深亚微米FPGA结构与CAD设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:210

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出版时间:2008-11

价格:29.80元

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isbn号码:9787121074554

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《深亚微米FPGA结构与CAD设计》 本书聚焦于集成电路设计领域中日益重要的可编程逻辑器件——现场可编程门阵列（FPGA）的设计与实现。随着半导体技术的飞速发展，器件的几何尺寸不断缩小，工艺节点进入深亚微米乃至纳米级别，这为FPGA的性能提升和集成度增加带来了前所未有的机遇，同时也带来了严峻的技术挑战。本书旨在深入剖析深亚微米工艺环境下FPGA的内在结构特征、工作原理及其配套的计算机辅助设计（CAD）工具链，为读者提供一套全面、系统且贴近前沿的知识体系。 第一部分：深亚微米FPGA的结构精髓 在本部分，我们将首先从微观层面揭示深亚微米工艺对FPGA基本逻辑单元、互连资源以及时序管理所带来的深刻影响。 下一代逻辑单元的演进： 传统FPGA的查找表（LUT）结构在深亚微米工艺下将如何演变以适应更高的时钟频率和更低的功耗？本书将详细探讨如更小尺寸的LUT（如3-LUT、2-LUT）、内容可寻址存储器（CAM）等新型逻辑块的结构设计、配置存储器（如SRAM、Anti-fuse）的优化以及逻辑块间的串联和并行处理机制。我们将深入分析这些结构在实现复杂逻辑功能时的效率提升和资源消耗的权衡。 高密度互连网络的构建： 随着逻辑单元数量的激增，高效且低延迟的互连网络成为FPGA性能的关键瓶颈。本书将系统阐述深亚微米工艺下FPGA互连结构的演进，包括： 布线资源层次化设计： 讨论如何通过多层金属布线、开关矩阵（Switch Matrix）的设计优化、信道宽度和长度的匹配，来降低信号传播延迟和串扰。 全局路由与局部路由的协同： 分析不同级别的布线资源（全局布线、区域布线、局部布线）之间的配合策略，以及如何利用高性能的专用互连资源（如片内网络-NoC）来加速数据传输。 布线延迟与时钟网络设计的挑战： 探讨在深亚微米工艺下，布线延迟的精确建模和预测，以及如何设计低偏斜、低抖动的时钟分配网络（Clock Tree Synthesis）来满足高速设计的时序要求。 时序与功耗的精细化管理： 深亚微米工艺带来了更高的集成度和更快的开关速度，但也使得静态功耗和动态功耗问题日益突出。本书将重点分析： 时序分析与约束： 深入讲解时序建模、静态时序分析（STA）的基本原理，以及如何在设计流程中有效地建立时序约束，以确保设计满足最坏情况下的时序要求。 功耗优化技术： 探讨在硬件结构层面实现功耗降低的技术，包括门控时钟（Clock Gating）、电源门控（Power Gating）、动态电压和频率调整（DVFS）等，以及它们在深亚微米FPGA中的具体实现方式。 可靠性与可制造性设计： 触及深亚微米工艺带来的新的可靠性挑战，如量子效应、互连可靠性等，并介绍相关的可制造性设计（DFM）原则。 第二部分：深亚微米FPGA的CAD设计实践 强大的CAD工具是实现复杂FPGA设计的基石。