編者按：幾年前，我寫了一篇“如何學(xué)習(xí)ARM和FPGA的文章”，雖然流傳甚廣，但回頭來(lái)看還是有很多的不足之處，為什么呢？因?yàn)榻裉斓纳鐣?huì)環(huán)境已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，人們對(duì)于學(xué)習(xí)的渴望與八十年代比較相去甚遠(yuǎn)。與此同時(shí)今天的人們更具有個(gè)性化和自由的思想，因此文化的傳播和價(jià)值觀的傳遞更需要注重人文關(guān)懷。

   人們時(shí)常說(shuō)，現(xiàn)在的大學(xué)生不好學(xué)，真的是這樣嗎？或許，每個(gè)人的需求不一樣，他不一定非要學(xué)什么做什么，每個(gè)人可以按照自己的喜好與意愿去發(fā)展，這就是今天與過(guò)去的不同。事實(shí)上，學(xué)習(xí)僅僅是培養(yǎng)一個(gè)人成才的訓(xùn)練過(guò)程，他可能沒(méi)有掌握技術(shù)的細(xì)節(jié)，但他已經(jīng)掌握了常用的方法，這同樣是我這些年來(lái)思考的問(wèn)題之一。

    基于上述原因，我在教學(xué)與圖書創(chuàng)作過(guò)程中，將更多的精力用于研究“他們”為什么學(xué)不會(huì)？“他們”與“我們”相比為什么沒(méi)有那么大的興趣？而不是埋怨“他們”不好學(xué)。事實(shí)上，學(xué)生不知道為什么要學(xué)習(xí)FPGA？學(xué)習(xí)FPGA到底有什么用途？其次，到底只需要學(xué)習(xí)那些內(nèi)容，學(xué)生就能夠達(dá)到舉一反三的效果，而不是一味按照?qǐng)D書作者的意愿或老師的意愿或人云亦云的錯(cuò)誤思想，將什么都灌輸給學(xué)生，最后反而將學(xué)生灌暈了，倒了胃口食之無(wú)味棄之可惜，這是人們很少研究的問(wèn)題。第三，我們應(yīng)該如何設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)踐案例，不僅要達(dá)到引起學(xué)生產(chǎn)生興趣的目的，而且要做到課程之間知識(shí)點(diǎn)的相互融合（比如，同樣一個(gè)示例，在不同的課程中，采用多種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)），這也是我們?cè)诮虒W(xué)中很少研究和關(guān)注的問(wèn)題。

                            《可編程邏輯電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程》前言

一、創(chuàng)作起因

    其實(shí)兩年前就已經(jīng)寫好了這本書，為什么沒(méi)有提交給出版社呢？我們一直在問(wèn)自己一個(gè)問(wèn)題，面對(duì)已經(jīng)面世的上百本圖書，如果再出版一本豈不多余嗎？

    盡管很多大學(xué)都開設(shè)了這門課，且花大價(jià)錢投入了很多的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，但我們也一直在苦思冥想，為什么熟練掌握FPAG的學(xué)生卻寥寥無(wú)幾呢？

    雖然我們公司有專業(yè)的SoC可編程邏輯電路設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，但依然感到培養(yǎng)一個(gè)合格的開發(fā)人員仍然有一定的難度。到底問(wèn)題出在哪里呢？哪些內(nèi)容才是培養(yǎng)一個(gè)合格開發(fā)工程師必須掌握的重要知識(shí)點(diǎn)，這個(gè)問(wèn)題成了我們研究的重點(diǎn)。每年我們都在修改培養(yǎng)方案，終于發(fā)現(xiàn)精選教學(xué)內(nèi)容和合理設(shè)置實(shí)踐案例才是關(guān)鍵所在。

二、教學(xué)內(nèi)容的組織與安排

    為了提高學(xué)生的動(dòng)手能力，我們?yōu)椤缎戮幱?jì)算機(jī)基礎(chǔ)教程》編寫了一本淺顯易懂的電子版配套圖書《項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)——數(shù)字電路實(shí)踐與制作基礎(chǔ)教程（1）》，采用step-to-step的方法引導(dǎo)初學(xué)者，學(xué)習(xí)如何設(shè)計(jì)和制作一臺(tái)基于80C51單片機(jī)的微型計(jì)算機(jī)的方法和過(guò)程，最終達(dá)到深入了解計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的目的。

    與此同時(shí)，我們?cè)诖嘶A(chǔ)上加入了更多的基礎(chǔ)理論，寫作了電子版《項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)——數(shù)字電路實(shí)踐與制作基礎(chǔ)教程（2）》，用作《電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）》配套的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。

    針對(duì)這門課程更進(jìn)一步地，我們寫作了電子版《項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)——可編程邏輯電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐基礎(chǔ)教程》，其特點(diǎn)是將其中的每一個(gè)集成電路全部用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)，接著將微型計(jì)算機(jī)的地址、數(shù)據(jù)輸入和顯示電路、SRAM以及讀寫控制電路全部用一個(gè)FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)，構(gòu)成一臺(tái)完整的微型計(jì)算機(jī)。最后在單片F(xiàn)PGA中設(shè)計(jì)一臺(tái)完整的基于80C51軟核的微型計(jì)算機(jī)，這就是本書的全部構(gòu)思。

