Verilog数字系统设计教程

第一部分 Verilog数字设计基础 第1章 Verilog的基本知识　　1.1 硬件描述语言HDL　　1.2 Verilog HDL的历史 1.2.1 什么是Verilog HDL 1.2.2 Verilog HDL的产生及发展 1.3 Verilog HDL和 VHDL的比较　　1.4 Verilog的应用情况和适用的设计　　1.5 采用Verilog HDL设计复杂数字电路的优点 1.5.1 传统设计方法——电路原理图输入法 1.5.2 Verilog HDL设计法与传统的电路原理图输入法的比较 1.5.3 Verilog的标准化与软核的重用 1.5.4 软核、固核和硬核的概念及其重用　　1.6 采用硬件描述语言(Verilog HDL)的设计流程简介 1.6.1 自顶向下(Top_Down)设计的基本概念

第一部分 Verilog数字设计基础 第1章 Verilog的基本知识　　1.1 硬件描述语言HDL　　1.2 Verilog HDL的历史 1.2.1 什么是Verilog HDL 1.2.2 Verilog HDL的产生及发展 1.3 Verilog HDL和 VHDL的比较　　1.4 Verilog的应用情况和适用的设计　　1.5 采用Verilog HDL设计复杂数字电路的优点 1.5.1 传统设计方法——电路原理图输入法 1.5.2 Verilog HDL设计法与传统的电路原理图输入法的比较 1.5.3 Verilog的标准化与软核的重用 1.5.4 软核、固核和硬核的概念及其重用　　1.6 采用硬件描述语言(Verilog HDL)的设计流程简介 1.6.1 自顶向下(Top_Down)设计的基本概念 1.6.2 层次管理的基本概念 1.6.3 具体模块的设计编译和仿真的过程 1.6.4 具体工艺器件的优化、映像和布局布线　　小结　　思考题　第2章 Verilog语法的基本概念　　概述 2.1 Verilog模块的基本概念　　2.2 Verilog用于模块的测试　　小结　　思考题　第3章 模块的结构、数据类型、变量和基本运算符号　　概述　　3.1 模块的结构 3.1.1 模块的端口定义 3.1.2 模块内容 3.1.3 理解要点 3.1.4 要点总结　　3.2 数据类型及其常量和变量 3.2.1 常量 3.2.2 变量　　3.3 运算符及表达式 3.3.1 基本的算术运算符 3.3.2 位运算符　　小结　　思考题　第4章 运算符、赋值语句和结构说明语句　　概述　　4.1 逻辑运算符　　4.2 关系运算符　　4.3 等式运算符　　4.4 移位运算符　　4.5 位拼接运算符　　4.6 缩减运算符　　4.7 优先级别　　4.8 关 键 词　　4.9 赋值语句和块语句　　　4.9.1 赋值语句　　　4.9.2 块语句　　小结　　思考题　第5章 条件语句、循环语句、块语句与生成语句　　概述　　5.1 条件语句（if_else语句）　　5.2 case语句　　5.3 条件语句的语法　　5.4 多路分支语句　　5.5 循环语句　　　5.5.1 forever语句　　　5.5.2 repeat语句　　　5.5.3 while语句　　　5.5.4 for语句　　5.6 顺序块和并行块　　　5.6.1 块语句的类型　　　5.6.2 块语句的特点　　5.7 生成块　　　5.7.1 循环生成语句　　　5.7.2 条件生成语句　　　5.7.3 case生成语句　　5.8举例　　　5.8.1 四选一多路选择器　　　5.8.2 四位计数器　　小结　　思考题　第6章 结构语句、系统任务、函数语句和显示系统任务 　　概述　　6.1 结构说明语句 6.1.1 initial语句 6.1.2 always语句　　6.2 task和function说明语句 6.2.1 task和function说明语句的不同点 6.2.2 task说明语句 6.2.3 function说明语句 6.2.4 函数的使用举例 6.2.5 自动（递归）函数 6.2.6 常量函数 6.2.7 带符号函数 　　6.3 关于使用任务和函数的小结 