前言
近年来，随着信息技术的飞速发展，算法实现对算力的要求越来越高。例如，高速实时信号处理和人工智能等应用领域都需要高算力平台的支持，而现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）在提供高算力支持方面扮演了十分重要的角色。同时，FPGA也是衡量一个国家集成电路发展水平的重要标志。因此，FPGA越来越受到工业界和教育界的高度重视。目前，国内很多高校的电子信息类专业都开设了基于FPGA的理论和实践教学课程，如“EDA原理及应用”“复杂数字系统设计”“片上系统设计”等。

长久以来，国内FPGA相关课程的教学主要依赖于美国Xilinx公司（已被AMD公司收购）和美国Altera公司（已被Intel公司收购）的FPGA及配套的软件开发工具。随着国际形势的发展变化，这种长期依赖国外厂商软硬件平台进行教学的惯例被打破，甚至波及国内一些高校相关专业的人才培养，因此使用国产FPGA及配套软件进行相关课程教学的呼声日益高涨。作为国产FPGA的优秀代表——广东高云半导体科技股份有限公司（下面简称高云半导体），其FPGA产品线包括55nm工艺的小蜜蜂家族（GW1N）、55nm工艺的晨熙家族（GW2A）及22nm的Arora V。这些器件具有低功耗、高可靠性和高安全性等特点，广泛应用于汽车、工业控制、电力、通信、医疗、数据中心等领域。除FPGA器件外，高云半导体还提供了成熟的EDA软件和设计工具，以帮助FPGA用户更轻松地进行设计和开发。高云半导体的解决方案广泛应用于图像处理、工业自动化、汽车电子和消费电子等，致力于为全球用户创造价值和优势。

与传统采用国外FPGA及配套软件工具进行教学相比，采用国产FPGA及配套软件工具进行教学的最大优势在于，在保证相同教学质量的前提下显著降低了授课的软件和硬件成本，并进一步降低了学习FPGA的入门门槛，这将进一步惠及国内更多高校的教师和学生，以满足产业界对更多高素质FPGA人才的需求。此外，采用国产FPGA平台进行教学的另一个特色就是将思政教育与专业课程进行系统化融合，使得学生在学习过程中能更加全面、客观地认识我们国家在信息技术，尤其是在集成电路设计方面取得的成就，进一步激发学生的学习动力，为进一步提升我们国家信息技术的整体水平贡献他们的聪明才智。通过在相关课程中引入国产FPGA硬件和软件平台，将更加有效地建立国产FPGA的教育生态资源，加速国产FPGA平台在国内高校和工业界的普及和推广。

近年来，作者在给学生讲授“EDA原理及应用”课程时，将数字逻辑和数字电路的基础理论与基于FPGA的复杂数字系统设计进行了系统化深度融合，以“晶体管—门电路—数字逻辑理论—组合逻辑和时序逻辑电路—可编程逻辑器件结构—硬件描述语言和复杂数字系统设计”为主线，本着由具体到抽象、由简单到复杂的原则，将大量的实践案例引入课程教学中，充分发挥不同电子设计自动化（Electronics Design Automation，EDA）工具在课程教学中的重要作用，以更加直观的形式来呈现抽象的知识点，使学生既能知其然也能知其所以然，这也是课程的最终目标。

为了方便教师的教学和学生的自学，随书按章节提供了微课视频、教学课件和所有设计实例的源文件。本书可以作为大学本科信息类专业数字电子线路、数字逻辑和复杂数字系统设计相关课程的教学用书，也可以作为从事相关课程教学和科研工作者的参考书。


配套资源

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在本书的编写过程中，与高云半导体和武汉易思达科技有限公司进行了卓有成效的产学合作，它们在技术、软件和硬件开发平台等方面提供了大力的支持和帮助，并派出资深工程师解答作者在开发课程和编写教材时所遇到的问题，在此向这两家公司表示衷心的感谢。期待这样深度的产学合作能为国内高等学校培养高素质的FPGA人才贡献作者的一份力量。与清华大学出版社合作多年，在本书出版的过程中，再次得到清华大学出版社各位编辑和领导的帮助和指导，在此也表示衷心的感谢。

由于编者水平有限，编写时间仓促，书中难免有疏漏之处，敬请读者批评指正。


何宾2024年1月