    實(shí)踐證明，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)上述訓(xùn)練之后，已經(jīng)完全具備了成為一個(gè)合格開發(fā)工程師的必要基礎(chǔ)和能力。

   1. 本書的第一部分內(nèi)容

    第1章——FPGA基礎(chǔ)知識(shí)。本章主要是介紹FPGA的基本知識(shí)，了解什么是FPGA？它與數(shù)字電路之間有什么關(guān)系？我們用怎樣的方式將FPGA與數(shù)字電路進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合？同時(shí)了解FPGA的發(fā)展歷程，有助于從源頭上認(rèn)識(shí)FPGA，并結(jié)合實(shí)用的角度介紹FPGA的使用流程和FPGA的特點(diǎn)。

    第2章——FPGA基本結(jié)構(gòu)。了解了什么是FPGA之后，讀者一定想要知道FPGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)到底是怎樣的。因此本章內(nèi)容主要是從FPGA最基本的單元結(jié)構(gòu)出發(fā)，詳細(xì)介紹FPGA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其中包括開關(guān)結(jié)構(gòu)、邏輯單元、布線資源和I/O結(jié)構(gòu)等，了解這些內(nèi)容可以幫助大家對(duì)FPGA的結(jié)構(gòu)有一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。

    第3章——FPGA片內(nèi)外設(shè)。目前的FPGA除了邏輯單元以外，往往還帶有非常多的片內(nèi)外設(shè)，如同MCU一樣，這些外設(shè)讓FPGA的單芯片實(shí)現(xiàn)成為可能，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)更多的功能。因此本章介紹FPGA內(nèi)部常用的外設(shè)，其中包括SRAM、FIFO、PLL、模擬電路等等，從而了解FPGA為什么如此強(qiáng)大的原因。

    2. 本書的第二部分內(nèi)容

    第4章——Verilog基礎(chǔ)語(yǔ)法。如果要用FPGA來(lái)做設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)FPGA的設(shè)計(jì)語(yǔ)言非常地關(guān)鍵，如同使用MCU一樣，學(xué)習(xí)C語(yǔ)言是基礎(chǔ)。本章介紹了國(guó)內(nèi)最為流行、使用人數(shù)最多的FPGA編程語(yǔ)言——Verilog的基本語(yǔ)法，從基本概念到強(qiáng)大的系統(tǒng)任務(wù)都逐一詳細(xì)介紹，為后面的FPGA設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

    3. 本書的第三部分內(nèi)容

    第5章——常用IP設(shè)計(jì)。從本章開始，注重FPGA的實(shí)戰(zhàn)練習(xí)，學(xué)習(xí)FPGA的設(shè)計(jì)應(yīng)用，將理論在實(shí)踐中得以驗(yàn)證。因此，本章將從FPGA獨(dú)特的IP設(shè)計(jì)開始，學(xué)習(xí)如何利用FPGA來(lái)設(shè)計(jì)一些常用的IP，例如：I2C、UART、SPI、PWM等，甚至可以用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)CPU，自定義特有的MCU。

    第6章——典型應(yīng)用設(shè)計(jì)。本章從應(yīng)用的角度出發(fā)，結(jié)合工程設(shè)計(jì)中常用的案例，介紹如何實(shí)現(xiàn)一些典型的FPGA設(shè)計(jì)，從而達(dá)到學(xué)以致用的目的。本章從大量的實(shí)例中精心挑選了五個(gè)例子作為教學(xué)，分別是頻率計(jì)、DDS、產(chǎn)品版本號(hào)控制器、偽隨機(jī)序列、并行總線，詳細(xì)介紹了其原理和實(shí)現(xiàn)方式，并留有一定的空間讓讀者自行補(bǔ)全設(shè)計(jì)內(nèi)容，鍛煉動(dòng)手能力。

    第7章——DIY創(chuàng)新應(yīng)用設(shè)計(jì)。創(chuàng)新是我們進(jìn)步的階梯，是我們與眾不同的途徑之一，也是我們超越對(duì)手的方式之一。因此，本章注重發(fā)揮大家的動(dòng)手和創(chuàng)新能力，更進(jìn)一步地將FPGA的應(yīng)用發(fā)揮得淋漓盡致。讀者可以通過(guò)矩陣鍵盤管理設(shè)計(jì)、開平方算法設(shè)計(jì)、同步FIFO設(shè)計(jì)鍛煉大家DIY創(chuàng)新設(shè)計(jì)的思維與能力。

面向?qū)ο?

    本書是為電子信息工程、電氣自動(dòng)化、自動(dòng)化、電子科學(xué)與技術(shù)、測(cè)控技術(shù)、通信、醫(yī)學(xué)電子、機(jī)電一體化等專業(yè)編寫的。

結(jié)束語(yǔ)

   本書由江西理工大學(xué)周立功教授、廣州周立功單片機(jī)科技有限公司劉銀華與北京航空航天大學(xué)夏宇聞教授歷時(shí)3年的構(gòu)思與實(shí)踐創(chuàng)作而成，是“高等院校電類專業(yè)新概念教材.卓越工程師教育”叢書的第四冊(cè)，由周立功擔(dān)任本書主編，負(fù)責(zé)全書內(nèi)容的組織策劃、構(gòu)思設(shè)計(jì)和最終的審核定稿。