前 言 现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)的出现是超大规模集成电路(VLSI)技术和计算机辅助设计(CAD)技术飞速发展的结果。FPGA器件集成度高、体积小，具有用户可编程实现专门应用的功能。它允许电路设计者利用基于计算机的开发平台，经过设计输入、仿真、测试和验证，实现预期结果。使用FPGA器件可以将原来的电路级产品集成为芯片级产品，达到降低功耗，提高可靠性的目的，同时还可以很方便地对设计进行在线现场修改。FPGA器件已成为研制、开发数字系统的理想器件，尤其适合于产品样机开发和小批量生产。因此，FPGA有时被人们称作可编程的ASIC。 近年来，FPGA市场发展十分迅速，各大FPGA厂商不断采用新技术来提高FPGA器件的容量，增强开发软件的性能。如今，FPGA器件广泛应用于通信、自动控制、信息处理等诸多领域，越来越多的电子设计人员在使用FPGA，熟练掌握FPGA设计技术是对电子设计工程师的基本要求。 本书作者在20世纪90年代初参加了西安电子科技大学组织的国内为数不多的集成电路培训班，较早接触了FPGA技术，并将其应用于科研和工程实践，深切感受到掌握FPGA技术给数字系统设计带来的“事半功倍”的效果。与此同时，作者深深感受到FPGA设计技术是一项实践性非常强的专业技术，需要一定的技术和经验的积累，这也是许多希望了解和掌握FPGA设计技术的工程技术人员需要解决的难题。为了使更多的人能尽快掌握FPGA设计技术，并能应用于工程实际，作者在阅读和参考大量中英文资料的基础上，结合科研和工程实践经验，编写了本书。 本书系统地介绍了有关FPGA的基本知识以及FPGA的设计方法和相关技巧，并由浅入深地给出了设计实例。本书共分为8章：第1章介绍了FPGA的发展历程，分析了FPGA的基本原理、设计方法和设计流程；第2章重点介绍了FPGA设计中采用的两种主要的HDL语言；第3章给出了一些简单电路的HDL语言设计实例；第4章主要就FPGA设计中最为核心的概念“同步”展开讲述，引导读者关注FPGA设计时需要注意的一些基本问题，如时钟、逻辑竞争和冒险、信号的时延等问题；第5章给出了一些较为复杂的FPGA设计实例；第6章介绍了FPGA应用过程中的配置与编程；第7章给出一个复杂的密码算法3DES的FPGA实现实例，并讨论了其在3DES-PCI安全卡中的应用方式；第8章就FPGA日新月异的发展，对FPGA的发展趋势进行了介绍与分析。 FPGA技术发展很快，新技术、新方法、新器件层出不穷。本书编写时虽加入了目前最新的资料，但是读者在阅读本书时，可能已出现了更新的方法和器件。所以本书主要是向大家提供有关FPGA设计与应用方面较为基础和核心的内容，读者可以从EDA厂商的网站上获取更新的FPGA器件资料，也可以从销售商或可编程逻辑器件的相关网站获取有关信息和择术支持。 在本书编写过程中，得到了夏阳、于德泉、那兴波、童晓峰、陈俊杰、张华军等同志的大力支持，是他们完成了书中大量实例的编程输入、仿真、验证和文字录入校对工作，在此表示衷心的感谢。本书还参考了一些专家和学者的研究成果，在此表示感谢。尤其要感谢张宁高级工程师对作者及其所在单位的一贯支持，同时为本书的出版也给予了极大的关注和帮助。 本书的电子课件素材可通过http://www.tupwk.com.cn/downpage/下载。 由于作者水平有限，书中难免有不妥甚至错误之处，恳请读者批评指正。 作者 2006年4月于北京