VHDL设计表示和综合 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:机械工业出版社

作者:(美)James R.Armstrong

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页数:0

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价格:69.00元

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isbn号码:9787111116769

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• EDA
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• 数字电路设计
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• 电子工程

现代集成电路设计与验证技术概览 本书旨在为读者提供一个全面而深入的现代集成电路（IC）设计与验证流程的概览，侧重于系统级概念、设计方法学以及当前工业界广泛采用的前沿工具与技术。内容聚焦于如何将一个抽象的功能需求转化为可制造的高性能、低功耗芯片，并确保其在物理实现阶段满足所有设计规格。 第一部分：集成电路设计方法学与流程基础 本部分首先奠定了理解现代数字与混合信号IC设计的基础。我们将深入探讨设计流程的演变，从早期的手工布局布线到当前高度自动化的“电子设计自动化”（EDA）流程。 1. 系统级抽象与架构定义： 强调在RTL（寄存器传输级）编码之前进行系统级建模的重要性。内容包括使用高级语言（如SystemC或Python）进行行为级仿真，以快速探索设计空间、评估算法效率以及确定关键性能指标（如吞吐量、延迟和功耗预算）。我们将详细解析高层次综合（HLS）的概念，探讨如何将C/C++/OpenCL代码自动映射到硬件结构，从而极大地加速设计迭代。 2. 硬件描述语言（HDL）的应用与最佳实践： 虽然本书不侧重于单一硬件描述语言的语法细节，但会深入分析如何使用现代HDL（如SystemVerilog）进行结构化、可综合的设计。内容涵盖了描述复杂控制逻辑、数据通路、时序单元的有效方法，并重点讨论如何编写可被综合工具正确解释的代码，避免“不可综合”的结构。 3. 设计约束的制定与管理： 性能、面积和功耗（PPA）是设计的核心驱动力。本章详细阐述了如何定义精确的设计约束（Constraints），特别是时序约束（SDC格式）和物理约束。我们将分析建立时间、保持时间、输入/输出延迟（I/O Delay）的精确计算方法，并介绍如何处理跨时钟域（CDC）的同步问题。 第二部分：逻辑综合与优化 逻辑综合是连接行为级描述与门级网表之间的关键桥梁。本部分详述了如何将RTL代码转化为目标工艺库中的标准单元实例，并进行优化。 4. 综合流程的原理与实现： 深入探讨综合工具的工作原理，包括布尔简化、逻辑重组和技术映射。内容将区分功能综合与逻辑优化的不同阶段。重点讨论如何根据目标工艺技术节点（如FinFET技术）的特性来指导综合过程，以实现最佳的面积与功耗平衡。 5. 静态时序分析（STA）的深度解析： STA是现代数字设计验证的基石。本章将超越简单的建立/保持检查，深入讲解异常路径分析（Exception Path Analysis），如多周期路径、伪路径的处理，以及如何处理工艺角（Process Corners）带来的时序裕度变化。读者将学习如何利用STA报告来识别和修复设计中的关键时序违例。 6. 低功耗设计（LPD）的综合实现： 在现代SoC中，功耗管理至关重要。本章探讨在综合阶段嵌入低功耗技术的策略，包括时钟门控（Clock Gating）的自动化插入与验证、电源域划分，以及使用多电压域（Multi-Voltage Domain）设计时的电平转换器（Level Shifter）的正确实例化。 第三部分：物理实现与签核（Sign-off） 物理实现是将逻辑网表转化为最终GDSII版图文件的过程，涉及到物理布局、布线和最终的质量保证。 7. 布局规划与时钟树综合（CTS）： 早期布局规划（Floorplanning）决定了最终芯片的物理可行性。我们将详细介绍如何规划I/O、IP核、电源网络以及重要功能块的布局。随后，重点分析时钟树综合（CTS）在确保全局时钟信号低偏斜（Skew）和低峰值电流方面的关键作用，以及如何调整CTS策略以适应更小的工艺节点。 8. 详细布线、后仿真与寄生参数提取： 描述了从逻辑门到实际金属层连接的复杂布线过程。本章将分析串扰（Crosstalk）、金属迁移（Electromigration）等物理效应如何影响设计性能。介绍如何进行寄生参数提取（SPEF），并利用这些精确的物理信息对设计进行后仿真，以确保设计在真实物理条件下仍满足时序要求。 9. 设计签核（Sign-off）流程： 签核是流片前的最后一道防线。本部分详细阐述了关键的签核验证步骤： 寄生参数相关的时序验证（Post-Layout STA）： 验证布线引入的延迟。 形式验证（Formal Verification）： 利用Equivalence Checking确保逻辑功能在综合和布局后没有改变。 物理验证（Physical Verification）： 包括DRC（设计规则检查）和LVS（版图与原理图一致性检查），确保设计符合晶圆厂的制造要求。 功耗签核： 评估静态和动态功耗，确保热点在可接受范围内。 第四部分：现代设计挑战与趋势 最后，本书将目光投向当前先进工艺节点（如7nm及以下）带来的新挑战和应对策略。 10. 先进工艺节点的特殊考量： 探讨亚阈值泄漏、工艺变异性（PVT Corners）对设计的影响。介绍设计时序裕度（Timing Margin）的精细管理，以及如何应用电压/频率调节（DVFS）技术进行动态功耗管理。 11. 嵌入式内存和IP集成： 现代SoC中大量使用SRAM、ROM等嵌入式存储器。本章分析如何正确地实例化和验证这些IP模块，特别是在处理异步时钟域和电源门控时，如何避免数据丢失或竞争条件。 本书的撰写风格力求严谨、技术驱动，面向那些希望深入理解现代IC设计全流程，而不仅仅停留在RTL编码层面的工程师和高级学生。每部分内容均以实际工业应用和验证需求为导向，强调可制造性设计（DFM）和设计收敛（Design Closure）的核心理念。

