Verilog与SystemVerilog编程陷阱 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:斯图尔特·萨瑟兰 (Stuart Sutherland)

出品人:

页数:155

译者:戴成然

出版时间:2015-6-1

价格:55.00

装帧:平装

isbn号码:9787111503163

丛书系列:

图书标签:

电子
数字电路设计
技术
IC
EE
AISC
Verilog
SystemVerilog
硬件描述语言
数字电路
FPGA
验证
编程技巧
设计
EDA
代码规范

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具体描述

这本书可以帮助工程师写出更好的Verilog/SystemVerilog的设计和验证代码，书中阐述了使用Verilog和SystemVerilog语言时超过100个常见的编码错误；每一个例子都详细说明了错误的症状、错误的语言规则以及正确的编码方式。这本书能帮助数字设计工程师和验证工程师有效地识别与避免这些常见的编码错误。书中列举的这些错误许多是非常微妙的，有可能需要花费几个小时或几天的时间才能发现或调试。

书名：数字电路设计基础与实践图书简介本书旨在为读者系统地介绍数字电路设计的基本原理、方法和工程实践，内容涵盖从最基础的逻辑门电路到复杂的组合逻辑与时序逻辑电路设计。本书特别注重理论与实践的结合，力求帮助读者建立扎实的数字系统设计能力。第一部分：数字逻辑基础本部分首先回顾了数字系统设计所必需的数学基础——布尔代数和逻辑函数。我们将深入探讨各种基本逻辑门（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR）的工作原理及其在电路中的应用。随后，重点介绍了如何使用卡诺图（Karnaugh Map）和Quine-McCluskey算法进行逻辑函数的化简。这部分内容是后续复杂电路设计的基础，强调了最小化逻辑表达式对提高电路性能和降低功耗的重要性。接着，我们详细阐述了组合逻辑电路的设计与实现。这包括对加法器（半加器、全加器）、多路选择器（MUX）、译码器（Decoder）、编码器（Encoder）和比较器等标准组合逻辑器件的原理分析和设计流程。通过大量的实例，读者将学会如何根据需求规格书构建功能正确的组合电路。第二部分：时序逻辑与状态机设计时序逻辑是数字电路设计的核心组成部分，本部分将深入探讨这一领域。我们从最基本的存储单元——锁存器（Latch）和触发器（Flip-Flop，包括D, JK, T型）入手，解析其工作特性、建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）等关键参数。随后，本书将重点介绍如何利用触发器构建寄存器（Register）和计数器（Counter）。对于异步计数器和同步计数器，我们将分析其工作原理、设计方法以及在实际应用中可能遇到的问题。状态机的设计是本部分的重中之重。我们将详细讲解有限状态机（FSM）的建模方法，包括穆尔（Moore）模型和米利（Mealy）模型。通过对状态图、状态表和状态编码的系统性讲解，读者将掌握设计复杂控制逻辑的能力。内容会涵盖状态转移的安全性分析，以及如何避免和解决竞争冒险（Hazard）问题，确保状态机的稳定运行。第三部分：存储器与可编程逻辑器件在现代数字系统中，存储器扮演着不可或缺的角色。本部分将介绍不同类型的存储器，如随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）的基本结构和工作原理。我们会讨论如何对外部存储器进行地址译码和数据接口设计。此外，本书还将介绍可编程逻辑器件（PLD）的概念，包括可编程只读存储器（PROM）、现场可编程逻辑阵列（FPLA）、简单可编程逻辑器件（SPLD）如PAL和GAL，以及复杂可编程逻辑器件（CPLD）和现场可编程门阵列（FPGA）的架构。我们将重点讲解逻辑阵列的编程机制，以及如何将逻辑设计映射到这些硬件资源上，为后续的硬件描述语言（HDL）学习打下坚实的硬件基础。第四部分：系统级与异步电路考虑为了使设计更贴近工程实际，本部分引入了更高级的主题。首先是系统时钟的分配和管理，包括时钟域交叉（CDC）问题。在多时钟域系统中，如何安全、可靠地传输信号是一个关键挑战。我们将介绍同步器（Synchronizer）的设计，以及异步FIFO（先入先出）缓冲器的实现原理。其次，我们将探讨对亚稳态（Metastability）现象的分析与规避。当异步输入信号在触发器的建立时间和保持时间窗口内变化时，可能导致触发器进入亚稳态，进而影响整个系统的稳定性。本书会提供工程上常用的缓解策略。最后，我们将简要介绍异步数字电路的基础知识，虽然现代设计多依赖同步电路，但了解异步电路的潜在优势和设计复杂性，有助于工程师更全面地理解数字电路的本质。第五部分：设计流程与仿真验证本书的最后部分侧重于实际的设计流程。我们将介绍一个典型的数字IC或ASIC设计流程，包括规格定义、功能建模、综合（Synthesis）、布局布线（Place and Route）的概述。强调验证的重要性，我们将讨论如何设计有效的测试平台（Testbench）来验证数字电路的功能正确性。虽然本书不侧重于特定的HDL语言，但会贯穿设计范例，演示如何用概念性的方式描述电路行为，为学习Verilog或VHDL等语言提供清晰的逻辑蓝图。总结本书内容覆盖全面，结构清晰，理论深入浅出，辅以丰富的实例和实践指导。它不仅适合作为高等院校电子工程、计算机工程专业的教材，也是希望系统掌握数字电路设计原理，并准备迈入硬件设计领域的工程师、技术人员的理想参考书。通过阅读本书，读者将能够自信地设计、分析和验证复杂的数字系统。

