从20世纪90年代开始，利用硬件描述语言和综合技术设计实现复杂数字系统的方法已经在集成电路设计领域得到普及。随着集成电路集成度的不断提高，传统硬件描述语言和设计方法的开发效率低下的问题越来越明显。近年来逐渐崭露头角的敏捷化设计方法将把集成电路设计带入一个新的阶段。与此同时，集成电路设计也需要一种适应敏捷化设计方法的新型硬件开发语言。本书从实用性和先进性出发，较全面地介绍新型硬件开发语言Chisel和数字系统敏捷化设计方法。全书分两篇。第一篇共10章，主要内容包括Chisel语言简介、Chisel的数据类型、Chisel的模块与硬件类型、Chisel常用的硬件原语、如何将Chisel代码转换生成Verilog HDL代码及基本测试方法、Chisel的黑盒、用Chisel实现多时钟域设计、Chisel的函数应用及其他议题等。第二篇共9章，介绍编写Chisel需要掌握的Scala语言编程基础知识。读者可以根据自身情况，跳过第二篇Scala基础部分，直接学习Chisel的硬件开发功能。本书提供配套的课后练习参考答案、仿真程序代码等。本书可作为集成电路科学与工程、电子信息类、计算机类等相关专业的高年级本科生及研究生的教学用书，也可供从事集成电路设计的工程人员和EDA专业人员学习、参考。

梁峰，西安交通大学微电子学院教授，博士生导师，从事高性能计算架构、高性能计算单元设计、高级设计方法学、数字信号处理算法及电路设计、智能软硬件系统开发、未来非冯诺依曼计算架构等研究，近年来主持国家、军队、省部级及企业合作项目十余项，与国内知名企业和研究所建立了广泛的合作关系，积累了一系列可工程化和产业化的科研成果，在各种学术期刊和国际会议上发表学术论文60多篇，指导本科生、研究生参加国家级竞赛获奖二十余项，累计培养了几十名研究生。

第一篇 敏捷硬件开发语言Chisel
第1章 新型敏捷硬件开发语言——Chisel和Scala 2
1.1 最好的宿主——什么是Scala 2
1.2 敏捷开发——什么是Chisel 2
1.3 Scala入门——让你的代码跑起来 4
1.3.1 Scala的安装方法 4
1.3.2 使用Scala解释器 4
1.3.3 运行Scala脚本 4
1.3.4 编译非脚本文件 5
1.3.5 使用IDEA开发Scala项目 5
1.3.6 总结 7
1.4 章节安排 7
1.5 参考文献 8
1.6 课后练习 8
第2章 Chisel入门及数据类型 9
2.1 Chisel开发环境的安装步骤 9
2.1.1 安装步骤 9
2.1.2 开发环境测试 10
2.1.3 小结 11
2.2 Chisel的常见问题 11
2.3 Chisel的变量与数据类型 12
2.3.1 数据字面量与数据类型 13
2.3.2 数据宽度 14
2.3.3 类型转换 14
2.3.4 向量 15
2.3.5 混合向量 16
2.3.6 包裹 16
2.3.7 Chisel的内建操作符 17
2.3.8 位宽推断 18
2.3.9 Chisel泛型 19
2.4 总结 19
2.5 课后练习 19
第3章 模块与硬件类型 20
3.1 Chisel是如何赋值的 20
3.2 端口（IO） 21
3.2.1 定义端口列表 21
3.2.2 翻转端口列表的方向 21
3.2.3 整体连接 22
3.2.4 动态修改端口 23
3.3 模块 24
3.3.1 模块分类 24
3.3.2 定义模块 26
3.3.3 例化模块 27
3.3.4 例化多个模块 28
3.4 线网 28
3.4.1 Wire 28
3.4.2 WireDefault 29
3.4.3 未驱动的线网 30
3.5 寄存器 31
3.5.1 Reg 31
3.5.2 RegNext 32
3.5.3 RegInit 32
3.5.4 RegEnable 33
3.5.5 ShiftRegister 34
3.5.6 寄存器实例 34
3.5.7 异步寄存器 39
3.6 寄存器组 41
3.7 用when给电路赋值 42
3.8 总结 44
3.9 参考文献 45
3.10 课后练习 46
第4章 Chisel常用的硬件原语 47
4.1 多路选择器 47
4.2 优先编码器 48
4.3 仲裁器 48
4.4 队列 51
4.5 ROM 54
4.6 RAM 55
4.7 带写掩码的RAM 57
4.8 从文件读取数据到RAM 58
4.9 计数器 62
4.10 线性反馈移位寄存器 66
4.11 状态机 70
4.12 总结 73
4.13 参考文献 73
4.14 课后练习 73
第5章 生成Verilog HDL代码与基本测试 74