6.4 常用的系统任务 6.4.1 ＄display和＄write任务 6.4.2 文件输出 6.4.3 显示层次 6.4.4 选通显示 6.4.5 值变转储文件　　6.5 其他系统函数和任务 　　小结　　思考题 　第7章 调试用系统任务和常用编译预处理语句　　概述　　7.1 系统任务 ＄monitor　　7.2 时间度量系统函数＄time　　7.3 系统任务＄finish　　7.4 系统任务＄stop　　7.5 系统任务＄readmemb和＄readmemh　　7.6 系统任务 ＄random　　7.7 编译预处理 7.7.1 宏定义define 7.7.2 文件包含"处理include 7.7.3 时间尺度timescale 7.7.4 条件编译命令ifdef、else、endif 7.7.5 条件执行　　小结　　思考题　第8章 语法概念总复习练习　　概述　　小结第二部分 设计和验证部分　第9章 Verilog HDL模型的不同抽象级别　　概述　　9.1 门级结构描述 9.1.1 与非门、或门和反向器及其说明语法 9.1.2 用门级结构描述D触发器 9.1.3 由已经设计成的模块构成更高一层的模块　　9.2 Verilog HDL的行为描述建模 9.2.1 仅用于产生仿真测试信号的Verilog HDL行为描述建模 9.2.2 Verilog HDL建模在TopDown设计中的作用和行为建模的可综合性问题　　9.3 用户定义的原语　　小结　　思考题　第10章 如何编写和验证简单的纯组合逻辑模块　　概述　　10.1 加法器　　10.2 乘法器　　10.3 比较器　　10.4 多路器　　10.5 总线和总线操作　　10.6 流水线　　小结　　思考题　第11章 复杂数字系统的构成　　概述　　11.1 运算部件和数据流动的控制逻辑 11.1.1 数字逻辑电路的种类 11.1.2 数字逻辑电路的构成　　11.2 数据在寄存器中的暂时保存　　11.3 数据流动的控制　　11.4 在Verilog HDL设计中启用同步时序逻辑　　11.5 数据接口的同步方法　　小结　　思考题　第12章 同步状态机的原理、结构和设计　　概述　　12.1 状态机的结构　　12.2 Mealy状态机和Moore状态机的不同点　　12.3 如何用Verilog来描述可综合的状态机 12.3.1 用可综合Verilog模块设计状态机的典型办法 12.3.2 用可综合的Verilog模块设计、用独热码表示状态的状态机 12.3.3 用可综合的Verilog模块设计、由输出指定的码表示状态的状态机 12.3.4 用可综合的Verilog模块设计复杂的多输出状态机时常用的方法　　小结　　思考题　第13章 设计可综合的状态机的指导原则　　概述　　13.1 用Verilog HDL语言设计可综合的状态机的指导原则　　13.2 典型的状态机实例　　13.3 综合的一般原则　　13.4 语言指导原则　　13.5 可综合风格的Verilog HDL模块实例 13.5.1 组合逻辑电路设计实例 13.5.2 时序逻辑电路设计实例　　13.6 状态机的置位与复位 13.6.1 状态机的异步置位与复位 13.6.2 状态机的同步置位与复位 小结 思考题 第14章 深入理解阻塞和非阻塞赋值的不同　　概述 14.1 阻塞和非阻塞赋值的异同 14.1.1 阻塞赋值 14.1.2 非阻塞赋值　　14.2 Verilog模块编程要点　　14.3 Verilog的层次化事件队列　　14.4 自触发always块　　14.5 移位寄存器模型　　14.6 阻塞赋值及一些简单的例子　　14.7 时序反馈移位寄存器建模　　14.8 组合逻辑建模时应使用阻塞赋值　　14.9 时序和组合的混合逻辑——使用非阻塞赋值　　14.10 其他阻塞和非阻塞混合使用的原则　　14.11 对同一变量进行多次赋值　　14.12 常见的对于非阻塞赋值的误解　　小结　　思考题　第15章 较复杂时序逻辑电路设计实践　　概述　　小结　　思考题　第16章 复杂时序逻辑电路设计实践　　概述 16.1 二线制I2C CMOS串行EEPROM的简单介绍 