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这本书的语言风格虽然严谨，但结构上显得有些松散，缺乏一个贯穿始终的、紧密联系的工程案例来串联起各个知识点。对于学习VHDL而言，理解语法固然重要，但真正让人醍醐灌顶的是看到那些复杂的时序逻辑——比如流水线阶段的划分、循环展开的技巧，或者状态机的安全设计——是如何在真实的硬件约束下被一步步实现和验证的。我期待书中能有一个贯穿始终的大型项目，比如一个简单的RISC-V核的微架构实现，并展示如何用VHDL描述它，然后如何逐步优化其时序和面积。但是，书中提供的示例多为孤立的小代码片段，它们解释了“这是什么”，却没能充分阐述“为什么这么做”以及“如果不这样做会有什么后果”。这种碎片化的知识呈现方式，使得读者很难建立起一个宏观的设计视图，也难以理解在实际项目约束下，设计决策背后的权衡取舍。对于希望从“会写代码”跃升到“会设计系统”的读者来说，这种缺乏深度整合的讲解方式是难以接受的。

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作为一本关于设计和综合的书，我强烈地期望能看到关于跨工艺库的迁移策略和设计复用的技术讨论。当一个设计需要从0.18微米迁移到更先进的7nm或5nm工艺节点时，设计者需要面对的是完全不同的器件特性、互连延迟模型和功耗墙。这本书在这方面的讨论几乎为零。它似乎默认所有设计都将在一个理想化的、不变的工艺环境下进行。例如，如何针对特定的工艺库特性（如标准单元库的驱动能力、扇出限制）来调整VHDL代码的写法以获得最优的映射结果，或者在设计初期就如何使用抽象模型来指导RTL设计，避免后续综合阶段的巨大返工，这些都是工程实践中的核心问题。这本书的理论深度足够覆盖基本的逻辑功能实现，但它在处理工程实践中的“变数”和“优化”方面显得力不从心，仿佛在真空中讨论设计，脱离了半导体制造的现实复杂性。

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读完这本书后，我最大的困惑在于其对“综合”二字的理解似乎停留在较早的阶段。现在的EDA流程早已不再是简单的逻辑映射和门级优化，而是高度依赖于约束驱动的迭代过程。我原以为书中会详细剖析诸如静态时序分析（STA）中如何处理亚稳态的建模，或者在面对先进封装技术（如2.5D/3D IC）时，如何将热效应和串扰噪声纳入逻辑综合的考量范围。然而，书中对这些前沿挑战的讨论几乎是空白的。相反，大量篇幅被用于讲解一些基础的逻辑等价性检查（LEC）和网表生成的基本原理，这些内容在任何一个现代EDA工具的用户手册中都能找到更详尽的描述。更令人遗憾的是，书中对设计验证与形式化验证的交叉应用也缺乏深入的见解。例如，如何利用形式化方法来验证复杂的控制逻辑的安全性或活性属性，而不是仅仅依赖于大量的仿真波形，这一点上，本书完全没有给出任何有价值的视角或案例，使得整本书的实用价值大打折扣，更像是一部停留在上个世纪末期的技术手册。

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这本书在介绍VHDL语言特性时，其对并发和顺序行为的区分描述得较为清晰，但在涉及到系统级描述（System-Level Description）时，其视角显得过于局限。现代的数字设计，特别是涉及加速器和SoC集成的部分，越来越多地依赖于SystemVerilog或高层次语言（如C++通过HLS）来建模和验证。我本期望这本书能探讨VHDL在处理并发性系统描述方面的局限性，以及在何种场景下，使用更现代的硬件描述语言（HDL）或混合语言环境会更具优势。例如，如何有效地将VHDL模块与SystemVerilog测试平台集成，或者如何为硬件加速器设计一个高效的并行接口描述。这本书对VHDL本身的语法描述是详尽的，但它未能将这种描述语言置于整个现代SoC设计生态系统的背景下进行定位和比较。对于希望全面了解当前主流硬件描述工具链和语言地位的读者来说，这本书提供的视角显得不够全面和具有前瞻性，更像是一本专注于特定语言语法的专著，而非面向未来系统设计的综合指南。

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这本书的封面设计非常吸引人，色彩搭配稳重又不失现代感，光是看到这个标题就让人对内容充满了期待。然而，当我翻开第一页，试图寻找一些关于现代数字系统设计，特别是面向先进工艺节点的并行处理架构的深入探讨时，我感到了一丝落差。书中似乎将更多的笔墨放在了基础逻辑的构建和传统的同步电路设计范式上，对于诸如片上网络（NoC）的拓扑优化、低功耗设计中的时钟域交叉（CDC）处理的最新研究进展，或者在FPGA资源受限环境下如何进行高效的算法映射与时序收敛的技巧，这些在当前业界至关重要的话题，都只是浅尝辄止，甚至没有提及。特别是关于高层次综合（HLS）工具链的使用心得和结果分析，这本书的内容显得有些陈旧。我期待的是能看到如何利用高级语言描述能力来加速设计迭代，并能对比不同综合工具的优化效果，但这本书似乎还停留在 RTL 层面，对于如何提升设计效率和应对日益复杂的系统级挑战，提供的指导非常有限。整体来看，它更像是一本扎实的入门教材，而非面向资深工程师的进阶参考手册，对于追求前沿技术和工程实践深度的读者来说，可能需要寻找其他更具针对性的资料来补充。

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