复杂SoC设计

复杂SoC设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:机械工业出版社
作者:罗恩
出品人:
页数:453
译者:
出版时间:2005-9
价格:55.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787111171935
丛书系列:
图书标签:
  • cpu
  • SoC
  • SOC
  • ASIP
  • SoC设计
  • 复杂系统
  • 芯片设计
  • 嵌入式系统
  • 硬件设计
  • Verilog
  • SystemVerilog
  • FPGA
  • 验证
  • 低功耗设计
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具体描述

本书首次对以处理器为核心的SoC设计进行了统一的硬件/软件设计指导,是一本全面的、以实例为导向的指导书,能够帮助读者使用可配置的、可扩展的处理器来创建设计项目。

  本书利用Tensilica公司的Xtensa结构和TIE语言,系统地阐明了以处理器为核心进行设计的问题、机遇和挑战。Rowen介绍了一种全新的设计方法,然后介绍了其基本技术:处理器配置、扩展、硬件/软件协同生成、多处理器划分/通信等。

  本书内容还包括:

  ●为什么可扩展的处理器是必需的:当前设计方法有什么缺点。

  ●将可扩展的处理器结构与传统的处理器及硬连线逻辑电路相比较。

  ●延迟、吞吐率、并行功能的协调、硬件互连选择、设计复杂度的管理等问题。

  ●针对嵌入式系统的多处理器SoC结构。

  ●从软件和硬件开发者角度观察的任务设计。

  ●先进的技术:实现复杂的状态机、任务-任务之间的同步、功率优化等。

精密控制系统的现代视角 本书聚焦于复杂工业控制系统在当代工程实践中的应用、理论基础与前沿发展。 在工业自动化、机器人技术以及能源管理等领域,对系统稳定性的要求达到了前一所未有的高度。本书旨在为读者提供一个关于如何设计、分析和实现高精度、高可靠性控制系统的全面框架。我们不探讨任何与集成电路设计、片上系统(SoC)或特定硬件架构相关的内容,而是将全部篇幅投入到控制理论的数学建模、算法优化和实际部署策略上。 第一部分:基础理论的深度重构 本部分将控制系统理论建立在扎实的数学基础之上,强调理论与实际约束的结合。 第一章:动态系统的状态空间描述与分析 本章从现代控制理论的基石——状态空间表示出发,详细阐述如何对物理系统进行准确的数学建模。我们重点分析线性定常(LTI)和线性时变(LTV)系统的可控性、可观测性和稳定性。内容包括:拉普拉斯变换在瞬态分析中的局限性,以及如何使用特征值分析来预测系统的长期行为。此外,本章还将深入探讨非线性系统的李雅普诺夫稳定性理论,为后续的高级控制设计奠定基础。我们避免涉及任何微处理器或硬件接口的讨论,纯粹停留在系统行为的数学描述层面。 第二章:线性二次型调节器(LQR)与最优控制 最优控制是现代控制设计中的核心。本章详细推导了连续时间LQR问题的求解过程,包括代数黎卡提方程(ARE)的求解方法和权重矩阵的选择对控制性能的影响。我们将探讨如何根据性能指标(如快速性、超调量和能耗)来定制权重矩阵 $Q$ 和 $R$。内容涵盖状态反馈的实现原理,以及在存在外部扰动和模型不确定性时的鲁棒性考量。本章完全基于连续时间信号处理和纯数学优化,不涉及任何离散化或数字信号处理的细节。 第三章:观测器设计与状态估计 在许多实际应用中,系统的所有状态变量无法直接测量。本章专注于状态估计技术。我们将详述卡尔曼滤波器的推导过程,包括离散时间滤波器的迭代公式和噪声协方差矩阵的更新。随后,我们对比了基于模型的观测器(如 Luenberger 观测器)和数据驱动的估计方法。重点分析了如何处理传感器噪声和系统模型误差对估计精度的影响,以及如何设计滤波器增益矩阵以达到最佳的估计性能。 第二部分:高级控制策略与鲁棒性设计 在基础理论之上,本部分引入了处理复杂系统不确定性和非线性的先进技术。 第四章:鲁棒控制基础——$H_{infty}$ 控制 面对模型简化和环境变化带来的不确定性,鲁棒控制是必不可少的。本章引入 $mu$ 综合理论的前置知识,重点讲解 $H_{infty}$ 控制器的设计。我们将详细阐述如何将性能要求和不确定性模型转化为标准的丢番图方程问题(Generalized Plant),并利用算子理论求解次优控制器。本章强调了在频域内处理输入/输出增益的严格方法,确保系统在规范的扰动范围内保持稳定和性能。 