作者简介

作者Stuart Sutherland是IEEE 1800工作组的成员，该工作组负责起草Verilog和SystemVerilog标准。早在1993年也就是Verilog标准的诞生之际，他就已经涉足其标准的定义。同时他参与SystemVerilog标准也可追溯到2001年。此外，Stuart是IEEE官方Verilog和SystemVerilog语言参考手册的技术编辑。Stuart先生作为独立Verilog顾问，专注提供针对Verilog HDL、SystemVerilog 和PLI的综合性专家训练。Stuart是《SystemVerilog for Design》《Verilog-2001：A Guide to the New Features in the Verilog Hardware Description Language》的合著者，也是《The Verilog PLI Handbook》和颇受推崇的《Verilog HDL Quick Reference Guide》及《Verilog PLI Quick Reference Guide》的作者。Stuart同时发表了诸多涉及Verilog和SystemVerilog的技术文章。

Don Mills从1986年开始涉足ASIC的设计。在此期间，他参与了超过30个ASIC项目。Don从1991开始使用自顶向下的设计方法（综合设计编译器1.2）。Don在几个公司开发并实施了自顶向下的ASIC设计流程。他精通工具整合和流程自动化。Don作为SystemVerilog和Verilog内部咨询师服务于美国微芯技术公司。Don是IEEE Verilog和SystemVerilog委员会的成员，该委员会致力于Verilog和SystemVerilog语言的发布和完善。Don是多篇文章的作者或合著者，例如《SystemVerilog Assertions are for Design Engineers Too!》及《RTLCoding Styles that Yield Simulation and Synthesis Mismatches》。