16.2 I2C总线特征介绍 16.3 二线制I2C CMOS串行EEPROM的读写操作 16.4 EEPROM的Verilog HDL程序 总结　　思考题　第17章 简化的 RISC_CPU设计　　概述 17.1 课题的来由和设计环境介绍 17.2 什么是CPU 17.3 RISC_CPU结构 　17.3.1 时钟发生器　 17.3.2 指令寄存器 17.3.3 累加器 17.3.4 算术运算器 17.3.5 数据控制器 17.3.6 地址多路器 17.3.7 程序计数器 17.3.8 状态控制器 17.3.9 外围模块　　17.4 RISC_CPU 操作和时序 17.4.1 系统的复位和启动操作 17.4.2 总线读操作 17.4.3 总线写操作 17.5 RISC_CPU寻址方式和指令系统 17.6 RISC_CPU模块的调试 17.6.1 RISC_CPU模块的前仿真 17.6.2 RISC_CPU模块的综合 17.6.3 RISC_CPU模块的优化和布局布线　　小结　　思考题　第18章 虚拟器件/接口、IP和基于平台的设计方法及其在大型数字系统设计中的作用　　概述　　18.1 软核和硬核、宏单元、虚拟器件、设计和验证IP以及基于平台的设计方法　　18.2 设计和验证IP供应商　　18.3 虚拟模块的设计　　18.4 虚拟接口模块的实例　　小结　　思考题第三部分 设计示范与实验练习　概述　练习一 简单的组合逻辑设计　练习二 简单分频时序逻辑电路的设计　练习三 利用条件语句实现计数分频时序电路　练习四 阻塞赋值与非阻塞赋值的区别　练习五 用always块实现较复杂的组合逻辑电路　练习六 在Verilog HDL中使用函数　练习七 在Verilog HDL中使用任务（task）　练习八 利用有限状态机进行时序逻辑的设计　练习九 利用状态机实现比较复杂的接口设计　练习十 通过模块实例调用实现大型系统的设计　练习十一 简单卷积器的设计　　附录一 A/D转换器的Verilog HDL模型机所需要的技术参数　　附录二 2K*8位 异步 CMOS 静态RAM HM65162模型　练习十二 利用SRAM设计一个FIFO第四部分 语法篇　语法篇1 关于Verilog HDL的说明　　一、 关于 IEEE 1364标准　　二、 Verilog简介　　三、 语法总结　　四、 编写Verilog HDL源代码的标准　　五、 设计流程　语法篇2 Verilog硬件描述语言参考手册　　一、 Verilog HDL语句与常用标志符（按字母顺序排列）　　二、 系统任务和函数（System task and function）　　三、 常用系统任务和函数的详细使用说明　　四、 Command Line Options 命令行的可选项　　五、 IEEE Verilog 13642001标准简介参考文献

本书讲述了自20世纪90年代开始在美国和其他先进的工业化国家逐步推广的利用硬件描述语言（Verilog HDL）建模、仿真和综合的设计复杂数字逻辑电路与系统的方法和技术。书中内容从算法和计算的基本概念出发，讲述如何由硬线逻辑电路来实现复杂数字逻辑系统的方法。全书共分4部分。第一部分共8章，即Verilog数字设计基础篇，可作为本科生的入门教材。第二部分共10章，即设计和验证篇，可作为本科高年级学生或研究生学习数字系统设计的参考书。第三部分为实践篇，共提供12个上机练习和实验范例。第四部分是语法篇，即Verilog 硬件描述语言参考手册；IEEE Verilog13642001标准简介，以反映Verilog语法的最新变化，可供读者学习、查询之用。 本书的教学方式以每2学时讲授一章为宜，每次课后需要花10 h复习思考。完成10章学习后，就可以开始做上机练习，由简单到复杂，由典型到一般，循序渐进地学习Verilog HDL基础知识。按照书上的步骤，可以使大学电子类及计算机工程类本科及研究生，以及相关领域的设计工程人员在半年内掌握Verilog HDL设计技术。 本书可作为电子工程类、自动控制类、计算机类的大学本科高年级及研究生教学用书，亦可供其他工程人员自学与参考。