第五章:非线性系统的分析与反馈线性化 真实世界的物理现象大多是非线性的。本章介绍如何运用微分几何工具分析非线性系统。重点内容包括:输入-输出线性化(Feedback Linearization)的条件和步骤,包括微分平坦性(Differential Flatness)的概念。我们还将讨论“滑模控制”(Sliding Mode Control, SMC)的设计,特别是其对模型不确定性的固有鲁棒性,以及如何通过设计切换函数来克服抖振(chattering)问题。 第六章:自适应控制与参数估计 当系统参数随时间变化或未知时,自适应控制成为关键。本章介绍基于误差模型的自适应控制(如 MIT 规则)和基于模型的自适应控制(如基于 Lyapunov 函数的方法)。详细阐述如何设计参数估计器(如递推最小二乘法 RLS),并确保闭环系统整体的稳定性,即使在参数估计存在误差的情况下。本章的重点在于保证估计器的收敛性和闭环系统的渐近稳定性。 第三部分:系统集成与实际工程挑战(理论层面) 本部分将焦点从纯粹的数学转移到将控制理论应用于大型、多域系统的集成挑战上,完全着眼于系统层面的建模和交互,而非硬件实现细节。 第七章:大型复杂系统的分解与耦合 在大型系统中,完全集中式控制往往不切实际。本章探讨如何将一个复杂的物理系统分解为子系统,并研究子系统之间的相互影响。我们将分析如何使用奇异摄动理论(Singular Perturbation Theory)来处理快慢动态分离的问题,以及如何设计局部控制器与中央协调器之间的接口。本章讨论了多速率采样系统在理论分析上的挑战,但其核心是信号流和耦合关系的数学描述。 第八章:事件驱动控制与采样机制 传统的连续时间控制必须被离散化才能在任何实际执行器上运行,但本书更关注控制律自身的特性。本章探讨的是“事件驱动”的理论框架,即控制动作仅在系统状态偏离期望轨迹达到一定阈值时才触发。我们将分析这种稀疏采样对系统稳定性的影响,并建立触发条件的数学条件,以保证闭环系统的稳定性与性能。讨论侧重于信号的内在周期性与触发间隔之间的关系,完全脱离了具体采样器的硬件限制。 第九章:可靠性与容错控制的数学模型 高风险应用要求系统具备在部分组件失效时仍能维持基本功能的容错能力。本章从结构和拓扑的角度探讨容错控制。内容包括:如何使用图论和矩阵描述系统组件的连接性与冗余度,以及如何设计切换律(Switching Logic)来平稳地从故障模式转移到降级运行模式。重点在于状态监测和故障隔离的数学判据,以及如何重构控制器增益以适应新的有效系统结构。 总结: 本书为控制工程师和理论研究者提供了一套严谨、深入的现代控制理论工具箱。它完全专注于动态系统的数学建模、稳定性分析和高级算法设计,是理解和驾驭复杂物理过程控制核心原理的权威参考。书中提供的所有方法论和分析工具均基于连续时间和离散时间的纯数学框架。

作者简介

目录信息

读后感

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这本书的理念在IC界太超前了,至少再中国IC界作者完全有资格zhuangbility。本书的理念是用systemc语言描述硬件,然后通过在这个模拟硬件上面跑实际的应用,根据应用的特点生成指令集。

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用户评价

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对于初学者而言,SoC设计往往是一个令人望而生畏的领域,概念繁多,技术复杂。然而,这本书以一种非常友好的方式,逐步引导读者深入理解这个过程。我特别欣赏书中关于“从概念到原型”的章节,它将一个复杂的SoC设计过程分解成一系列可管理、可理解的步骤。作者没有急于介绍那些最前沿的技术,而是从最基础的“系统需求分析”开始,讲解如何根据应用场景定义SoC的各项指标,包括性能、功耗、面积、接口等。然后,它会介绍如何进行“架构设计”,包括选择合适的处理器核心、内存控制器、外设接口,以及如何设计片上网络(NoC)来连接这些组件。接着,书中会详细讲解“IP选择与集成”的流程,并强调接口协议的重要性。对于新手来说,最容易感到困惑的往往是“验证”环节。这本书在这方面给予了足够的篇幅,它解释了仿真、形式验证、以及硬件加速验证等不同方法的优缺点,并介绍了如何构建一个有效的验证环境。我特别喜欢书中关于“调试”的讨论,它分享了一些实用的技巧和工具,能够帮助新手更快地定位和解决设计中的问题。这本书就像一个经验丰富的向导,它不仅指明了前进的方向,还在我们遇到困难时提供了宝贵的建议,让我们能够更有信心地踏上SoC设计的探索之路。

