E1 硬件描述语言

你已经学习了数字电路的基础知识, 并已经在Logisim中设计了简单的处理器. 但你应该也多少能体会到, Logisim并不适合设计更复杂的电路. 事实上, 现代处理器都是通过硬件描述语言(HDL)来设计的. 接下来, 你将来学习如何通过HDL来设计数字电路.

需要说明的是, 虽然Logisim并不适合设计复杂的电路, 但Logisim的使用经验应该已经帮助你建立了"电路思维": 数字电路设计只做两件事, “实例化”和"连线". 你接下来使用HDL来设计数字电路时, 头脑中也需要将HDL代码和Logisim的使用经验建立关联: 你只不过是换了一种方式来设计电路, 但本质上还是在进行"实例化"和"连线"的工作, 因此你应该能根据你编写的代码想象到电路的逻辑结构. 如果你发现自己无法想象, 那你很大概率会设计出质量较低的电路(频率低, 面积大, 功耗高), 甚至是功能不符合预期的电路.

通过线上网站学习Verilog语言

我们给大家推荐Verilog在线学习网站HDLBits在新窗口中打开, 它提供了丰富的习题, 并通过在线仿真判断你的代码是否正确.

如果你对自己的Verilog水平很有自信, 可以尝试完成以下习题:

Sequential Logic
- Finite State Machines
  - Lemmings 1
  - Lemmings 2
  - Lemmings 3
  - Lemmings 4
  - PS/2 packet parser
  - PS/2 packet parser and datapath
  - Serial receiver
  - Serial receiver and datapath
  - Serial receiver with parity checking

如果你发现上述习题非常困难, 我们建议你从基础习题开始做起. 具体地, 你需要完成以下章节对应的习题:

Getting Started - 建议完成, 以熟悉完成习题的流程
Verilog Language - 建议不熟悉Verilog的同学完成
Combinational Logic
- Basic Gates
  - More logic gates
  - Truth tables
  - Simple circuit A
  - Simple circuit B
  - Thermostat
  - 3-bit population count
  - Even longer vectors
- Multiplexers
  - 2-to-1 multiplexer
  - 9-to-1 multiplexer
  - 256-to-1 4-bits multiplexer
- Arithmetic Circuits
  - Signed addition overflow
  - 100-bits binary adder
Sequential Logic
- Latches and Flip-Flops
  - D flip-flip
  - DFF with reset value
  - DFF with asynchronous reset
  - DFF with byte enable
  - Mux and DFF
  - Create circuit from truth table
  - Detect an edge
  - Detect both edges
  - Edge capture register
  - Dual-edge triggered flip-flop
- Counters
  - Decade counter again
  - Slow decade counter
  - Counter 1000
  - 12-hour clock
- Shift Registers
  - Left/right rotator
  - Left/right arithmetic shift by 1 or 8
  - 5-bits LFSR
  - Shift register
  - 3-input LUT
- More Circuits - 全部完成
- Finite State Machines - 全部完成

Verilog和电路图之间的关联

尝试在Logisim中生成对应电路的Verilog代码, 然后阅读这些代码, 理解Verilog代码如何对应到相应的Logisim电路.

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