這是一本正規(guī)教材嗎？看書名有點像兒童讀物。

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

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

　　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)計的核心，也是大多數(shù)工程師的基本設(shè)計能力。

　　這些年來，邏輯系統(tǒng)設(shè)計和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，工具書可以再多點基礎(chǔ)知識介紹。于是，幾個人就湊在了一起，相互鼓勵、相互督促做了一件他們最想做但其實又最不愿意做的事：編寫一本教材。

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

　　(1)傳統(tǒng)邏輯設(shè)計教學(xué)的內(nèi)容和體系與當(dāng)前行業(yè)的需求和實際產(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，重點表現(xiàn)在邏輯系統(tǒng)的門電路規(guī)模門檻快速提升和設(shè)計方法的巨大變革。相比之下，成熟的傳統(tǒng)邏輯設(shè)計教學(xué)體系與行業(yè)界的實際產(chǎn)生了偏差，例如：在傳統(tǒng)邏輯設(shè)計教學(xué)中常用的真值表和卡諾圖等在實際行業(yè)設(shè)計中難覓蹤影；傳統(tǒng)邏輯設(shè)計實驗教學(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格高，使得教學(xué)實驗項目難以為繼；傳統(tǒng)邏輯設(shè)計中當(dāng)作理論講解的競爭與冒險變成邏輯設(shè)計工程師時時刻刻面對的實際問題；實際工程應(yīng)用中急需的模塊化設(shè)計理念和團隊合作能力在傳統(tǒng)邏輯教學(xué)中基本缺失。

　　(2)邏輯設(shè)計教學(xué)從傳統(tǒng)的基礎(chǔ)理論課程更多轉(zhuǎn)向為實踐類課程

　　傳統(tǒng)的邏輯設(shè)計或數(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)上重點講解組合邏輯系統(tǒng)的分析和設(shè)計、時序邏輯系統(tǒng)的分析和設(shè)計，再補充一些計算機結(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邏輯變量及以下、J�睰觸發(fā)器容易命題但實際遠不如D觸發(fā)器實用、競爭冒險作為理論概念難以在習(xí)題中體現(xiàn)、狀態(tài)機是綜合類應(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)的實際情況是基于FPGA開展實際邏輯系統(tǒng)設(shè)計，幾十萬門的邏輯系統(tǒng)需求很平常，狀態(tài)機已經(jīng)成為大多數(shù)邏輯系統(tǒng)設(shè)計的基本單元，產(chǎn)品設(shè)計不斷追求高性能使得毛刺問題在每一個設(shè)計中均需要認(rèn)真處理等。因此，很多理論分析工作在當(dāng)前設(shè)計中不再適用，大量設(shè)計能力需要通過不斷實踐經(jīng)驗積累。

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

　　FPGA設(shè)計培訓(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)計的基本能力，但隨著FPGA芯片規(guī)模的快速提升和芯片價格的持續(xù)下降，大量復(fù)雜邏輯系統(tǒng)均已在單芯片內(nèi)實現(xiàn)，且產(chǎn)品設(shè)計的時間周期越來越短，大量的邏輯系統(tǒng)設(shè)計都需要工程師團隊分工合作完成，同時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)計團隊的標(biāo)準(zhǔn)邏輯模塊設(shè)計積累都十分重要。把產(chǎn)品設(shè)計比作搭積木，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)計入門到具備基本邏輯設(shè)計工程師能力的學(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思路：

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

　　(2)將Vivado集成設(shè)計開發(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；

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

　　(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)計過程和例程盡量詳細(xì)，替代一般實驗指導(dǎo)書。

　　綜上，本書具體分成三大部分：第一部分邏輯設(shè)計基礎(chǔ)（共六章）；第二部分常用邏輯設(shè)計模塊（共五章）；第三部分邏輯系統(tǒng)設(shè)計案例（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)計團隊分工合作的趨勢。

　　本書的編輯整理工作得到東南大學(xué)教務(wù)處的立項支持，并在Xilinx大學(xué)計劃的支持下進行，相關(guān)章節(jié)內(nèi)容邀請了Xilinx大學(xué)計劃的應(yīng)用工程師團哲恒、實習(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)計劃工作之余進行，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，并難免一些錯漏，有待讀者不斷指出并修改。編者們也會持續(xù)補充設(shè)計案例并整理教學(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，改進目標(biāo)和方向。

　　編著者2017年3月