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这本书的出现,对于任何一个希望在SoC设计领域有所建树的工程师来说,无疑是一份珍贵的礼物。我尤其欣赏作者在处理“IP集成”这一环节时所展现出的细致入微。如今的SoC设计,几乎不可能从零开始,而是高度依赖于各种第三方或内部开发的IP核。如何将这些来自不同供应商、遵循不同标准、甚至由不同团队开发的IP核有效地集成在一起,使其能够协同工作,是一个极其复杂的工程挑战。书中对此进行了深入的探讨,不仅仅是介绍了各种总线协议(如AXI, AHB, APB等)和它们之间的互联机制,更重要的是,它剖析了在实际集成过程中可能遇到的各种问题,例如时钟域交叉(CDC)问题、复位同步问题、信号电平不匹配问题、以及IP核之间的接口规范不一致问题。作者提出的“IP集成流程”和“接口验证方法”,为我们提供了一个清晰的框架。他强调了“早期接口定义”和“严格的接口验证”的重要性,并介绍了一些实用的工具和技术,如IP-XACT标准的使用,以及如何在仿真和形式验证阶段对IP集成进行有效的测试。对于那些曾经在IP集成过程中饱受折磨的工程师来说,这本书无疑是一剂良药,它能够帮助我们规避很多潜在的陷阱,并提高集成效率。它让我意识到,IP集成并非简单的“即插即用”,而是一个需要精心规划、细致执行的复杂过程,需要跨越技术、标准和团队的界限,才能最终实现设计目标。

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这本书给我的感觉,不仅仅是一本技术书籍,更像是一本“思想的启迪者”。我一直认为,在设计一个复杂的系统时,清晰的思维模式和正确的解决问题的思路比掌握某个具体的技术更加重要。这本书在这方面给我留下了深刻的印象。作者在介绍各种技术和方法时,始终贯穿着用“系统思维”去分析问题。例如,在讨论“功耗优化”时,他并不是简单地罗列各种低功耗技术,而是首先分析功耗产生的根源,然后从架构、逻辑、电路等多个层面提出解决方案,并且强调了不同解决方案之间的权衡和取舍。书中关于“设计方法的演进”的讨论,也让我受益匪浅。它回顾了SoC设计技术的发展历程,从早期的手工设计到如今的自动化设计和高层次综合,让我能够更清晰地理解当前设计方法背后的逻辑和优势。作者还鼓励读者要保持学习的热情,关注行业最新的技术动态,并积极探索新的设计方法。这种鼓励创新和持续学习的态度,对于我们这些身处快速发展技术前沿的工程师来说,尤为重要。这本书让我不仅仅学到了技术,更重要的是,它培养了我解决复杂问题的能力,以及对行业发展趋势的洞察力,这对于我未来的职业发展具有长远的意义。

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我是一名软件工程师,但由于工作原因,需要与硬件团队有频繁的沟通和协作。因此,我一直想对SoC设计有一个更深入的了解,以便更好地理解硬件的限制和能力,从而优化我的软件设计。这本书以一种非常清晰且引人入胜的方式,将SoC设计的核心概念呈现在我面前。它并没有使用过于晦涩的术语,而是通过生动的比喻和实际的案例,解释了诸如总线协议、内存层次结构、中断处理机制以及CPU核心之间的协同工作等复杂话题。我印象最深刻的是书中关于“功耗与性能的权衡”的章节。它详细阐述了为什么在设计SoC时,功耗往往与性能是相互制约的,以及工程师是如何通过各种技术手段来寻找最佳的平衡点的。例如,动态电压频率调整(DVFS)技术,是如何在保证性能的同时,尽可能地降低功耗,这让我对移动设备的续航能力有了更深层次的理解。此外,书中对“缓存一致性”的解释也让我茅塞顿开,理解了在多核处理器系统中,如何确保所有核心都能访问到最新的数据,避免数据不一致的问题。这种对基础原理的深刻剖析,让我能够更好地与硬件工程师交流,也能在软件设计中考虑到硬件的特性,从而写出更高效、更具鲁棒性的代码。这本书就像一座桥梁,连接了软件和硬件的世界,让我能够以一种更全局的视角来看待技术问题,也为我未来的职业发展打开了新的可能性。

