這是一本正規(guī)教材嗎？看書名有點像兒童讀物。

　　這是一本設計開發(fā)手冊嗎？這里面怎么還有思考習題啊。

　　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下對基于FPGA芯片的邏輯系統(tǒng)設計的核心理念。

　　如果說對于國內(nèi)的高校和企業(yè)來講，20世紀90年代，PLD還是新興技術，僅在高端產(chǎn)品和產(chǎn)品設計初期有所應用外，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)設計的核心，也是大多數(shù)工程師的基本設計能力。

　　這些年來，邏輯系統(tǒng)設計和FPGA編程類的新教材不斷涌現(xiàn)。應該說，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)歷多年相關課程教學、工程師培訓、新技術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)設計和FPGA編程學習的幾點認識，也是編寫這本書的一些粗淺想法：

　　(1)傳統(tǒng)邏輯設計教學的內(nèi)容和體系與當前行業(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)療儀器設備乃至專用邏輯芯片本身的設計，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計方法的巨大變革。相比之下，成熟的傳統(tǒng)邏輯設計教學體系與行業(yè)界的實際產(chǎn)生了偏差，例如：在傳統(tǒng)邏輯設計教學中常用的真值表和卡諾圖等在實際行業(yè)設計中難覓蹤影；傳統(tǒng)邏輯設計實驗教學中常用的74系列或4000系列中規(guī)模單元芯片采購困難且價格高，使得教學實驗項目難以為繼；傳統(tǒng)邏輯設計中當作理論講解的競爭與冒險變成邏輯設計工程師時時刻刻面對的實際問題；實際工程應用中急需的模塊化設計理念和團隊合作能力在傳統(tǒng)邏輯教學中基本缺失。

　　(2)邏輯設計教學從傳統(tǒng)的基礎理論課程更多轉向為實踐類課程

　　傳統(tǒng)的邏輯設計或數(shù)字電路課程都是各大電子信息專業(yè)的基礎核心課程，在布爾代數(shù)基本理論基礎上重點講解組合邏輯系統(tǒng)的分析和設計、時序邏輯系統(tǒng)的分析和設計，再補充一些計算機結構中的基本單元作為其應用案例。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題中體現(xiàn)、狀態(tài)機是綜合類應用內(nèi)容且入選習題的工作狀態(tài)數(shù)不宜過多等，與此對應的實際情況是基于FPGA開展實際邏輯系統(tǒng)設計，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)設計的基本單元，產(chǎn)品設計不斷追求高性能使得毛刺問題在每一個設計中均需要認真處理等。因此，很多理論分析工作在當前設計中不再適用，大量設計能力需要通過不斷實踐經(jīng)驗積累。

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

　　FPGA設計培訓并不困難，越來越多的工程師通過自學就掌握了FPGA設計的基本能力，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，大量復雜邏輯系統(tǒng)均已在單芯片內(nèi)實現(xiàn)，且產(chǎn)品設計的時間周期越來越短，大量的邏輯系統(tǒng)設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利用，因此，模塊化編程思想和設計團隊的標準邏輯模塊設計積累都十分重要。把產(chǎn)品設計比作搭積木，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，本書希望建設成能滿足目前從邏輯設計入門到具備基本邏輯設計工程師能力的學習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為基礎更新邏輯設計理論基礎教學主線；

　　(2)將Vivado集成設計開發(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)工具學習具體邏輯設計；

　　(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計方法，強化基于硬件表述語言的硬件編程設計思想，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介紹IP設計封裝和調用辦法；

　　(5)常用邏輯模塊及邏輯系統(tǒng)案例選取由淺入深，設計過程和例程盡量詳細，替代一般實驗指導書。

　　綜上，本書具體分成三大部分：第一部分邏輯設計基礎（共六章）；第二部分常用邏輯設計模塊（共五章）；第三部分邏輯系統(tǒng)設計案例（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教務處的立項支持，并在Xilinx大學計劃的支持下進行，相關章節(jié)內(nèi)容邀請了Xilinx大學計劃的應用工程師團哲恒、實習生崔宏宇，以及東南大學電子科學與工程學院電路與系統(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和大學計劃工作之余進行，并分工合作完成，系統(tǒng)性和文字風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)補充設計案例并整理教學應用相關的教學資料，也希望大家能不斷反饋相關意見，使本書能得到良好的修編，改進目標和方向。

　　編著者2017年3月