本部分将详细介绍支持深亚微米FPGA设计流程的CAD工具链及其核心算法。 综合（Synthesis）： 逻辑综合： 深入分析将高层次描述语言（如Verilog、VHDL）转换为由FPGA基本逻辑单元（LUT、触发器）组成的网表（Netlist）的过程。重点介绍现代综合工具如何在深亚微米工艺下，根据目标器件的结构和时序、面积、功耗约束，进行逻辑优化、资源分配和映射。 时序驱动的综合： 强调时序约束在综合过程中的关键作用，以及工具如何利用时序信息来指导优化决策，确保逻辑功能满足高性能要求。 布局（Placement）： 算法与策略： 详细讲解将逻辑网表中的逻辑单元放置到FPGA物理器件上的布局过程。讨论常用的布局算法，如模拟退火、力导向算法、遗传算法等，以及在深亚微米工艺下，如何考虑逻辑单元间的连接关系、时钟域、功耗区域等因素，以优化整体布线和时序。 延迟感知布局： 阐述如何将时序信息融入布局阶段，实现延迟驱动的布局，从而最大限度地减少关键路径延迟。 布线（Routing）： 流水线式布线与整体布线： 详细介绍将逻辑单元间的连接线（Net）映射到FPGA物理布线资源的过程。分析不同的布线算法，如Prim算法、Dijkstra算法、Lee算法等，以及它们在处理大规模、高密度FPGA布线时的优劣。 时序驱动布线： 重点讲解布线过程如何响应时序约束，通过调整布线路径、增加或减少布线长度来满足时序要求。 串扰与信号完整性： 探讨在深亚微米工艺下，布线过程中可能出现的串扰（Crosstalk）问题，以及CAD工具如何通过布线策略来缓解这些问题，确保信号的完整性。 时序分析与优化（Timing Analysis and Optimization）： 静态时序分析（STA）： 详细介绍STA工具如何通过遍历设计中的所有时序路径，计算建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）违例，并生成详细的时序报告。 时序修复： 讨论在STA发现时序违例后，如何通过CAD工具自动或半自动地进行时序修复，例如调整逻辑、修改布局布线、插入缓冲器等。 物理验证与可制造性（Physical Verification and Manufacturability）： 设计规则检查（DRC）： 介绍CAD工具如何检查设计是否符合深亚微米工艺的设计规则，以确保器件能够被成功制造。 寄生参数提取： 讲解如何从物理布局布线结果中提取寄生电阻和寄生电容，这些参数对于精确的时序和功耗分析至关重要。 版图与网表一致性检查（LVS）： 确保物理版图与逻辑网表在功能上完全一致，防止制造错误。 本书的特色： 理论与实践并重： 既深入讲解深亚微米FPGA结构背后的理论基础，也详细阐述CAD工具在设计流程中的具体应用和算法原理。 前沿技术导向： 关注当前以及未来几年FPGA技术发展趋势，为读者提供具有前瞻性的知识。 结构化讲解： 将复杂的FPGA设计流程分解为逻辑单元、互连、时序、CAD工具等多个模块，层层递进，便于理解。 面向读者： 适合对FPGA技术感兴趣的电子工程、计算机科学等专业的本科生、研究生，以及从事ASIC/FPGA设计、EDA工具开发等工作的工程师。 通过阅读本书，读者将能够深入理解深亚微米FPGA的内在机理，熟练掌握FPGA的设计流程和CAD工具的使用，为开发高性能、低功耗的FPGA应用打下坚实的基础。