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当我拿起这本书时,我并没有想到它会给我带来如此大的震撼。作为一名在SoC领域工作了十多年的工程师,我自认为对这个领域已经有了相当深入的理解。然而,这本书中关于“验证与可测试性设计(DFT)”的论述,却让我耳目一新。它不仅仅是简单地介绍验证的流程和方法,而是深入探讨了在复杂SoC环境中,如何有效地提高验证的完备性和效率。书中关于“覆盖率驱动验证”(Coverage-Driven Verification)的思想,以及如何利用各种度量指标来指导验证过程,让我受益匪浅。更让我印象深刻的是,作者在讨论“可测试性设计”(Design for Testability, DFT)时,展现出的深刻理解。他详细阐述了各种DFT技术,如扫描链(Scan Chain)、内置自测试(Built-In Self-Test, BIST)、边界扫描(Boundary Scan)等,以及它们在提高芯片可测试性、降低测试成本方面的重要作用。书中还介绍了如何将DFT技术与验证过程相结合,从而实现更高效的验证。我尤其欣赏作者在分析“测试向量生成”和“故障模型”时所展现出的专业深度。这些是确保芯片质量和可靠性的关键环节,而书中提供的系统性分析和解决方案,为我们提供了一个宝贵的参考。这本书让我深刻认识到,一个高质量的SoC产品,离不开高效的验证和完善的DFT设计,而这两者是相辅相成的,需要高度集成和协同优化。

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在拿到这本书之前,我其实已经读过不少关于EDA工具、硬件描述语言以及一些基础的数字逻辑设计书籍。然而,那些书往往停留在“如何做”的层面,对于“为什么这么做”以及“在复杂系统中如何做出最优选择”的探讨则相对较少。这本书的出现,恰好填补了这一空白。它不仅仅是教你如何使用某个工具,或者如何编写一段Verilog代码,而是着眼于整个SoC的生命周期,从需求分析、架构设计、IP选型、集成、验证,到最终的物理实现和量产,都进行了详尽的论述。我尤其对书中关于“验证的挑战”这一章节感到震撼。在实际的SoC项目中,验证往往占据了项目周期的大部分时间,并且是导致项目延期和成本超支的主要原因之一。作者并没有简单地罗列一些验证方法,而是深入剖析了复杂SoC验证的难点,例如覆盖率的度量与提升、异常场景的构造、跨时钟域(CDC)和异步复位(RST)的检查,以及如何有效地利用仿真、形式验证和硬件加速等多种验证手段。他提出的“分层验证策略”和“基于意图的验证方法”,为我提供了全新的视角。尤其在面对拥有数百万甚至数千万门级的复杂SoC时,如何有效地管理和执行验证计划,如何确保所有功能和性能指标都得到充分验证,这是一个巨大的挑战。书中对于“验证平台”的构建和“自动化测试”的实践,都给予了我极大的启发。它让我意识到,有效的验证不是孤立的环节,而是贯穿整个设计流程的持续性活动,需要与设计团队紧密协作,并且需要高度的自动化和智能化。这本书让我深刻理解了,一个成功的SoC设计,绝不仅仅是技术实现,更是一场精密的系统工程,而验证,则是这场工程中不可或缺的基石。

评分

在我看来,一本优秀的SoC设计书籍,不仅要深入技术细节,更要具备前瞻性,能够引领读者看到未来的发展趋势。这本书在这方面做得相当出色。我尤其对书中关于“面向未来的SoC架构”的讨论印象深刻。作者并没有仅仅停留在当前主流的设计方法上,而是对未来可能出现的SoC设计挑战和技术方向进行了深入的展望。他探讨了诸如异构计算、机器学习硬件加速、以及新的通信接口技术(如PCIe Gen 6/7, CXL等)在SoC设计中的应用。书中关于“可重用性”和“可配置性”的设计理念,也为我们提供了宝贵的思路。在当今快速变化的市场环境下,一个能够快速适应新需求、易于重构和扩展的SoC设计,将具有巨大的竞争优势。作者提出的“模块化设计”和“高层次综合”(HLS)等技术,正是实现这一目标的关键。此外,书中对“软件/硬件协同设计”的强调,也预示了未来的发展方向。随着硬件的复杂性不断增加,软件在SoC设计中的作用也越来越重要,如何实现软硬件的紧密耦合,以达到最佳的整体性能和效率,是一个值得深入研究的课题。这本书让我对SoC设计的未来充满了信心,也激发了我对创新设计的热情,它不仅仅是一本技术手册,更是一本关于行业未来的思考录。

