數字集成電路設計與實踐 基於國產軟硬件平臺
賈小濤 王雪巖 張有光
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商品描述
本書聚焦數字集成電路設計核心領域，以國產軟硬件平臺為依托，構建理論、方法與實踐深度融合的學習體系。本書分為基礎篇、提高篇、實踐篇，各篇均融入教學實踐思路。基礎篇系統講解數字集成電路基礎與 Verilog HDL 語法，通過豐富的設計案例夯實理論根基；提高篇深入研究邏輯電路設計與處理器設計，以多功能數字時鐘為例，詳細講解模塊化設計理念與實踐，並結合教學常見案例，拆解基於 RISC-V 的單周期 CPU 設計；實踐篇圍繞 EDA仿真工具與“大拇指”安路 FPGA 極簡開發板，以教學實驗為導向，講解仿真環境配置、軟件使用及多個實踐案例，貼合教學場景，切實培養數字集成電路設計人員的工程素養。
作者簡介
賈小濤
北京航空航天大學集成電路科學與工程學院副教授、博士生導師。長期從事數字電路設計與教學工作。主講本科生核心專業課“數字系統設計與驗證”、卓 越工程師集成電路領域核心課程“數字大規模集成電路：設計與實踐”。獲評北京市普通高等學校優 秀本科畢業論文（設計）指導教師、北京航空航天大學優 秀博士學位論文指導教師等。
王雪巖
北京航空航天大學集成電路科學與工程學院副教授。長期從事智能計算軟硬件協同設計工作。主講本科生核心專業課“計算機組成與系統結構”。入選中國科協青年人才托舉工程項目，獲評北京市高校課程思政教學名師、北京市普通高等學校優 秀本科畢業論文（設計）指導教師等。
張有光
北京航空航天大學電子信息工程學院教授、博士生導師，北京市教學名師，現任校教師發展中心教學咨詢專 家組組長、校青教賽總教練、士灣書院學業總導師。曾任電子信息工程學院本科教學副院長，獲國 家 級教學成果一等獎一項、二等獎二項，獲評北京市教育系統“教書育人榜樣”，一門課程入選國 家 級 一 流本科課程，二本教材分別入選工 信 部“十二五”“十四五”規劃教材。
目錄大綱
基礎篇
第 1 章 數字集成電路基礎 2
1.1 引言 2
1.2 數值與編碼 2
1.2.1 數值的概念與轉換方法 2
1.2.2 二進制編碼方式 5
1.3 組合邏輯電路 6
1.3.1 組合邏輯電路的基本特點 6
1.3.2 組合邏輯電路的基本構件 7
1.3.3 組合邏輯電路的分析與設計 8
1.3.4 競爭與冒險 9
1.4 時序邏輯電路 10
1.4.1 時序邏輯電路的基本構件 10
1.4.2 時序邏輯電路分析 15
1.4.3 建立時間與保持時間 18
思考題 19
第 2 章 Verilog HDL語法 20
2.1 引言 20
2.2 Verilog HDL代碼結構 22
2.3 數值表示與信號類型 24
2.3.1 Verilog HDL數值表示 24
2.3.2 Verilog HDL信號類型 25
2.4 Verilog HDL表達式 29
2.4.1 運算符 30
2.4.2 操作數 37
2.5 Verilog HDL賦值語句 38
2.5.1 持續賦值語句 38
2.5.2 過程賦值語句 39
2.5.3 語句塊 41
2.6 Verilog HDL控制語句 42
2.6.1 條件語句 42
2.6.2 分支語句 43
2.6.3 循環語句 45
2.6.4 生成語句 48
2.7 建模方法 49
2.7.1 數據流建模 49
2.7.2 行為級建模 50
2.7.3 結構級建模 51
2.8 任務和函數 55
2.8.1 系統函數 56
2.8.2 編譯指令 59
2.9 測試平臺 60
思考題 62
提高篇
第 3 章 基於Verilog HDL的邏輯電路設計方法與實踐 65
3.1 基於Verilog HDL的組合邏輯電路設計 65
3.1.1 設計要點 65
3.1.2 編碼器與譯碼器 69
3.2 基於Verilog HDL的時序邏輯電路設計 73
3.2.1 設計要點 73
3.2.2 鎖存器與觸發器 74
3.2.3 計數器 75
3.2.4 分頻器 76
3.2.5 FSM 設計 78
3.3 模塊化設計理念與實踐：多功能數字時鐘 83
3.3.1 模塊化設計概述 84
3.3.2 模塊化設計流程 84
3.3.3 模塊化設計實踐 85
思考題 87
第 4 章 處理器工作原理與設計方法 89
4.1 計算機組成原理與指令系統 89
4.1.1 計算機工作原理與層次結構概述 89
4.1.2 指令系統 92
4.1.3 RISC-V 94
4.2 基於RISC-V的單周期CPU設計與實現 99
4.2.1 單周期CPU數據通路設計 100
4.2.2 單周期CPU控制器設計 109
4.2.3 單周期CPU性能分析 112
4.3 多周期CPU與流水線CPU概述 114
4.3.1 多周期CPU概述 114
4.3.2 流水線技術 118
思考題 122
實踐篇
第 5 章 EDA仿真工具及FPGA實踐平臺 125
5.1 EDA仿真工具 125
5.1.1 仿真工具概述 125
5.1.2 主流仿真工具介紹 126
5.1.3 基於開源工具的Verilog HDL仿真環境配置與
使用 127
5.2 FPGA實踐平臺 129
5.2.1 大拇指開發板概述 129
5.2.2 大拇指開發板開發軟件 131
思考題 134
第 6 章 基於FPGA的數字電路實踐 135
6.1 流水燈 135
6.2 模M加法計數器 137
6.3 呼吸燈 144
6.4 任意波形發生器 148
6.5 UART通信協議 157
6.5.1 UART串口接收數據實驗 157
6.5.2 UART串口發送數據實驗 167
6.6 RISC-V處理器 175
思考題 183
參考文獻 184
