Algorithmic and Register-transfer Level Synthesis pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Thomas, Donald E. (EDT)/ Lagnese, E. D./ Walker, R. A./ Nestor, J. A./ Rajan, J. V./ Thomas, Donald

出品人:

页数:324

译者:

出版时间:1989-10

价格:$ 258.77

装帧:

isbn号码:9780792390534

丛书系列:

图书标签:

• 算法综合
• 寄存器传输级综合
• 数字电路设计
• VLSI设计
• 硬件描述语言
• 综合技术
• RTL综合
• 逻辑综合
• EDA工具
• 计算机硬件

现代电子系统设计：从高层抽象到晶体管级实现的精深探索 图书简介 本书旨在为电子系统设计领域的研究人员、高级工程师和研究生提供一个全面而深入的视角，聚焦于现代集成电路设计流程中至关重要的几个核心环节：先进的系统级建模与验证、高效的硬件描述语言（HDL）编程范式、优化驱动的逻辑综合理论，以及面向低功耗、高性能的系统级架构探索。本书内容严格围绕这些主题展开，不涉及寄存器传输级（RTL）综合的具体技术细节，也不深入探讨硬件描述语言（HDL）的底层语法或特定工具链的操作。 第一部分：系统级建模与行为抽象 本部分着重于在设计周期的早期阶段，如何使用高级抽象层次来描述、分析和验证复杂的电子系统。我们探讨的重点在于建模的准确性、效率与可分析性，而非具体的硬件实现细节。 第一章：系统级建模的范式与挑战 本章首先界定系统级建模的边界，将其与传统的硬件实现抽象进行区分。我们深入研究事务级建模（TLM）在系统架构探索中的应用。TLM如何通过抽象数据传输和操作，使得设计团队能够快速迭代不同架构的可能性，而不受限于时序和资源约束。重点分析了同步与异步系统模型在行为级仿真中的表现差异，以及如何利用形式化方法对系统级的行为规范进行初步验证，确保设计意图的正确性。讨论了系统级模型如何作为后续设计阶段的“黄金参考模型”，并在整个设计流程中保持一致性。 第二章：高性能计算系统的行为级仿真与性能预测 本章聚焦于如何利用高级软件语言环境（如Python或SystemC的高级子集）构建功能验证平台。核心内容是延迟建模与数据流分析。我们详细阐述了如何通过精细化建模来预测关键性能指标，例如吞吐量和延迟，即便在缺乏具体硬件细节的情况下。讨论了异构计算架构（如CPU/GPU/FPGA协同工作）的系统级建模挑战，特别是数据依赖性分析在系统级性能瓶颈识别中的作用。本章强调，系统级仿真旨在快速识别架构缺陷，为后续的硬件优化方向提供指导。 第二部分：硬件描述语言的高效应用与高级编程范式 本部分将硬件描述语言（HDL，如VHDL或Verilog/SystemVerilog）视为一种并行算法的表达工具，而非直接映射到门电路的蓝图。我们关注的是如何编写出高度可读、易于维护且具备良好抽象层次的代码结构，以便更好地支持后续的自动化工具进行优化。 第三章：HDL中的抽象层次与结构化设计 本章探讨如何利用HDL的高级特性实现模块化和层次化的设计。重点在于接口描述与抽象数据类型（ADT）在HDL中的应用。