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作为一名资深的硬件架构师,我一直在寻找一本能够系统性地总结和梳理复杂SoC设计中的关键技术和方法论的书籍。这本书以其深刻的洞察力和前瞻性的视野,极大地满足了我的需求。我尤其对书中关于“高级时钟与电源管理”的论述印象深刻。在现代SoC设计中,时钟和电源的管理已经不再是简单的时钟分频和电压供给,而是涉及到复杂的动态调整和精细化的控制,以满足不同工作模式下的性能、功耗和面积要求。书中对各种先进的时钟门控(clock gating)、电源门控(power gating)、以及动态电压频率调整(DVFS)技术的原理、实现方式和应用场景进行了详尽的阐述。它还深入探讨了如何进行全局的时钟和电源网络规划,如何处理时钟域交叉(CDC)问题,以及如何进行精确的功耗分析和预估。我特别欣赏作者在讨论“电源完整性”(Power Integrity)和“信号完整性”(Signal Integrity)时所展现出的专业深度。这些往往是影响SoC稳定性和可靠性的关键因素,但在很多书籍中却被一笔带过。这本书不仅解释了这些问题的重要性,还提供了相关的设计和分析方法,为我们提供了宝贵的参考。它让我更加深刻地认识到,一个高性能、低功耗、高可靠性的SoC设计,离不开对时钟和电源的精细化管理,而这需要跨越架构、逻辑和物理等多个层面的深入理解和协同优化。

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这本书的封面上印着“复杂SoC设计”,这让我对它充满了期待。作为一名在半导体行业摸爬滚打了多年的工程师,我深知SoC(System on Chip)设计的复杂性和挑战性。从最初的IP集成到最终的流片,每一个环节都充满了变数和需要精细权衡的决策。我一直以来都渴望能有一本真正能引领我深入理解这些“复杂”之处的书籍,能够解答我心中那些关于性能瓶颈、功耗优化、验证策略以及如何高效管理庞大设计团队的疑问。翻开第一页,我看到的不是那些浮光掠影的介绍,而是直接切入到问题核心的专业分析,它并没有回避设计过程中那些令人头疼的细节,反而是将它们一一剖析,例如如何在一个如此庞大的系统中做到低功耗设计,这不仅仅是选择低功耗IP那么简单,而是涉及到整个架构的功耗预算分配、动态电压频率调整(DVFS)策略的精细化控制,甚至是物理层面的功耗优化技术。书中对这些内容的阐述,让我看到了作者在实际工程经验上的深厚积累,他并没有停留在理论层面,而是将各种挑战和对应的解决方案都描绘得淋漓尽致,仿佛我正在与一位经验丰富的前辈一起探讨每一个棘手的技术难题。我尤其对书中关于“功耗墙”的讨论印象深刻,它生动地描述了随着集成度的不断提高,功耗已经成为限制SoC性能提升的主要因素,而作者提出的多种解决方案,从架构设计到低功耗IP的选择,再到后端的功耗分析和优化,都提供了系统性的思路。这种全方位的考量,正是我们在日常工作中常常会忽略的,或者是在多重压力下难以顾及的。这本书就像一个宝藏,它将那些隐藏在复杂SoC设计背后的奥秘一一揭开,让我重新审视了自己在过往项目中可能存在的不足,也为我未来的设计工作提供了宝贵的指导。

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在数字IC设计的领域,细节决定成败,而对于复杂SoC来说,这种“细节”的范围和深度更是达到了前所未有的程度。这本书在这方面为我提供了极大的帮助。我特别关注书中关于“物理实现”的章节,它详细阐述了从逻辑综合、布局布线到时序收敛、功耗优化等一系列关键步骤。作者并没有简单地介绍这些流程,而是深入剖析了它们之间的相互影响和权衡。例如,在布局布线阶段,如何考虑时序和功耗的约束,如何有效地进行时钟树综合(CTS),以及如何处理信号完整性问题,这些都是影响最终流片成功的关键因素。书中对“时序分析”(Static Timing Analysis, STA)的讲解尤为深入,它不仅介绍了各种时序约束的设置方法,还详细阐述了如何分析和解决时序违例问题。对于那些曾经在时序收敛上花费大量时间和精力的工程师来说,这本书提供的宝贵经验和实用技巧,无疑能够极大地提升工作效率。此外,书中对“物理验证”的讨论,包括设计规则检查(DRC)、版图与原理图一致性检查(LVS)等,也给予了充分的重视。它强调了在设计流程的各个阶段都要进行充分的验证,以避免后期出现不可挽回的错误。这本书就像一位经验丰富的导师,它将那些隐藏在SoC设计背后、看似琐碎却至关重要的细节一一呈现,并提供了解决这些细节问题的有效方法。

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这本书自己四年前放在手边翻,工作了又自己从单位图书馆借,让老婆从学校借,可惜一直都没有完整的看完过

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