数字系统、FPGA 与体系结构¶

适合人群¶

希望理解从 RTL 到处理器和 SoC 的硬件学习者

最终验收¶

实现并验证一个流水线处理器或自定义加速器，并在 FPGA 或可复现仿真环境中运行软件。

阶段安排¶

逻辑到计算机¶

选课要求： 完成全部 1 门必修，并从 2 门选修候选中选择 1 门。

• Computation Structures — 必修; MIT; 主线; S
• Build a Modern Computer from First Principles: From Nand to Tetris, Part I — 选修候选; Hebrew University of Jerusalem; 替代; S
• Build a Modern Computer from First Principles: From Nand to Tetris, Part II — 选修候选; Hebrew University of Jerusalem; 替代; S

阶段退出条件： 从布尔逻辑实现带最小指令集的数据通路与控制器，并用参考解释器差分验证不少于 1000 条随机指令序列；最终波形中不得出现未解释的 X/Z 状态。

RTL 与板级实现¶

选课要求： 完成全部 1 门必修，并从 3 门选修候选中选择 1 门。

• Introductory Digital Systems Laboratory — 必修; MIT; 主线; A
• Digital Systems Laboratory — 选修候选; University of Illinois Urbana-Champaign; 替代; A
• Digital Design and Integrated Circuits — 选修候选; University of California, Berkeley; 替代; B
• Digital Systems Architecture — 选修候选; Stanford University; 补充; A

阶段退出条件： 将一个含跨时钟域接口的 RTL 模块部署到 FPGA，完成 lint、约束与静态时序检查；目标时钟下最差裕量非负，板上输出与仿真黄金向量逐项一致。

架构与 SoC¶

选课要求： 完成全部 2 门必修，并从 3 门选修候选中选择 1 门。

• Computer Architecture — 必修; Cornell University; 主线; A
• Computer System Architecture — 选修候选; MIT; 替代; A
• Great Ideas in Computer Architecture — 选修候选; University of California, Berkeley; 替代; A
• Advanced Microcontroller Design and System-on-Chip — 选修候选; Cornell University; 替代; A
• Secure Hardware Design — 必修; MIT; 主线; A

阶段退出条件： 实现流水线处理器或自定义加速器，运行至少 3 个基准并与软件参考结果零差异；报告吞吐量、面积和功耗代理值，并针对资产与信任边界完成一次威胁检查。

执行规则¶

• 按每个阶段的选课要求完成全部必修与指定数量的选修；若提供完整路径选项，只选择一条并按序完成其中全部课程；可选补充只用于填补明确缺口。
• 阶段内至少完成一个可复现产物，并把失败记录纳入复盘。
• 涉及市电、高压、射频辐射、激光、化学品或加工设备时，必须遵守本地法规并由合格人员监督。