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出版者:Cambridge Univ Pr

作者:Jha, Niraj K./ Gupta, Sandeep

出品人:

页数:1016

译者:

出版时间:2003-5

价格:$ 195.49

装帧:HRD

isbn号码:9780521773560

丛书系列:

图书标签:

• 数字系统
• 测试
• 数字逻辑
• 电路测试
• 验证
• VHDL
• Verilog
• FPGA
• EDA
• 嵌入式系统

《现代电子系统设计与验证》 图书简介 本书深入探讨了现代电子系统，特别是复杂数字和混合信号系统的设计、仿真、验证与测试的先进方法与实践。随着半导体技术向更高集成度、更低功耗和更强实时性方向发展，传统的电子系统设计与测试流程正面临前所未有的挑战。本书旨在为电子工程师、系统架构师和研发人员提供一套全面、系统且注重实战的技术框架，以应对这些挑战，确保产品质量和上市速度。 第一部分：前沿设计方法学 第一章：系统级设计与抽象 本章首先阐述了现代电子系统所涵盖的范围，从嵌入式系统、物联网设备到高性能计算平台。重点剖析了系统级设计（System-Level Design, SLD）的必要性，强调在系统架构初期进行充分的抽象和建模是成功的关键。我们引入了不同层次的抽象模型，包括行为级（Behavioral）、寄存器传输级（RTL）和门级（Gate Level）的描述方法。内容涵盖如何利用高级描述语言（如SystemC或UVM的抽象层）进行早期的性能预测、功耗分析和架构探索，从而避免在后续开发阶段发现根本性的设计缺陷。此外，系统级验证方法也被引入，讲解了如何通过快速仿真和形式化验证技术，在硬件实现之前锁定大部分关键设计错误。 第二章：硬件描述语言的高级应用 虽然硬件描述语言（HDL，如Verilog和VHDL）是数字电路设计的基石，但本章聚焦于超越基本语法的高级应用。我们将深入研究现代综合技术对RTL代码风格的要求，探讨如何编写“可综合的”（Synthesizable）代码，避免使用那些在逻辑综合工具中难以映射到实际硬件结构（如异步逻辑或特定时序结构）的构造。内容包括如何有效使用参数化设计、生成式编程技术（如Verilog的`generate`块）来构建高度复用和可配置的设计模块。此外，系统时序约束（Timing Constraints）的编写艺术是本章的重点，详细介绍了如何使用诸如SDC（Synopsys Design Constraints）格式来准确表达设计的时间要求，这是后续静态时序分析（STA）和物理实现成功的先决条件。 第三章：低功耗设计技术 功耗管理已成为移动和便携式电子设备设计的核心瓶颈。本章系统地介绍了业界广泛采用的低功耗设计（Low Power Design, LPD）策略，涵盖了从系统架构到晶体管层级的优化。内容包括电源门控（Power Gating）的概念及其对设计流程的修改；电压与频率调节（DVFS）在动态功耗管理中的作用；以及多电压域设计（Multi-Voltage Domain, MVD）中跨域信号的正确处理，特别是电平转换器（Level Shifters）的选择与实现。此外，静态功耗（漏电）的分析与缓解技术，如阈值电压优化和静止模式（Idle Mode）的管理，也将被详细讨论。 第二部分：先进验证与仿真策略 第四章：基于验证平台的方法学（UVM/OVM） 验证在现代ASIC和SoC设计中占据了超过70%的资源投入。本章全面讲解了基于组件的、可复用验证方法学，重点介绍Universal Verification Methodology (UVM)。我们将详细拆解UVM的层次结构，包括环境（Environment）、代理（Agents）、驱动（Drivers）、监听器（Monitors）、记分板（Scoreboards）和参考模型（Reference Models）的构建。本章强调了激励生成（Stimulus Generation）的技术，如随机激励、约束随机验证（Constrained Random Verification, CRV）的应用，以及通过覆盖率驱动验证（Coverage-Driven Verification, CDV）来指导测试向量的生成。通过实际案例，展示如何构建一个健壮且可扩展的验证IP（VIP）。 第五章：形式化验证与等价性检查 与传统的仿真方法不同，形式化验证（Formal Verification）通过数学证明来验证设计的正确性，尤其适用于关键控制逻辑和安全协议。本章介绍了形式化验证的基础理论，包括模型检测（Model Checking）的基本原理。内容将聚焦于如何在RTL级别应用形式化方法来证明属性（Properties），如互斥性、活性和安全性。此外，等价性检查（Equivalence Checking, EC）作为设计流程中确保RTL与门级网表功能等价的关键步骤，其算法原理和应用场景也将被深入剖析，确保综合和布局布线后的逻辑功能未被破坏。 第六章：混合信号与物理层验证 随着系统集成度的提高，混合信号（Mixed-Signal）验证的重要性日益凸显。本章讨论了系统级仿真器（如AMS或Verilog-A/AMS）在验证数模接口（ADC/DAC）和电源管理单元（PMU）时的应用。重点关注如何高效地将高精度SPICE模型与行为级数字模型集成，以进行系统级功耗和噪声分析。内容还包括对SerDes、PLL等关键物理层IP的仿真与验证策略，强调了抖动（Jitter）、眼图（Eye Diagram）分析在确保高速接口信号完整性中的作用。 第三部分：后端实现与物理验证 第七章：逻辑综合与时序收敛 逻辑综合是将RTL代码转换为特定工艺库标准单元网表的关键步骤。本章深入探讨了现代综合工具的工作流程和优化目标。内容涵盖如何利用设计层次结构、时钟域划分和多模式仿真（Multi-Mode Simulation）来指导综合过程。重点讲解了如何通过迭代优化设计约束和网表结构来解决时序收敛问题，包括建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的违例分析与修复技术。 第八章：静态时序分析（STA）的精深应用 静态时序分析是芯片物理实现流程中至关重要的一环。本章将STA提升到专家级别进行讲解。除了基本的单循环分析外，我们着重讨论了复杂场景下的STA，包括跨时钟域（CDC）路径的分析与异步路径的同步处理；片上变化的工艺、电压、温度（PVT Corner）对时序的影响分析；以及在设计收敛过程中，如何利用STA报告来指导布局布线和时钟树综合（CTS）的调整。 第九章：物理验证与Signoff 物理验证（Physical Verification）是确保芯片制造成功的最后一道防线。本章系统地介绍了布局布线完成后的关键签核（Signoff）流程。内容包括：设计规则检查（DRC）和版图与原理图一致性检查（LVS）的原理与高级应用；功耗的IR降分析（IR Drop Analysis）以确保电源网络的可靠性；以及延迟和串扰分析（Static and Dynamic Signal Integrity Analysis）以预测芯片在真实工作条件下的性能。本章强调了如何在高密度设计中有效地管理金属层间的耦合电容和寄生效应。 总结 本书不仅是一本理论参考书，更是一本指导实践的蓝图。通过对现代电子系统设计、验证和物理实现全流程的深度剖析，它致力于帮助读者构建起跨越设计、验证和物理实现各个环节的完整知识体系，从而能够自信地领导和执行最前沿的集成电路和电子系统项目。

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