前言

随着科学技术的飞速发展，系统向着高速度、低功耗、低电压和网络化、移动化方向发展，各个领域对电路的要求越来越高，传统单一功能的集成电路很难满足发展的需求，而可编程逻辑器件（CPLD/FPGA）可以方便地通过对逻辑结构的修改和配置，完成对系统和设备的升级。

FPGA（Field Programmable Gate Array）即现场可编程门阵列，是在 PAL, GAL, EPLD, CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是ASIC领域中的一种半定制电路，这种电路既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路有限的缺点。FPGA 的主要设计和生产厂家有Xilinx, Altera, Lattice, Actel, Atmel和QuickLogic等公司，其中规模最大的是Xilinx, Altera, Lattice三家公司。

Xilinx 公司是 FPGA 器件的发明者，目前已成为全球最大的可编程逻辑器件制造商，特别是在通信领域，Xilinx 不仅是一个提供通信器件的供货商，同时还是通信标准制定的参与者，以及系统集成和系统解决方案的策划者。许多高等学校、研究院所、企业公司都采用Xilinx的方案与芯片进行研究与开发。

本教程依托的实验与设计平台由Xilinx公司设计的XUP Virtex-Ⅱ Pro开发系统所构成，在利用该系统进行FPGA的学习和实践过程中，首先需要整体了解FPGA的基本工作原理，然后需要学习Verilog语言，另外最好还需要有微处理器以及嵌入式微处理器的相关知识，这样才能更好地理解本教程所述内容，也才能更好地利用FPGA来完成所要面对的工作。

第1章对FPGA的原理和技术进行了概要的描述；第2章给出了从事FPGA研究和设计所需要具备的一些基础知识；第3章介绍了合众达公司提供的SEED-XDTK XUPV2Pro系统平台的结构以及模块的原理和特性；第4章介绍了ISE 9.1，EDK 9.1，ChipScope Pro 9.1，KCPSM3等仿真与设计工具的安装与使用说明；第5章通过一系列的实验，描述了ISE工具软件在FPGA的项目设计的作用和基本操作步骤；第6章通过一系列的实验，描述了ChipScope Pro工具软件的应用方法；第7章通过描述SOPC基础实验，使学习者能够打下开展SOPC设计的基础；第8章通过实验介绍了如何使用FPGA来实现一些常见的数字电路的功能；第9章给出了一些比较典型的设计实例。

本书具有的主要特色是：结合Xilinx公司V2的FPGA芯片，通过一系列的实验环节，介绍了 FPGA芯片及开发平台的结构、工作原理、主要技术和应用设计与实现的流程。本书注重动手能力的培养，重视具体设计与实现，书中的所有过程都体现了由基础理论到应用设计的描述，从而引导学习者由浅入深地实现从数字电路基本功能的设计到微处理器控制下的应用设计。特别是本教程通过大量的简单设计实例，将FPGA与微处理器的嵌入式设计引入到了学习过程中，强化了学习者对片上系统的理解和应用。

本书可作为电子信息类本科生和硕士研究生学习FPGA应用技术的教材，也可供从事电子电路系统设计的工程技术人员学习参考。希望通过本教程的学习能够让学习者较快地了解和掌握FPGA的基本知识和应用技术，以及FPGA的设计思想和设计方法。本书的建议授课学时数为54～72学时。为方便教学，本书为任课教师提供免费电子教学课件，可登录华信教育资源网（http://www.huaxin.edu.cn）注册下载或发送电子邮件至duandh@phei.com.cn索取，欢迎任课教师及时反馈授课心得和建议。

本书承华中科技大学杨晓非教授和武汉理工大学吴友宇教授审阅，他们对本书的编写提出了不少宝贵意见和有益的建议，在此表示诚挚的感谢。

限于编者的水平和经验，书中难免存在错误和不妥之处，敬请广大读者批评指正。

编著者

2009年3月