Verilog 硬体描述语言数位电路 设计实务 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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本书深入浅出地介绍Verilog硬体描述语言的特性，以及电脑辅助设计工具(CAD)。

　　Verilog语言是一种一般性的硬体描述语言，它的语法与C语言相似，易学易用。本书是以逻辑合成的方式写成的，可让刚开始使用Verilog来 设计数位电路的新手们，用起来很上手。

　　本书目的在于借由学习Verilog语言的过程中去了解硬体描述语言的设计概念，进而完成设计数位晶片的最终目标。最新版本中新增UDP，且增强Verilog 2001特色。
 

经典设计方法与前沿技术：数字系统实现策略精粹 本书旨在为电子工程、计算机科学与微电子学领域的专业人士及高级学习者提供一个全面且深入的视角，聚焦于数字系统设计、验证与实现过程中的核心原理、先进方法论以及关键技术栈。本书内容横跨理论基石到业界标准实践，强调系统级思维与具体工程实现的无缝衔接。 第一部分：数字系统基础与建模范式 本部分奠定扎实的理论基础，重点探讨现代数字系统设计所依赖的数学模型、逻辑理论与硬件抽象层级。 1. 组合逻辑与时序电路的深入分析 布尔代数与最小化技术： 详细介绍卡诺图、Quine-McCluskey算法的扩展应用，并探讨多值逻辑系统在故障检测中的潜力。 竞争、毛刺与时序约束分析： 不仅仅停留在基本定义，更深入分析动态系统中的信号完整性问题，包括亚稳态的根源、危害评估及通过去抖动电路和同步器设计来缓解这些问题的具体方法。 同步设计基础与时钟域交叉（CDC）： 详尽阐述同步时序系统的设计原则，重点分析多时钟域系统（Multiple Clock Domain）的同步挑战。引入基于握手协议（Handshaking Protocols）、双端口RAM（Dual-Port RAM）以及先进的异步FIFO（Asynchronous First-In, First-Out）结构，确保跨域数据传输的可靠性。 2. 硬件描述语言（HDL）的抽象层次与建模风格 本章超越单一语言的语法介绍，专注于不同抽象级别建模带来的设计权衡。 行为级（Behavioral）建模精要： 探讨如何使用高级程序结构（如状态机、循环结构）来描述复杂的算法功能，并分析行为级代码向寄存器传输级（RTL）综合时的潜在效率损失。 寄存器传输级（RTL）的优化艺术： 深入探讨如何编写清晰、高效且易于综合的RTL代码。内容涵盖资源共享（Resource Sharing）、流水线化（Pipelining）的原理与应用，以及如何通过数据路径宽度和操作并行度的精确控制来影响最终的门级网表面积与速度。 结构级（Structural）设计与模块化： 讨论如何将复杂系统分解为可重用、可验证的模块，并介绍层次化设计方法在大型ASIC/FPGA项目中的管理策略。 第二部分：算法实现与高性能架构 本部分聚焦于如何将数学算法转化为高效的硬件结构，这是实现高性能计算（HPC）和专用集成电路（ASIC）设计的核心。 3. 数字信号处理（DSP）硬体实现 滤波器设计与硬件映射： 介绍有限脉冲响应（FIR）和无限脉冲响应（IIR）滤波器的基本原理，并详细讲解如何将这些算法映射到优化的硬件结构上，如CORDIC算法在三角函数计算中的替代方案。 乘法器架构比较： 对比不同的乘法器结构（如阵列乘法器、Booth编码乘法器、Wallace树乘法器）的延迟、面积特性，并指导读者根据目标技术节点和性能要求进行选择。 快速傅里叶变换（FFT）的硬件加速： 阐述蝶形运算（Butterfly Operation）的分解与实现，探讨内存访问模式对FFT性能的关键影响，以及如何设计高效的内存访问策略。 4. 微处理器与定制指令集架构（ISA） 精简指令集计算机（RISC）核心设计： 详细剖析单周期、多周期以及流水线化CPU的设计流程。重点分析流水线中的冒险（Hazard）类型（结构、数据、控制）及其硬件解决方案（如转发/旁路、分支预测）。 内存系统与缓存层次结构： 探讨缓存的工作原理（直接映射、组相联、全相联），缓存一致性问题在多核系统中的挑战，以及如何设计内存控制器以优化外部存储器接口的吞吐量。 领域特定架构（DSA）与可重构计算： 介绍定制指令和数据路径设计如何超越通用处理器性能限制，并初步探讨现场可编程门阵列（FPGA）在快速原型验证和DSA实现中的独特优势。 第三部分：设计流程与验证工程 现代数字设计无法脱离严格的流程管理和完备的验证体系。本部分深入探讨工具链的使用、设计收敛的策略以及行业标准的验证方法学。 5. 综合、布局布线与时序驱动设计（Timing-Driven Design） 逻辑综合的原理与约束： 讲解综合器如何将RTL映射到特定库单元的过程，强调设计约束文件（SDC）在指导综合器优化中的核心作用，包括设置输入延迟、输出延迟和时钟定义。 静态时序分析（STA）的深度应用： 彻底解析建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的计算模型，探讨跨时钟域路径（CDC Path）的例外处理，以及如何诊断和修复时序违例（Timing Violations）。 布局布线与物理实现： 简述从门级网表到物理版图的流程，讨论布线拥塞（Congestion）、时钟树综合（CTS）对最终性能的决定性影响，以及如何通过物理设计阶段的迭代反馈优化RTL。 6. 功能验证与形式化方法 验证环境的构建： 介绍激励生成（Stimulus Generation）、响应检查（Response Checking）和覆盖率收集（Coverage Collection）的基本框架。 面向验证的编程（UVM/OVM）精要： 探讨面向对象的验证方法学如何提高测试平台的可重用性和可扩展性，重点分析配置（Configuration）、序列（Sequence）和代理（Agent）的设计模式。 断言与形式验证： 介绍系统Verilog断言（SVA）在设计规范检查中的应用，以及形式验证工具如何通过数学方法证明或证伪设计属性，特别是在安全关键和高可靠性系统中作为传统仿真补充的重要性。 第四部分：低功耗设计与新兴技术接口 随着移动设备和物联网（IoT）的普及，能源效率成为衡量设计的关键指标之一。本部分涵盖了功耗优化策略和现代接口协议的硬件实现。 7. 电源管理与低功耗设计技术 功耗分解与分析： 区分动态功耗（开关活动造成）和静态功耗（漏电流造成），并介绍功耗建模工具的使用。 电源门控（Power Gating）与时钟门控（Clock Gating）： 详细讨论如何在RTL和门级实现自动和手动时钟门控，以及电源门控在隔离敏感区域和管理空闲模块中的策略。 多电压域（Multi-Voltage Domain）设计： 探讨如何在一个芯片内设置不同的电压区域以实现功耗/性能的权衡，并介绍电平转换器（Level Shifter）的设计与重要性。 8. 高速串行接口的硬件实现 SerDes（串行器/解串器）架构概述： 介绍高速数据传输中预加重（Pre-emphasis）和均衡（Equalization）技术的物理层原理。 PCI Express (PCIe) 协议栈的硬件映射： 探讨如何在FPGA或ASIC中实现MAC层（媒体访问控制）和物理层（PHY）的适配器逻辑，重点关注事务层（TLP）的打包与解包。 内存接口（DDRx）： 概述DDR内存控制器的关键挑战，包括高精度时序校准、训练序列的自动生成以及对飞行时间（Fly-by）拓扑结构的处理。 本书结构严谨，内容翔实，旨在提供一个从理论到实践、从基础到前沿的全面知识体系，是数字电路设计工程师和研究人员的必备参考书。

