7天搞定FPGARobei与Xilinx实战

本书采用Xilinx*新的设计工具Vivado和FPGA，以及自主研发的Robei可视化芯片设计软件，重点讲述集成电路可视化的框图设计模式。

不同于传统说教方式，强调实践中学习和动手能力。读者可以是零基础的初学者，也可以是学过C语言又想学习硬件设计的学生、工程师。

中国的集成电路产业的落后不仅体现在制作工艺上，也体现在设计工具上。本书采用了Xilinx*新的设计工具Vivado和带ARM Cortex-A9硬核的第七代FPGA，以简单易用的Robei可视化芯片设计软件为基础，重点讲述集成电路可视化的框图设计模式，并循序渐进，逐步引导读者从零开始掌握Verilog语言和集成电路设计方式。Robei软件是小巧而灵活的芯片设计仿真工具，对系统要求不高，设计响应快，具有很多开放设计模型。
本书结构一改传统说教方式，主张实践中学习，强调动手能力，为读者划分了七天的学习内容，每一天的内容都非常充实，只有在实战中摸爬滚打，才能领悟更深。

吴国盛，2006年获得电子科技大学自动化专业学士学位，2010年获得美国丹佛大学（University of Denver）计算机工程硕士学位，并加入美国Wolfram Research Inc. 公司参与Mathematica软件图像自动测试平台的开发。2012年在美国拉斯维加斯市创建了Robei LLC，并将Robei芯片设计软件投放市场。同年加入美国硅谷圣何塞市的Xilinx Inc.，参与Vivado中System Generator的研发与设计。2013年底回国创办青岛若贝电子有限公司，专注于芯片设计工具和芯片的研发。

第一天 认识工具，掌握基础 1
1．1 为什么要选择Robei 1
1．1．1 背景介绍 1
1．1．2 EDA的发展史 2
1．1．3 Robei的优势 5
1．2 安装与注册 7
1．2．1 安装 7
1．2．2 注册 11
1．3 如何使用Robei 12
1．3．1 菜单和工具条 13
1．3．2 工具箱 13
1．3．3 属性栏 14
1．3．4 工作空间 14
1．3．5 输出 15
1．4 Robei三元素 15
1．4．1 模块 15
1．4．2 引脚 17
1．4．3 连接线 18
1．5 Verilog基础 19
1．5．1 数据 19
1．5．2 运算符 20
1．5．3 结构声明 20
1．5．4 代码撰写 22
1．5．5 一个模块的总结 25
第二天 实例入手，体验Robei 27
2．1 实例一 逻辑门设计 27
2．1．1 实例简介 27
2．1．2 设计流程 28
2．1．3 问题与思考 32
2．1．4 常见问题 33
2．2 实例二 计数器 33
2．2．1 实例简介 33
2．2．2 设计流程 34
2．2．3 问题与思考 38
2．3 实例三 编译码器 38
2．3．1 实例简介 38
2．3．2 设计流程 38
2．3．3 问题与思考 43
2．4 实例四 ALU设计 43
2．4．1 实例简介 43
2．4．2 设计流程 43
2．4．3 问题与思考 54
第三天 动手实战，板上点灯 55
3．1 实例五 ROBEI和VIVADO的联合设计――流水灯设计 55
3．1．1 实例简介 55
3．1．2 Robei设计内容 56
3．1．3 Vivado设计内容 60
3．1．4 总结 71
3．2 实例六 自动售饮料机 71
3．2．1 实例简介 71
3．2．2 设计流程 72
3．2．3 板级验证 76
3．2．4 问题与思考 83
第四天 复杂运算，板级体验 84
4．1 实例七 8位移位寄存器的设计 84
4．1．1 实例简介 84
4．1．2 设计流程 84
4．1．3 板级验证 88
4．1．4 问题与思考 96
4．2 实例八 带符号位小数的加法设计 96
4．2．1 实例介绍 96
4．2．2 设计流程 97
4．2．3 板级验证 101
4．2．4 问题与思考 109
4．3 实例九 除法器设计 109
4．3．1 实例简介 109
4．3．2 设计流程 110
4．3．3 板级验证 116
4．3．4 问题与思考 123
第五天 认识协议，操作接口 124
5．1 实例十 FIFO 124
5．1．1 实例简介 124
5．1．2 设计流程 126
5．1．3 板级验证 131
5．1．4 问题与思考 139
5．2 实例十一 SPI总线接口的VERILOG的实现 139
5．2．1 实例简介 139
5．2．2 设计流程 140
5．2．3 SPI接口协议的板级验证 145
5．2．4 问题与思考 149
第六天 串口通信，系统设计 150
6．1 实例十二 UART的发送与接收模块设计 150
6．1．1 实例简介 150
6．1．2 设计流程 151
6．1．3 问题与思考 159
6．2 实例十三 NATALIUS 8位RISC处理器 159
6．2．1 实例简介 159
6．2．2 设计流程 164
6．2．3 问题与挑战 183
第七天 总结反思，项目挑战 184
参考文献 185

前 言

集成电路设计软件目前在世界上只有几家公司在做，主要分布在欧美国家，国内的集成电路设计软件知识产权意识仍较薄弱。“工欲善其事，必先利其器”，中国要想大力发展集成电路产业，首先要有自主知识产权的集成电路设计工具。

Robei是一款拥有自主知识产权的集成电路设计工具，不仅具备传统设计工具的代码编写、编译、仿真功能，更增加了可视化和模块化设计理念，具有模块设计透明化、方便模块重新利用、加快设计进度的特点。

传统的集成电路设计工具庞大、复杂、难用，很不容易入门。初学者一般会经历感兴趣→迷茫→头疼→失去兴趣→悟道→加深兴趣→痴迷的过程，其中很大一批人在中间过程中就放弃了。本书可以让初学者平稳而快速地过渡到悟道阶段，并提出“7天搞定FPGA”的方案，为初学者扫平了学习集成电路的荆棘，将泥泞的土路打造成了高铁，为更多人在集成电路学习的道路上保驾护航。

目前的部分专业书籍，知识体系较固化，让初学者摸不清头脑。本书采用了初学者教初学者的方式，通过初学者在学习过程中的整理，把学习心得编写成案例。案例丰富、讲解精练，更加贴合读者的需求。

参与本书编写和校对工作的主要有吴国盛、郑显通、杨立国、王帅、程浩武、许美、杨玮嘉。由于编写时间仓促，编者水平有限，书中难免出现纰漏和错误，敬请批评指正。

在本书付梓之际，感谢美国5C Group创始人Paul Yih博士，中国科学院微电子研究所于芳教授，江西科技师范大学通信与电子学院詹华群教授在若贝的发展过程中给予的大力支持和帮助。谨向为本书付出辛勤劳动的青岛若贝电子有限公司的相关人员，致以诚挚的谢意！

编著者