我们分析了如何定义清晰的、基于契约的接口，使得模块间的交互独立于模块内部的具体实现。讨论了生成式编程在HDL中的应用，如何通过宏或编译时特性来管理设计空间的配置，从而避免代码冗余，提高设计复用性。本章不涉及具体硬件结构如何映射，而是关注代码本身的工程质量。 第四章：并发性与同步机制的建模艺术 本章深入研究在HDL环境中对并行操作和同步机制的精确描述。内容侧重于事件驱动模型与进程模型的区别，以及如何利用这些模型来描述复杂的控制流。我们详细分析了互斥访问、信号量和管道化等抽象概念在HDL代码中的优雅表达方式，确保模型准确反映系统行为，而非工具的推测。强调了在不引入特定硬件结构限制的情况下，如何清晰地表达并发操作的语义。 第三部分：逻辑综合的理论基础与优化驱动的架构选择 本部分转向硬件实现的理论层面，重点探讨布尔代数优化、状态机最小化等基础理论，以及这些理论如何指导设计者在更高层次上做出有利于后续优化的架构决策。我们将此视为一个纯粹的数学和算法问题，与具体的逻辑单元实现无关。 第五章：布尔逻辑的优化理论与可综合性 本章考察逻辑函数的最小化、多重输出逻辑的映射以及基于查找表（LUT）的优化理论。我们讨论了诸如Karnaugh图、Quine-McCluskey算法的原理，并将其推广到大规模组合逻辑的优化目标。核心是理解如何通过改变高层描述来影响最终的逻辑复杂度，例如通过门极性控制和逻辑平衡的理论。重点在于识别不可综合的结构对优化流程的负面影响，从而指导设计者避免这些陷阱。 第六章：有限状态机（FSM）的编码与优化原理 本章专注于有限状态机的理论建模与优化。我们深入研究了状态编码方案（如独热码、二进制编码、格雷码）对电路复杂度和时序性能的理论影响。讨论了状态转移图的分析，如何通过改变状态的顺序和分组来简化组合逻辑的复杂度。本章的核心是FSM的抽象理论，即如何从数学上证明某个编码方案或状态转换序列是“最优”的，而非关注具体综合工具如何实现这些优化。 第四部分：面向特定约束的系统级架构探索 本部分将前述的建模和理论知识应用于实际的设计挑战，重点在于如何在早期架构阶段就嵌入对特定非功能性需求的考量，例如功耗和面积的初步估算。 第七章：系统级功耗建模与动态功耗管理策略 本章探讨在缺乏具体门级信息的情况下，如何对系统的动态功耗进行精确的早期估算。我们分析了活动因子（Activity Factor）在系统级建模中的作用，以及如何通过数据流分析来预测哪些功能单元将最频繁地被激活。讨论了时钟门控（Clock Gating）和电源门控（Power Gating）等高级功耗管理策略的架构需求，指导设计者如何通过调整通信协议和数据访问模式来优化系统级的功耗配置文件。 第八章：面积与性能的权衡分析：早期设计空间探索 本章总结了系统级设计决策对最终芯片面积和性能的影响。我们提出了一套多目标优化框架，用于在TLM或高层HDL模型上进行迭代式的设计空间探索。内容包括资源共享（Resource Sharing）对面积的影响分析、流水线深度对吞吐量的贡献理论，以及如何量化不同架构选择的帕累托前沿。本书在此部分结束时，强调了设计者需要在抽象层次上做出关键决策，为后续依赖于RTL优化的阶段奠定坚实的基础。 本书的宗旨是提供一套强大的理论和工程思维工具，使设计者能够站在更高的抽象层次上，精确定位和解决系统级架构中的根本性问题，从而避免在细节实现层面进行代价高昂的返工。