第一章 数位电路的设计观念
1.1 数位系统的实作方法
1.2 典型的「半订制」（Semi Customize）IC设计流程

第二章 Verilog硬体描述语言简介
2.1 硬体描述语言（Hardware Description Language，HDL）和传统数位电路设计的优缺点比较
2.2 Verilog硬体描述语言（HDL）的特性
2.3 电脑辅助设计工具（CAD）－Quick Logic的介绍
2.4 QuickLogic及Synopsys的Design Analyzer之Primitive Cell介绍
2.5 Verilog模组整合与模拟的流程（Synthesis and Simulation Flow）－使用QuickLogic
2.6 VHDL电路模拟软体－ModelSim的介绍
2.7 VHDL电路设计与模拟的流程（VHDL design in and simulation flow）－使用ModelSim
2.8 Verilog模组合成与模拟的流程（Synthesis and Simulation Flow）－使用Synopsys的Designer Analyzer

第三章 Verilog的模组与架构
3.1 Verilog的输出入埠叙述
3.2 Verilog资料型态（Data Types）
3.3 Verilog的时间控制（Timing Control）
3.4 Verilog的四大模型（Model）
3.5 Verilog的模组（Module）
3.6 Verilog的语法协定
3.7 阶层式设计（Hierarchy Design）的观念

第四章 能否用于电路合成的Verilog语法
4.1 不能用于电路合成的Verilog语法
4.2 能用于电路合成的Verilog语法

第五章 Verilog的叙述
5.1 Verilog常用的叙述
5.2 assign叙述
5.3 always叙述
5.4 if叙述
5.5 if…else…叙述
5.6 case叙述
5.7 casex叙述
5.8 casez叙述
5.9 if与case这二大类叙述的使用时机
5.10 for叙述
5.11 function叙述
5.12 task叙述
5.13 function与task叙述的差异

