Digital Design and Implementation with Field Programmable Devices pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Navabi, Zainalabedin

出品人:

页数:293

译者:

出版时间:

价格:$ 97.18

装帧:HRD

isbn号码:9781402080111

丛书系列:

图书标签:

数字设计
FPGA
可编程逻辑器件
VHDL
Verilog
数字电路
硬件描述语言
嵌入式系统
电子工程
计算机工程
数字系统设计

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具体描述

The focus of Digital Design and Implementation with Field Programmable Devices is on a practical knowledge of digital system design for programmable devices. The book covers all necessary topics under one cover, and covers each topic just enough that is actually used by an advanced digital designer. The book is broken into three sections, covering digital system design concepts, use of tools, and systematic design of digital systems. This book provides a recap of digital design topics and computer architectures and shows the Verilog language for synthesis. In addition, for an industrial setting, the book shows how existing design components are used in upper level designs, and how user libraries are formed and utilized. Using Altera's UP2 programmable device development board with this book helps engineers test and debug their designs before programming their programmable devices on production boards. In an educational setting, the book can be used as a complementary book for the basic logic design course, or a laboratory book for the sophomore logic design lab, or as a textbook for senior level design courses. Using Altera's UP2 programmable device education board with this book helps students see their designs being implemented and tested, and thereby get a down-to-wire understanding of how things work.

现代集成电路设计与验证：从规范到硅片实现图书简介本书深入探讨了现代集成电路（IC）设计与验证的完整流程，重点关注从高层次系统需求定义到最终物理实现的全过程。我们旨在为电子工程、计算机工程以及相关领域的学生和专业工程师提供一个全面、实用的参考指南，使他们能够驾驭当前异构系统设计中日益增长的复杂性。第一部分：系统级设计与抽象建模本部分奠定了现代IC设计的基础，强调系统规范的重要性以及如何有效地将其转化为可执行的模型。第1章：现代SoC架构与设计挑战本章首先剖析了当前片上系统（SoC）设计的核心挑战，包括功耗限制、性能需求、异构计算的融合（如CPU、GPU、DSP和加速器）以及可靠性考量。我们详细讨论了先进工艺节点（如7nm及以下）带来的物理限制，并引入了模块化设计、IP复用和设计抽象层次的概念，这些是管理大规模设计的关键策略。第2章：系统级建模与行为描述在硬件实现之前，精确的行为模型至关重要。本章专注于系统级描述语言（System-Level Description Languages, SLDLs），如SystemC或高层次C/C++建模。我们不仅介绍这些语言的语法和语义，更侧重于如何利用它们来快速迭代架构选择、进行性能和功耗的早期估算。讨论将涵盖事务级建模（TLM）框架，特别是TLM 2.0标准，以及如何通过不同抽象层次的模型来支持软件/硬件协同开发。第3章：算法到硬件的转换策略本章是连接软件意图与硬件实现的桥梁。我们将探讨如何分析算法的并行性、数据依赖性和可重用性，并将其映射到特定的硬件结构上。内容涵盖数据流分析、关键路径识别、内存访问模式优化，以及如何为特定算法选择最合适的计算范式（如SIMD、脉动阵列或流水线结构）。第二部分：硬件描述、综合与逻辑优化本部分深入数字硬件描述语言（HDL）的应用，以及如何将抽象行为转化为可综合的逻辑门电路。第4章：高级硬件描述语言（VHDL/Verilog/SystemVerilog）本章超越了基础语法，专注于高级设计技术。我们将详细讲解SystemVerilog在验证和设计中的强大能力，包括结构化建模、接口定义（Interfaces）和约束随机测试（Constrained Random Verification, CRV）的基础。在设计部分，我们将重点讨论如何编写清晰、无歧义且易于综合的代码，避免常见的编码陷阱，例如锁存器推断和时序竞争条件。第5章：逻辑综合与设计空间探索逻辑综合是将HDL代码转换为逻辑门网表（Netlist）的关键步骤。本章详细描述了综合过程的各个阶段：前端（语法分析、语义检查）和后端（逻辑优化、技术映射）。我们将探讨优化目标（如面积、时序、功耗）之间的权衡，并介绍如何使用综合工具的约束文件（SDC）来引导工具实现预期的性能指标。此外，我们还将讨论逻辑等价性检查（LEC）在确保综合结果与原始设计意图一致性方面的重要性。第6章：时序分析与约束管理现代高性能设计的核心在于时序收敛。本章全面阐述了静态时序分析（STA）的原理，包括建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的计算、时钟域交叉（CDC）的处理。重点内容是如何有效地创建和管理SDC约束，特别是在复杂的片上时钟网络（Clock Tree Synthesis, CTS）和多周期路径场景下的约束编写技巧。第三部分：物理实现与后端流程本部分涵盖了从逻辑网表到最终可制造版图（Layout）的整个后端设计流程，这是决定芯片实际性能和良率的关键环节。第7章：布局规划与电源完整性在物理实现阶段，合理的布局规划是成功的先决条件。本章讨论了芯片的宏观布局策略，包括I/O规划、模块分区和电源规划。我们深入探讨了电源完整性（Power Integrity）问题，如IR 压降（IR Drop）分析和电迁移（Electromigration, EM）的考量。内容涉及如何利用电源网格（Power Grid）设计来最小化电压波动，确保设计的鲁棒性。第8章：标准单元布局与布线技术本章详细描述了标准单元（Standard Cell）的使用、布局和多层金属布线技术。我们将比较不同布线层级的特性（如局部、中程和全局布线），并讨论布线拥塞（Congestion）的管理。章节内容包括设计规则检查（DRC）和版图验证（LVS）的重要性，确保物理实现符合晶圆代工厂的工艺要求。第9章：签核（Sign-off）流程与可制造性设计（DFM）签核是芯片流片前的最后一道关卡。本章系统介绍了签核阶段需要执行的各项分析，包括后仿真（Gate-Level Simulation）、精确的时序闭合（Post-Layout STA）、功耗签核（Static and Dynamic Power Analysis）。我们还将介绍可制造性设计（Design for Manufacturability, DFM）的实践，如适当的线宽和间距的控制，以提高芯片的成品率。第四部分：验证、测试与嵌入式系统集成本部分关注如何确保设计的正确性、可测试性，并将最终硬件与系统软件相结合。第10章：基于形式化的设计验证鉴于随机验证的局限性，本章介绍了形式化验证方法，特别是模型检测（Model Checking）和形式化等价性验证。我们将探讨如何利用这些技术来证明关键控制逻辑的正确性，以及它们在处理小规模、高风险功能模块时的优势。第11章：内置自测试（BIST）与可测试性设计（DFT）为了在制造过程中有效地检测缺陷，DFT技术是必不可少的。本章详细介绍了扫描链（Scan Chain）的插入、自动测试图案生成（ATPG）的原理，以及如何在设计中集成内建自测试（BIST）模块，如内存BIST（MBIST）和逻辑BIST，以实现高覆盖率的生产测试。第12章：硬件/软件接口与固件集成最终的芯片需要一个功能完善的固件来驱动。本章讨论了硬件和软件团队之间的协作模型，重点在于定义清晰的寄存器传输级（RTL）接口规范。内容包括中断处理机制、内存映射和访问协议的设计，确保系统启动和软件控制的顺利进行。本书的最终目标是提供一个跨越设计流程所有关键阶段的深度视角，强调在早期阶段进行设计决策对最终实现成本、性能和上市时间所产生的巨大影响。它不仅教授“如何做”，更侧重于“为什么这样做”，培养读者在复杂IC项目中的架构思维和问题解决能力。