目录信息

目录
译者序
序
关于作者
第1章什么是“编程陷阱”
什么是Verilog和SystemVerilog
什么是陷阱
Verilog和SystemVerilog标准
第2章声明以及字符表述类陷阱
陷阱1：字母大小写的敏感性
陷阱2：网表的隐式声明
陷阱3：默认的1bit内部网
陷阱4：单文件和多文件编译的$unit声明
陷阱5：局部变量的声明
陷阱6：分层路径的转义名称
陷阱7：自动变量的分层引用
陷阱8：未命名模块中的变量分层引用
陷阱9：分层引用一个导入的包项目
陷阱10：从程序包中导入枚举类型
陷阱11：导入多个程序包
陷阱12：默认的整数进制
陷阱13：有符号整数
陷阱14：有符号数的位宽扩展
陷阱15：变量位宽与赋值位宽的不一致
陷阱16：将矢量全置为1
陷阱17：合并数组和并置
陷阱18：端口连接的几点规则
陷阱19：后驱动端口
陷阱20：实型（浮点型）数字的端口间传送
第3章RTL建模中的陷阱
陷阱21：包含函数调用的组合逻辑灵敏度列表
陷阱22：灵敏度列表中的数组
陷阱23：时序逻辑灵敏度列表中的向量
陷阱24：灵敏度列表中的操作
陷阱25：使用begin...end的时序逻辑块
陷阱26：带复位的顺序逻辑块
陷阱27：异步设置
陷阱28：顺序程序块中的阻塞赋值
陷阱29：要求阻塞赋值的顺序逻辑
陷阱30：组合逻辑中的非阻塞赋值
陷阱31：错误顺序的组合逻辑赋值语句
陷阱32：case表达式中casez
陷阱33：不完备的判决语句
陷阱34：重叠判决语句
陷阱35：不恰当使用unique条件语句
陷阱36：2—状态模型的复位
陷阱37：枚举类型锁定状态机的建模
陷阱38：4—状态逻辑中隐藏的设计问题
陷阱39：2—状态类型中隐藏的设计问题
陷阱40：越界数组访问中的隐藏问题
陷阱41：枚举类型的越界赋值
陷阱42：模块中未检测到共享变量
陷阱43：在接口和程序包中未见共享变量
第4章运算符陷阱
陷阱44：表达式的赋值
陷阱45：操作符的自定义和上下文定义
陷阱46：赋值语句中的运算位宽和符号扩展
陷阱47：有符号数的算数运算规则
陷阱48：基于位选择的操作
陷阱49：递增、递减和赋值运算符
陷阱50：前加与后加运算
陷阱51：一条语句中变量的多次改变
陷阱52：运算求值短路
陷阱53：逻辑非（！）与按位求反符（～）
陷阱54：数组的运算
陷阱55：针对数组子集的运算
第5章常见的编程陷阱
陷阱56：验证零时刻的异步和同步复位
陷阱57：if...else嵌套语块
陷阱58：4—状态值下等号求值
陷阱59：事件触发竞争条件
陷阱60：使用信号量的同步
陷阱61：使用邮箱的同步
陷阱62：时钟块的触发
陷阱63：判断语句后错误使用分号
陷阱64：for循环语句中分号的错误使用
陷阱65：死循环
陷阱66：由于并发for循环引起的死锁
陷阱67：循环控制变量的引用
陷阱68：函数返回默认的位宽
陷阱69：任务
陷阱70：为避免毛刺而采用延迟的连续赋值
第6章面向对象和多线程编程中的陷阱
陷阱71：类定义的编程语句
陷阱72：基于面向对象接口的测试平台
陷阱73：邮箱中的所有对象具有相同的值
陷阱74：使用input或ref参数的句柄传递
陷阱75：构建一个基于对象的数组
陷阱76：静态任务和功能的非可重入性
陷阱77：静态变量与自动变量的初始化
陷阱78：叉型编程线程需要自动变量
陷阱79：禁用fork将终止多个线程
陷阱80：禁用一个语句块却未如所愿
陷阱81：仿真在测试完毕前过早退出
第7章随机化、覆盖率和断言类陷阱
陷阱82：随机化声明的变量并未随机化
陷阱83：未被检测的随机化失败
陷阱84：$assertoff可以禁止随机化
陷阱85：两个以上随机变量的布尔约束条件
陷阱86：不必要的负随机值
陷阱87：覆盖报告默认基于组而非箱
陷阱88：覆盖率始终报告0%
陷阱89：覆盖报告将所有实例混在一起
陷阱90：覆盖组的参数方向具有粘黏性
陷阱91：断言传递语句与空成功一同执行
陷阱92：程序块中的并发断言
陷阱93：assert...else语句中的不匹配
陷阱94：不能失败的断言
第8章工具兼容性陷阱
陷阱95：默认的仿真时间单位和精度
陷阱96：程序包链接
陷阱97：不同工具的随机数生成不一致
陷阱98：使用always_latch
陷阱99：非标准语言扩展
陷阱100：数组常量的级联
陷阱101：传输浮点数值（实数类型）的模块端口
· · · · · · (收起)

读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

作者的叙事风格非常独特，它不是那种高高在上、冷冰冰的技术阐述，而是带着一种略微幽默和戏谑的口吻，仿佛在和一个能力很强的同行对话。这种非正式的、贴近口语化的表达方式，极大地拉近了读者与文本的距离。在解释一些容易混淆的细微差异时，作者会使用一些非常形象的比喻，比如将寄存器之间的竞态条件比喻成“早高峰的十字路口抢道”，一下子就让抽象的概念变得生动起来。这种行文的弹性，使得原本可能枯燥的技术学习过程变得轻松愉快。我发现自己甚至会期待着读到下一个段落，看看作者又会用什么样的新颖方式来剖析下一个难点。这种阅读的愉悦感，是很多纯粹的学术著作所无法提供的，它让技术学习不再是一件苦行僧似的事情。