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**第二段评价** 作为一个常年在数字电路和系统级设计领域打滚的工程师，我习惯于用挑剔的眼光审视技术书籍。坦白说，市面上充斥着大量只是将标准教科书内容重新包装的作品，缺乏真正的创新和深度洞察。然而，这本书给我的感觉完全不同。它不仅仅是在描述“是什么”，更深入地探讨了“为什么”和“如何才能做得更好”。书中对于特定工艺节点下，亚微米级设计所面临的寄生效应、时序约束等挑战的分析，细致入微，几乎可以嗅到芯片上晶体管层面的气息。我特别欣赏作者在阐述设计流程自动化（CAD）工具链集成方面的详尽论述，这部分内容对于提高现代FPGA设计效率具有指导性意义。它没有停留在工具使用的表面介绍，而是深入到算法和数据结构层面，解析了布局布线、时钟树综合等核心模块背后的数学原理。这对于希望从“使用工具”跃升到“理解和优化工具”的进阶读者来说，无疑是一份极其宝贵的参考资料。

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**第五段评价** 这本书的价值，我认为远超出了其作为一本纯粹的教科书的范畴，它更像是一部凝聚了丰富实践经验的“设计哲学”指南。它没有过度神化任何单一的工具或标准，而是着眼于底层原理的构建，培养读者独立分析和解决问题的能力。特别是书中对设计流程中人为因素和自动化工具相互作用的探讨，非常深刻。作者指出，再强大的CAD工具也无法替代设计师对系统架构的深刻理解和对潜在瓶颈的预判能力。这种“人机协同”的设计理念，在当今复杂SoC的开发中显得尤为重要。我特别欣赏作者在附录中对未来发展趋势的展望，这部分内容激发了我对于下一代可重构计算架构的浓厚兴趣。总而言之，这本书是一部具有长久参考价值的经典之作，它不仅教授知识，更塑造了工程师的思维方式。

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**第三段评价** 我对这本书的阅读体验可以用“沉浸式学习”来形容。书中的案例选择极具代表性，涵盖了从高性能计算到低功耗嵌入式系统的多个前沿应用场景。作者似乎深谙读者的阅读心理，总能在关键的技术拐点设置“思考题”或“设计挑战”，促使读者暂停下来，主动思考如何应用刚学到的知识来解决一个实际问题。我尝试着按照书中的指导搭建了一个小型的硬件加速器模型，过程中发现书中提到的优化技巧，比如流水线级的精细调整和资源共享策略，极大地改善了原有的性能指标。更令人称赞的是，书中对设计收敛性的讨论，探讨了在资源受限情况下如何平衡功耗、面积和性能这“不可能三角”。这本书的价值在于，它提供了一套完整、可验证的设计方法论，而不是零散的知识点堆砌。读完后，我感觉自己对整个FPGA设计生态的理解达到了一个新的高度。

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**第四段评价** 这本书的学术严谨性毋庸置疑，但更难得的是其语言风格的清晰和可读性。很多硬核技术书籍往往因为过度追求专业术语的堆砌而显得晦涩难懂，让人望而却步。但这本书的作者似乎擅长用精确而简洁的语言来描绘复杂的物理现象和算法流程。例如，在讨论跨时钟域同步设计时，作者没有用冗长复杂的文字，而是用一个简洁的示意图结合精炼的文字说明，将握手协议的细节和潜在的亚稳态问题解释得一清二楚。对于初入FPGA领域的学生而言，这本书提供了一个平滑的切入点，让他们能够迅速建立起系统的概念框架。而对于经验丰富的开发者来说，书中穿插的一些关于最新IP核架构和高层次综合（HLS）的探讨，又能提供及时的知识更新和前瞻性的视角，确保读者不会在快速迭代的技术浪潮中掉队。整体阅读过程是高效且愉快的。

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**第一段评价** 这本书的封面设计和排版着实让人眼前一亮，整体感觉非常专业且具有学术气息。装帧质量上乘，纸张手感细腻，印刷清晰，即便是细小的电路图和代码块也能看得一清二楚，这对于深度学习技术细节的读者来说至关重要。内容组织上，作者显然是花费了大量心血进行梳理，从基础理论的引入到复杂架构的剖析，逻辑衔接得非常自然流畅。初读时，虽然对某些前沿概念有些陌生感，但通过文中详尽的图示和循序渐进的讲解，我很快就能抓住核心思路。尤其是对于硬件描述语言（HDL）的应用实例，编写得既贴合实际工程需求，又充满了设计上的精妙之处，让人在学习理论的同时，也获得了实操层面的巨大提升。这种兼顾理论深度与工程实践的平衡感，是很多同类书籍难以企及的。阅读过程中，时不时会发现一些作者独到的见解，这些“黄金句点”为我打开了新的思考角度，远超我对一本技术手册的预期。

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