前言

最近几年，国内人工智能的发展非常迅速。提到人工智能，首先让人们想到的是算法和软件编程，这方面的书籍很多。但随着人工智能实用化进程加快，集成电路规模越来越大，性能越来越高，人工智能领域硬件设计也急需提高和加强。

伴随着人工智能的发展对硬件工程师需求的增加，需要更多的学生和电子爱好者参与到硬件电路的设计中来。数字硬件电路的设计主要分为两类：一类是基于VHDL和Verilog的电子设计自动化发展而来；另一类是从电子系统级（ESL）的电子设计自动化发展而来。数字系统的设计也主要分为两类，一类是上面讲的数字硬件电路设计；另一类是基于MCU的嵌入式系统设计。

当今，人工智能的设计需要硬件工程师掌握所有数字系统设计方法，并且能够熟练应用这些数字系统设计方法。鉴于此，本书囊括了数字集成电路前端设计的基础知识，还对人工智能相关的应用实例进行详细讲解，是人工智能硬件电路前端设计从业者入门、基础、进阶的参考资料。

本书针对硬件设计中数字前端设计内容，着重介绍电子设计自动化及SoC设计开发过程中数字前端知识，包括VHDL技术、Verilog技术及HLS技术。同时将开发SoC中常用的模块作为应用实例详细讲解，具体分为下面几个部分。

VHDL技术部分详细介绍了VHDL语言的背景知识、基本语法结构和VHDL代码的编写方法。另外，该部分还加入了基础电路和简单系统的设计实例，以及设计共享的内容，以便进行代码的分割、共享和重用。这部分包括以下章节：

VHDL程序的结构（第1章）；

VHDL语言规则（第2章）；

VHDL主要描述语句（第3章）；

VHDL组合逻辑电路设计（第4章）；

VHDL时序逻辑电路设计（第5章）；

VHDL状态机设计（第6章）；

VHDL设计实例（第7章）。

Verilog技术部分详细介绍了与VHDL技术部分相对应的内容，以便读者对照学习。这部分包括以下章节：

Verilog程序结构（第8章）；

Verilog语言规则（第9章）；

Verilog主要描述语句（第10章）；

Verilog组合逻辑电路设计（第11章）；

Verilog时序逻辑电路设计（第12章）；

Verilog状态机设计（第13章）；

Verilog设计实例（第14章）。

本书在VHDL、Verilog基础内容外，还给出了一些应用实例，为读者深入研究SoC和人工智能的设计开发提供方向指引，具体示例如下：

HLS高层次综合（第15章）；

MIPS架构处理器设计（第16章）；

RISC-V架构处理器设计（第17章）；

基于FPGA C5Soc的MobileNetV1 SSD目标检测方案设计（第18章）。

本书附录详细介绍了Xilinx和Altera FPGA的软件环境，以及在远程服务器下的操作步骤。同时附上书中涉及的所有代码，方便读者进行复现和二次开发。

本书由廖永波编著。在编著过程中，得到了鞠家欣、田亮、徐璐、刘仰猛、徐丰和、路远等人的建议和帮助，在此表示衷心感谢。尽管作者和编辑对全书进行了认真的审校，由于水平有限，书中难免会有疏漏和不当之处，敬请读者指正。

本书配有相关在线课程和视频教学资源，购买本书的读者可以登录英特尔FPGA中国创新中心FPGA考试培训网站或扫描下方二维码进行观看。

作者

2021年12月