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书中对于不同综合算法的对比分析，是其最引人注目的亮点之一。作者并没有固守某一种主流方法论，而是采取了一种批判性的、多角度的审视态度。例如，在讨论调度算法时，对于List Scheduling和其变体的优劣势，书中不仅提供了性能指标上的对比，更深入剖析了它们在处理非均匀操作时间（如乘法和除法）时的内在局限性。更值得称道的是，它讨论了如何将高层次综合（HLS）的思想，通过迭代细化的方式，逐步映射到传统的门级综合流程中。这种跨越不同抽象层次的融合讨论，极大地拓宽了我的视野。它让我意识到，现代数字设计不再是割裂的上下游流程，而是一个相互渗透、相互影响的复杂系统。我对书中关于资源共享和冲突解决策略的章节印象尤为深刻，作者通过引入先进的图论优化技术来指导硬件资源分配，这使得整个设计过程更具数学上的严谨性与可预测性，而不是完全依赖启发式搜索的运气。

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这本书的作者在构建数字电路设计流程的理解上，展现出一种令人印象深刻的宏观视野。它不仅仅是堆砌技术细节，而是将整个设计链条——从高层次的功能描述到最终的硬件实现——串联起来，形成一个有机的整体。读者可以明显感受到，作者是在引导我们穿越一个复杂的迷宫，每一步都有明确的目的地。这种叙事方式非常适合那些希望从“如何做”跃升到“为什么这样做”的工程师和高级学生。书中对设计约束的处理方式尤其独到，它没有将这些约束视为外部干扰，而是内化为综合过程中的核心驱动力，这体现了对现代EDA工具生态的深刻洞察。特别是关于面积、时序和功耗这“不可能三角”的权衡艺术，作者的阐述非常到位，不像某些教科书那样只给出理想化的公式，而是着重于实际操作中需要妥协和取舍的灰色地带。比如，当面对资源受限的FPGA平台时，如何通过调整寄存器分配策略来优化关键路径延迟，书中给出的实例分析，让人茅塞顿开。整体而言，它提供了一种架构师的思维模式，而非仅仅是操作手册的视角。

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这本书的语言风格介于严谨的学术论文和实用的工程指南之间，形成了一种独特的、极具说服力的语调。作者在阐述复杂概念时，总能保持一种恰到好处的距离感，既不过分亲密以至于稀释了专业性，也不至于过于疏离而显得高高在上。其中关于如何将高级语言结构（如循环展开、函数内联）转化为最优化的硬件结构，所提供的“反向工程”视角非常实用。它教会读者如何“思考得像一个综合器”，从而写出更容易被优化、性能更优良的RTL代码。这种“知己知彼”的策略在优化时序收敛时显得尤为重要。此外，书中对“可综合性”的定义和边界探讨，也具有重要的指导意义，它清晰地划定了哪些编程习惯是硬件友好的，哪些则会为后续的综合和布局布线带来不必要的麻烦。对于任何希望在数字设计领域从“能用”走向“高效能”的人来说，这本书提供的底层洞察是不可或缺的基石。

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阅读体验上，这本书的难度曲线设置得相当平滑，但深度却足以让资深人士也感到挑战。开篇对抽象层级的介绍，虽然看似基础，却为后续的复杂算法讲解打下了坚实的概念基础。我特别欣赏作者在解释寄存器传输级（RTL）转换过程时所采用的类比和图形化说明。那些原本枯燥的图表和数学推导，在作者的笔下仿佛变成了生动的流程图，每一步操作的目的性都清晰可见。对于如何从行为级描述中有效地提取并行性和流水线机会，书中有着非常详尽的探讨。它没有回避编译原理中那些棘手的别名分析和数据流图构建的复杂性，反而将其系统化地分解为可管理的模块。这种对底层原理的深入挖掘，使得读者在面对实际工具生成的网表时，能够拥有“反向工程”的能力，而不是盲目信任黑箱结果。这本书的价值在于，它教会了我们如何“看穿”综合工具的内部运作，从而进行更精准的指导和优化，这对于追求极致性能的ASIC设计工作者来说，是无价之宝。

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从排版和配套资源的辅助角度来看，这本书的组织结构体现了出版方对专业读者的尊重。虽然内容本身极具深度，但章节间的逻辑跳转非常自然，很少出现突然的概念跳跃，这极大地减轻了初次接触该领域时的认知负担。配图的质量也值得称赞，它们清晰地标注了数据依赖关系和控制依赖的传播路径，这在理解复杂的控制逻辑合成时至关重要。如果说有什么地方可以稍微改进，或许是在特定新兴工艺节点（如FinFET或GAA结构）下的设计约束考虑方面，可以增加更多的前瞻性讨论，尽管现有内容已经非常全面地覆盖了经典CMOS工艺下的优化策略。但总体而言，这本书的扎实程度和内容覆盖的广度，使得它完全有资格成为一本参考手册。我发现自己会频繁地翻阅其中的章节，以确认自己对某些关键优化点的理解是否到位，这正是一本优秀专业书籍的标志。

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