趨勢。

　　本書的編輯整理工作得到東南大學(xué)教務(wù)處的立項(xiàng)支持，并在Xilinx大學(xué)計(jì)劃的支持下進(jìn)行，相關(guān)章節(jié)內(nèi)容邀請了Xilinx大學(xué)計(jì)劃的應(yīng)用工程師團(tuán)哲恒、實(shí)習(xí)生崔宏宇，以及東南大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院電路與系統(tǒng)方向的研究生參與整理，在此一并感謝。

　　本書編輯整理均在編者的日常教學(xué)和大學(xué)計(jì)劃工作之余進(jìn)行，并分工合作完成，系統(tǒng)性和文字風(fēng)格一致性可能會有所差異，并難免一些錯(cuò)漏，有待讀者不斷指出并修改。編者們也會持續(xù)補(bǔ)充設(shè)計(jì)案例并整理教學(xué)應(yīng)用相關(guān)的教學(xué)資料，也希望大家能不斷反饋相關(guān)意見，使本書能得到良好的修編，改進(jìn)目標(biāo)和方向。

　　編著者2017年3月