评分☆☆☆☆☆

深入到这本书的细节层面，我注意到它对不同设计流派和工具链的兼容性考虑得非常周全。它并未局限于某一家EDA厂商的特定语法或约束，而是力求提供一套更具通用性的设计原则。在讨论高级验证方法学时，它巧妙地融合了传统仿真与形式验证的思想，没有厚此薄彼，而是强调了工具选择应基于设计复杂度来定。特别是对于SystemVerilog中的面向对象特性，书中不仅讲解了语法，还深入探讨了如何利用这些特性构建可重用、易维护的大型测试平台，这正是当前行业对IC设计工程师的迫切需求。可以说，这本书的内容深度和广度，都超越了普通“工具手册”的范畴，更像是一份结合了深厚工程经验和前沿方法论的“设计哲学指南”。阅读完毕后，我感觉自己的设计思维方式得到了根本性的提升，不再是机械地写代码，而是更注重结构化和健壮性。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计实在是一绝，拿到手的时候就感觉沉甸甸的，纸张的质感也相当不错，拿在手里翻阅时，那种油墨的清香和纸张的纹理，都让人心情舒畅。封面设计简洁而不失专业感，整体色调沉稳大气，很符合技术类书籍的调性。内页的排版也是下了功夫的，字体大小适中，行间距也处理得恰到好处，即便是长时间阅读，眼睛也不会感到特别疲劳。而且，书中那些代码示例的格式非常规范，高亮显示清晰明了，这对于我们这种需要经常对照代码学习的人来说，简直是太友好了。很多技术书籍在排版上都比较随意，导致阅读体验很差，但这本书在这方面做得非常出色，让人感觉作者对细节的把控非常到位。这种对物理呈现的重视，让阅读过程本身也成为了一种享受，而不是一种负担。每次翻开它，都有一种“沉浸式学习”的感觉，这在当前快节奏的电子阅读时代，显得尤为珍贵。可以说，这本书的制作工艺水平，完全配得上它所承载的专业知识。

评分☆☆☆☆☆

这本书在案例的选取上展现出了极高的专业性和前瞻性。它没有停留在教科书式的简单“Hello World”级别，而是直接切入了当前业界主流设计流程中经常遇到的棘手问题。比如，在处理跨时钟域同步、异步FIFO的设计校验，以及复杂的总线仲裁逻辑时，书中所展示的解决方案非常务实且具有实战价值。很多书籍在讲完理论后，给出的示例往往是孤立的、不完整的，让人学了也无处施展。但这本书不同，它提供的代码块往往是可以在实际IP核开发中直接借鉴或稍加修改就能用的“半成品”，这对于我们这些一线工程师来说，简直是节省了大量时间。更难能可贵的是，对于那些常见的性能瓶颈和潜在的竞争条件，作者都给予了明确的警示，并提供了具体的调试思路。这种“避坑指南”式的讲解，远比单纯的“如何实现”更有价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书的章节逻辑安排得非常巧妙，从基础概念的铺陈到复杂设计的深入探讨，过渡得行云流水，毫无生硬感。作者似乎非常了解初学者在学习新语言时会遇到的思维障碍，因此在关键知识点的讲解上，总是能精准地找到那个“ Aha！”的时刻。我特别欣赏它在引入新特性时，总是先给出清晰的背景和应用场景，而不是直接抛出语法定义。这种“场景驱动”的教学方式，极大地降低了理解的门槛。例如，在讲解某个高级抽象概念时，它会先用一个非常贴近实际项目的小例子来演示这个概念的必要性和优势，然后再深入剖析其底层机制。这种层层递进的结构，让读者能够带着目的去学习，而不是盲目地啃书本。相比于那些堆砌理论和晦涩定义的传统教材，这本书更像是一位经验丰富的前辈，耐心地引导你一步步搭建起知识体系的框架。

评分☆☆☆☆☆