第六章 Verilog电路设计的基本观念
6.1 讯号（signal）与变数（variable）
6.2 always中的讯号（signal）与变数（variable）
6.3 使用括弧来描述复杂的电路结构
6.4 运算元的位用宽度（operator bitwidth）
6.5 重置（Reset）讯号与预设（Preset）讯号的重要性

第七章 算术运算
7.1 『数字系统』基本介绍
7.2 『乘法』的基本观念
7.3 『除法』的基本观念
7.4 『无号数整数』的运算
7.5 『有号数整数』的运算
7.6 『无号数小数』的运算
7.7 『有号数小数』的运算

第八章 组合逻辑电路与简易的算术逻辑运算
8.1 组合逻辑（Combination Logic）电路
8.2 简易的算术逻辑运算单元（ALU）的设计

第九章 循序逻辑电路
9.1 记忆元件设计
9.2 移位暂存器（Shift Register）
9.3 计数器电路（Counter）
9.4 除频电路（Frequency Divider）

第十章 有限状态机器
10.1 循序电路的基本模式
10.2 同步（Synchronous）与非同步（Asynchronous）循序电路
10.3 有限的状态机器（Finite State Machine，FSMs）的简介
10.4 有限状态机器的设计实例

第十一章 进阶设计概念
11.1 资源共用（Resource Sharing）
11.2 Verilog的编译命令（Compiler Directives）
11.3 易于调整的设计方式（Scalable Design）
11.4 撰写经济实用的HDL程式码之原则
11.5 除弹跳电路（DeBounce circuit）与单一脉波电路（Mono pulse circuit）
11.6 非同步Reset
11.7 节省电力的基本方法

第十二章 记忆体设计与应用
12.1 随机存取记忆体（Random Access Memory，RAM）
12.2 随机存取记忆体（RAM）的扩充
12.3 随机存取记忆体（RAM）的应用
12.4 唯读记忆体（Read Only Memory，ROM）
12.5 唯读记忆体（ROM）的扩充
12.6 唯读记忆体（ROM）的应用

第十三章 Verilog 2001增强特色
13.1 Configuration
13.2 generate
13.3 Constant function
13.4 Indexed vector part select
13.5 Multi-dimensional Array
13.6 Array Bit and Part Select
13.7 Signed Arithmetic Extension
13.8 Power Operator
13.9 Re-entrant Task and Recursive Function
13.10 Comma-separated Sensitivity List
13.11 Combinational Logic Sensitivity
13.12 Enhanced File I/O
13.13 Automatic Width Extension Past 32 bits
13.14 Default Net with Continuous Assign
13.15 Disable Default Net Declaration
13.16 Explicit In-line Parameter Passing
13.17 Combined Port/Data Type Declaration
13.18 ANSI-style Port List
13.19 Reg Declaration With Initialization
13.20 "Register" Changed To "Variable"
13.21 Enhanced PLA Modeling
13.22 Accurate BNF, with Subsection
13.23 Enhanced Conditional Compilation
13.24 File and Line Compiler Directive
13.25 Attribute
13.26 Standard Random Number Generator
13.27 Enhanced Invocation Option Test
13.28 On-detect Pulse Error Propagation
13.29 Negative Pulse Detection
13.30 New Timing Constraint Check
13.31 Negative Timing Constraint
13.32 Enhanced SDF support
13.33 Extended VCD File / PLI Enhancement
13.34 Verilog 2001新增的保留字、运算子、函数、compiler directive以及token

第十四章 Verilog的档案处理与除错辅助功能
14.1 测试平台（TestBench）
14.2 Verilo的档案处理
14.3 Verilog的除错辅助功能
14.4 Verilog的时间格式与精确度
14.5 资料型态转换
14.6 Verilog的系统任务

第十五章 User Defined PrimitiveS
15.1 User Defined PrimitiveS（UDPs）
15.2 组合逻辑UDP
15.3 循序逻辑UDP
附录Ａ Verilog的识别字（Keywords）

 

序

　　本书是教导学习Verilog硬体描述语言的书籍，目的在于借由学习Veri-log语言的过程中去了解硬体描述语言的设计概念，进而完成设计数位晶片的最终目标。

　　本书使用Verilog硬体描述语言来实作出来，每个电路模组都是电脑辅助设计工具ModelSim之下，完成了模组电路作编译、合成、仿真以及验证…等等步骤，所以本书的各个模组都是可以实作得出来的。
 