5.1 生成Verilog HDL代码 74
5.1.1 execute 74
5.1.2 emitVerilog 76
5.2 增加参数的方法 77
5.2.1 Firrtl传递参数 77
5.2.2 给主函数传递参数 78
5.3 编写chisel-iotesters测试 79
5.4 运行chisel-iotesters测试 81
5.5 使用chiseltest进行测试 82
5.6 总结 85
5.7 课后练习 85
第6章 黑盒 86
6.1 例化黑盒 86
6.2 复制Verilog文件 88
6.3 内联Verilog文件 90
6.4 inout端口 91
6.5 总结 92
6.6 课后练习 92
第7章 多时钟域设计 94
7.1 没有隐式端口的模块 94
7.2 定义一个时钟域和复位域 95
7.2.1 withClockAndReset 95
7.2.2 withClock和withReset 96
7.2.3 复位信号的三种类型 103
7.3 使用时钟负沿和低有效的复位信号 103
7.4 示例：异步FIFO 105
7.5 总结 108
7.6 参考文献 108
7.7 课后练习 108
第8章 函数的应用 109
8.1 用函数抽象组合逻辑 109
8.2 用工厂方法简化模块的例化 110
8.3 用Scala的函数简化代码 113
8.4 Chisel的打印函数 114
8.4.1 Scala风格 114
8.4.2 C风格 116
8.5 使用打印函数实例 116
8.6 Chisel的对数函数 119
8.7 与硬件相关的函数 119
8.8 隐式类的应用 122
8.9 递归函数的应用 123
8.10 总结 125
8.11 参考文献 125
8.12 课后练习 125
第9章 其他议题 126
9.1 重命名模块名称 126
9.2 命名规则 127
9.3 重命名模块内信号名称 131
9.3.1 前缀 131
9.3.2 suggestName 132
9.3.3 forceName 133
9.4 参数化的Bundle 135
9.5 FixedPoint 137
9.6 assert 138
9.7 总结 140
9.8 参考文献 140
9.9 课后练习 140
第10章 riscv-mini 141
10.1 riscv-mini简介 141
10.2 数据通路 141
10.3 riscv-mini的子模块 142
10.3.1 ALU模块 142
10.3.2 BrCond模块 143
10.3.3 Cache模块 144
10.3.4 Control模块 145
10.3.5 CSR模块 146
10.3.6 ImmGen模块 147
10.3.7 Instructions模块 147
10.3.8 RegFile模块 148
10.3.9 Datapath模块 148
10.3.10 Core模块 149
10.4 riscv-mini参数化机制 149
10.4.1 Field[T]类 149
10.4.2 View类 150
10.4.3 Parameters类及其伴生对象 151
10.4.4 Config类 152
10.5 参数化机制的应用 152
10.6 总结 157
10.7 参考文献 157
10.8 课后练习 158
第二篇 Scala语言编程基础知识
第11章 Scala的变量及函数 160
11.1 变量定义与基本类型 160
11.1.1 定义一个变量 160
11.1.2 Scala的基本类型 161
11.1.3 小结 164
11.2 函数及其几种形式 164
11.2.1 定义一个函数 164
11.2.2 方法 166
11.2.3 嵌套函数 166
11.2.4 函数字面量 166
11.2.5 部分应用函数 167
11.2.6 闭包 168
11.2.7 函数的特殊调用形式 169
11.2.8 柯里化 170
11.2.9 传名参数 170
11.2.10 小结 172
11.3 参考文献 172
第12章 Scala面向对象编程 173
12.1 类和对象 173
12.1.1 类 173
12.1.2 类的构造方法 174
12.1.3 重写toString方法 175
12.1.4 方法重载 176
12.1.5 类参数 176
12.1.6 单例对象与伴生对象 176
12.1.7 工厂对象与工厂方法 178
12.1.8 apply方法 178
12.1.9 主函数 179
12.1.10 小结 180
12.2 操作符即方法 180
12.2.1 操作符在Scala中的解释 180
