前    言

结合EDA技术许多最新的发展成果，以及我国高等教育更加注重学生的工程实践能力与自主创新能力的培养，本书作为第3版，进行了较大变动，删除了已过时的内容，加入了EDA技术的一些最新发展技术，还包括新版Quartus II 9.0、DSP Builder 9.0、MATLAB 7.8的详细的、新的使用方法，Altera新近推出的Cyclone III系列FPGA的开发技术，以及相关的示例和实验，使全书在为学生提供更多新知识的同时给出大量新实验，更加注重学生创造力的培养。

书中绝大部分章节都安排了针对性较强的习题、实验和设计项目，使学生对每一章的课堂教学效果都能及时通过实验得以强化。本书大部分实验中，除给出详细的实验目的、实验原理、实验思考题和实验报告要求外，还包含多个实验项目（层次）。如第一层次是与该章内容相关的验证性实验，本书提供了详细的并被验证的设计程序和实验方法，学生只需将书中提供的设计程序输入计算机，并按要求进行编译仿真，在实验系统上实现即可；第二层次是在上一实验基础上作进一步的发挥；此后的实验层次属于自主设计或创新性质的实验，包括一些大学生电子设计竞赛的设计项目。授课教师可以根据本课程的实验学时数和教学实验的要求，以及学生的兴趣程度，以不同的方式或形式布置给学生完成。

本书第1章的内容是EDA和VHDL概述，第2章的内容是FPGA/CPLD硬件原理，第3章的内容主要是VHDL基础。

为了尽可能缩短授课时数，优化教学效果，提高教学效率，本书将重点放在VHDL的实用技术上，采用了从典型电路设计实例的介绍中引出VHDL相关语句语法的方法，在给出完整并被验证过的VHDL描述的同时，还给出了综合后的RTL电路图及表现该电路系统功能的时序波形图。对于容易出现的设计错误或产生歧义的示例，还给出正误示例的比较和详细说明。由此，通过一些简单、直观、典型的示例，将VHDL最核心、最基本的内容解释清楚，使读者能在短时间内有效地把握VHDL的主要内容，而不必花费过多的时间去单独学习语法。对于这样的编排，许多曾选用了此教材的老师都给予了肯定。

第4章主要介绍Quartus II 9.0的详细使用方法以及Cyclone III FPGA的开发技术。其中包括不同输入方式的设计方法、LPM宏功能模块及IP核的使用技术、嵌入式逻辑分析仪等测试工具的使用方法。

第5章是VHDL有限状态机的实用设计技术，包括不同类型的常用有限状态机的语法、状态机的设计方法、实用示例、毛刺克服技术、状态编码方法、工作稳定性控制技术等。

值得一提的是，第5章中增加了许多新的更实用的内容，其中包括基于Quartus II 9.0的状态机编码设置方法、安全状态机设计设置方法、毛刺信号排除技术，以及多个新的基于状态机控制的实用电路设计的实验。

第6章给出了一个基于有限状态机控制的16位CISC CPU的详细设计过程。全机由VHDL表述，借助于Quartus II，其软硬件功能在单片FPGA中得到验证。通过此章的学习和实验，可使学生完整地掌握一个实用16位CPU的设计与实现技术，从而对VHDL有更深入的了解。

第7章和第8章较系统、完整、有序地给出了VHDL的语句类型、语言结构、语法规则，是对第3章和第5章VHDL语法知识的归纳、整理、提升和拓延。这些内容的取舍，可根据本课程的学时数和大纲要求来决定。

第9章和第10章的内容比较新，主要是基于MATLAB 7.8和DSP Builder 9.0的EDA开发技术，重点是基于FPGA的硬件DSP开发技术和数字通信系统设计技术，其中包括一些最新发展的技术成果。这方面的内容对于通信和信息工程专业类的学生和工程技术人员尤为重要。

本书重点介绍VHDL的设计技术，不仅是因为VHDL与Verilog HDL一样都属于IEEE标准HDL，并同样是一种被广泛使用的硬件描述语言，而是考虑到本书第9章和第10章介绍的，在EDA技术领域发展十分迅速的，基于MATLAB和DSP Builder的数字系统和DSP开发技术中，目前DSP Builder只能将MATLAB设计模型转化为VHDL程序。

现代电子工程和EDA技术发展的速度异常迅猛，高等院校在这方面的教学将面临越来越大的挑战。这主要表现在两个方面：一是更多更新的知识有待传授，二是学生在该领域的自主创新能力有待提高。为了迎接这个挑战，本书力图在这两个方面都有所作为，但限于知识面，本书还有诸多不足之处，还望业内专家同行不吝斧正。

本书的撰写得到了美国ALTERA公司大学计划部总经理Bob Xu先生的大力支持，在此表示衷心的感谢！

作者的E-mail是EDA82@HZCNC.com，欢迎交流！

此外，由于本书篇幅所限而未能列入的内容及本书课件，包括诸多示例和实验所基于的FPGA实验平台更详细的使用方法，以及结合本书相关的EDA技术与FPGA开发培训信息，都可浏览网址www.kx-soc.com。

                                                 作  者

                                           2009年8月于杭州电子科技大学