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，掌握一门硬体描述语言，最终目的就是要能够设计出令人满意的硬体电路，而《Verilog 硬体描述语言数位电路设计实务》这个书名，完美地诠释了这一理念。很多时候，我们学习Verilog，只是停留在语法层面，对于如何写出高效、可综合、易于维护的代码，以及如何应对真实世界的各种设计挑战，总感觉有些捉襟见肘。这本书的“实务”二字，让我看到了它在填补这方面空白上的巨大潜力。我尤其看重它在“数位电路设计”方面的论述，希望它能深入讲解各种数位电路模块的设计思路和Verilog实现技巧，比如状态机、有限状态机、数据通路的设计等等。此外，我期待它能提供一些关于仿真、验证以及后端的工程化流程的介绍，这样才能真正地将理论知识转化为生产力。这本书的出现，对我来说，无疑是为我打开了一扇通往更专业、更深入的硬体设计世界的大门。

评分☆☆☆☆☆

这本书绝对是想在FPGA开发领域闯出一片天地的同仁们的福音！我平常的工作就跟硬体描述语言打交道，对Verilog的熟悉程度也算还行，但总觉得在理解一些更深层次的电路优化和时序分析上还有些力不从心。看到《Verilog 硬体描述语言数位电路设计实务》这个书名，立刻被吸引住了。一个“实务”二字，就意味着它不是那种只讲概念的书，而是会教你如何真正地在硬体上实现设计。尤其是在数位电路这个领域，理论和实践的差距往往是最大的鸿沟。我猜这本书里面一定会包含很多从需求分析到逻辑设计，再到综合、布局布线、时序约束的完整流程讲解，甚至可能会有针对不同FPGA平台的一些优化技巧。这对于正在进行专案开发，或是想要提升自己硬体设计功力的工程师来说，绝对是不可多得的学习资源。我已经迫不及待想看看它到底能给我带来哪些新的启发和实用的方法论了！

评分☆☆☆☆☆

作为一名在校的电机系学生，我一直在寻找一本能够将Verilog理论知识与实际硬体设计完美结合的书籍。《Verilog 硬体描述语言数位电路设计实务》这个书名，恰恰击中了我的学习痛点。我们课堂上讲授的Verilog知识，虽然很重要，但往往缺乏足够多的实际案例和项目实践。我常常觉得，学完Verilog，却不知道怎么去设计一个完整的数位系统，像是CPU、记忆体控制器之类的。这本书的“数位电路设计实务”部分，我猜一定会包含各种经典数位电路上位元和下位元的实现方法，以及如何用Verilog把它们搭建起来。更重要的是，我期望它能提供一些真实的电路设计流程，比如从一个需求文档开始，一步步地讲解如何将其转化为Verilog代码，再到最终在FPGA上实现。这种“从无到有”的指导，对于我们这种初学者来说，绝对是极具价值的。

评分☆☆☆☆☆

哇，这本书的封面设计就很有质感，光是看到书名《Verilog 硬体描述语言数位电路设计实务》，就觉得它是一本内容扎实的专业书籍。我一直对数位电路设计很有兴趣，但感觉自己动手实践的机会不多，常常停留在理论阶段。看到这本书的实务导向，我非常有信心它能帮助我将所学知识真正应用到实际的电路设计中。这本书的书名就透露出它涵盖了Verilog语言的使用，以及数位电路设计的方法和技巧，这正是我一直以来想深入学习的。尤其是在学习过程中，如果能有范例代码和具体的实现步骤，那学习效果肯定会事半功倍。我非常期待这本书能够提供清晰易懂的讲解，并且能带领我一步一步地完成复杂的数位电路设计项目。对我来说，能有这样一本以“实务”为主的教材，真的太难得了，它能填补我学习上的许多空白，让我不再只是纸上谈兵，而是能真正成为一个能够动手实现数位电路设计的工程师。

评分☆☆☆☆☆

说实话，刚拿到这本书的时候，我有点被它厚重的份量所“震撼”到，但同时也充满了期待。这完全不同于市面上一些泛泛而谈的教科书，《Verilog 硬体描述语言数位电路设计实务》这个书名就很直接地说明了它的定位——聚焦于Verilog语言在数位电路设计中的实战应用。我一直认为，学习硬体描述语言，最重要的一点就是要能“写出能跑的、并且是高效的硬体”。很多时候，光知道Verilog的语法是不够的，更关键的是如何利用它来描述一个高效、稳定、满足时序要求的硬体电路。我非常希望这本书能在这方面提供深入的指导，比如如何避免常见的Verilog设计陷阱，如何进行有效的测试和验证，以及如何根据硬体特性进行代码优化。对我这种在数位逻辑设计方面，已经有一定基础但希望更上一层楼的读者来说，这本书简直就像是一座宝藏，我准备花大量时间好好研读，从中汲取养分。