12.2.2 三种操作符 181
12.2.3 操作符的优先级和结合性 183
12.2.4 预设操作符 184
12.2.5 对象的相等性 184
12.2.6 小结 185
12.3 类继承 185
12.3.1 Scala的类继承 185
12.3.2 调用超类的构造方法 186
12.3.3 重写超类的成员 187
12.3.4 子类型多态与动态绑定 189
12.3.5 抽象类 189
12.3.6 关于多重继承 190
12.3.7 Scala类的层次结构 190
12.3.8 小结 192
12.4 特质 192
12.4.1 什么是特质 192
12.4.2 特质的层次 193
12.4.3 混入特质的简便方法 194
12.4.4 特质的线性化叠加计算 194
12.4.5 小结 197
12.5 参考文献 197
第13章 包和导入 198
13.1 包 198
13.2 包的层次和精确代码访问 198
13.3 import导入 201
13.4 自引用 201
13.5 访问修饰符 202
13.6 包对象 203
13.7 总结 203
13.8 参考文献 203
第14章 集合 204
14.1 数组 204
14.1.1 数组的定义 204
14.1.2 数组的索引与元素修改 204
14.2 列表 205
14.2.1 列表的定义 205
14.2.2 列表添加数据 205
14.2.3 列表子对象Nil 206
14.3 数组缓冲与列表缓冲 207
14.4 元组 208
14.4.1 元组的定义 208
14.4.2 元组的索引 208
14.4.3 元组作为函数的入口参数 209
14.4.4 元组的遍历 209
14.5 映射 209
14.5.1 映射的定义 209
14.5.2 映射的三种取值方式 210
14.5.3 映射遍历的四种方式 210
14.6 集 211
14.7 序列 211
14.8 集合的常用方法 211
14.8.1 map 211
14.8.2 foreach 211
14.8.3 zip 212
14.8.4 reduce 212
14.8.5 fold 212
14.8.6 scan 212
14.9 总结 212
第15章 内建控制结构 213
15.1 if表达式 213
15.2 while循环 214
15.3 for表达式与for循环 214
15.4 用try表达式处理异常 216
15.4.1 抛出一个异常 216
15.4.2 try-catch 217
15.4.3 finally 217
15.5 match表达式 217
15.6 关于continue和break 218
15.7 关于变量的作用域 219
15.8 总结 220
15.9 参考文献 220
第16章 模式匹配 221
16.1 样例类和对象 221
16.2 模式匹配 222
16.3 模式的种类 222
16.3.1 通配模式 222
16.3.2 常量模式 223
16.3.3 变量模式 223
16.3.4 构造方法模式 224
16.3.5 序列模式 225
16.3.6 元组模式 225
16.3.7 带类型的模式 226
16.3.8 变量绑定模式 226
16.4 模式守卫 226
16.5 密封类 227
16.6 可选值 228
16.7 模式匹配的另类用法 228
16.8 偏函数 229
16.9 总结 230
16.10 参考文献 230
第17章 类型参数化 231
17.1 var类型的字段 231
17.2 类型构造器 232
17.3 型变注解 233
17.4 检查型变注解 233
17.5 类型构造器的继承关系 235
17.6 上界和下界 235
17.7 方法的类型参数 236
17.8 对象私有数据 236
17.9 总结 238
第18章 抽象成员 239
18.1 抽象成员 239
18.2 初始化抽象val字段 240
18.2.1 预初始化字段 241
18.2.2 惰性的val字段 242
18.3 抽象类型 243
18.4 细化类型 244
18.5 Scala的枚举 245
18.6 总结 246
18.7 参考文献 246
第19章 隐式转换与隐式参数 247
19.1 隐式定义的规则 247
19.2 隐式地转换到期望类型 248
19.3 隐式地转换接收端 248
19.4 隐式类 249
19.5 隐式参数 250
19.6 含有隐式参数的主构造方法 251
19.7 上下文界定 252
19.8 多个匹配的隐式定义 253
19.9 总结 255
19.10 参考文献 255