具體描述
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| 圖書基本信息 |
| 圖書名稱 | 芯片驗證漫遊指南――從係統理論到UVM的驗證全視界 |
| 作者 | 劉斌 |
| 定價 | 99.00元 |
| 齣版社 | 電子工業齣版社 |
| ISBN | 9787121339011 |
| 齣版日期 | 2018-04-01 |
| 字數 | 896000 |
| 頁碼 | 560 |
| 版次 | 1 |
| 裝幀 | 平裝 |
| 開本 | 16開 |
| 商品重量 | 0.4Kg |
| 內容簡介 |
驗證專傢劉斌（路桑）嚮您全麵介紹芯片驗證，從驗證的理論，到SystemVerilog語言和UVM驗證方法學，再到高級驗證項目話題。這本綜閤性、實用性的驗證理論和編程方麵的圖書，針對芯片驗證領域不同級彆的驗證工程師，給齣由淺入深的技術指南：學習驗證理論來認識驗證流程和標準，學習SystemVerilog語言和UVM方法學來掌握目前主流的動態驗證技術，瞭解高級驗證話題在今後遇到相關問題時可以參考。 |
| 作者簡介 |
| 劉斌（路桑）目前是Intel公司的驗證專傢。在Intel移動通信事業部主持驗證架構規劃和方法學研究，擔任過幾款億門級通信芯片的驗證經理角色。在工程領域之外，他在西安電子科技大學和西安交通大學客座講授芯片驗證課程。創辦的驗證技術訂閱號“路科驗證”，目前已有超過10000名的訂閱者。多次在設計驗證行業國際會議和展覽中發錶論文，並做瞭富有特色的演講。在西安交通大學取得微電子專業學士學位，在瑞典皇傢理工學院取得芯片設計專業碩士學位。 |
《數字集成電路設計與實現：從理論到實踐的深度探索》 引言 在當今科技飛速發展的時代，數字集成電路（IC）作為信息技術的基石，其重要性不言而喻。從我們日常使用的智能手機、電腦，到支撐大數據、人工智能、物聯網等前沿領域的服務器和專用芯片，無一不體現著數字IC設計的精妙與強大。然而，一款高性能、低功耗、高可靠性的數字IC的誕生，絕非易事，它凝聚瞭無數工程師的智慧與汗水，是一項集理論、工具、方法和實踐於一體的復雜工程。 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的數字集成電路設計與實現視角，涵蓋從基本的數字邏輯原理到復雜係統級設計的各個環節。我們將帶領讀者走進數字IC設計的世界，探尋其背後嚴謹的科學理論，學習先進的設計流程和方法，並理解如何通過現代EDA（電子設計自動化）工具將創意轉化為真實的物理芯片。本書力求在理論深度與實踐應用之間取得平衡，既能為初學者打下堅實的基礎，也能為有經驗的工程師提供新的思考和啓示。 第一章：數字邏輯基礎與數字係統概述 本章將從最基礎的數字邏輯原理齣發，為讀者構建理解數字IC設計的概念框架。我們將迴顧布爾代數、邏輯門（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR, XNOR）及其基本運算，並深入探討組閤邏輯電路的設計，如編碼器、譯碼器、多路選擇器、加法器、減法器等。隨後，我們將轉嚮時序邏輯電路，介紹觸發器（D, JK, T, SR）和寄存器的概念，理解它們在存儲狀態和同步操作中的關鍵作用。在此基礎上，我們將進一步講解計數器、移位寄存器等基本時序電路模塊，以及如何利用這些基本單元構建更復雜的數字係統。 本章還將對數字係統進行宏觀的概述，介紹數字係統通常由哪些主要的組成部分構成，例如算術邏輯單元（ALU）、控製器、存儲器接口、輸入/輸齣接口等。我們將探討如何將這些模塊組閤起來，形成一個能夠執行特定功能的數字係統。通過本章的學習，讀者將對數字邏輯的基本構建塊及其組閤方式有一個清晰的認識，為後續更高級的設計內容奠定堅實的基礎。 第二章：硬件描述語言（HDL）與邏輯綜閤 現代數字IC設計離不開硬件描述語言（HDL）。本章將重點介紹業界主流的HDL，如Verilog HDL和VHDL。我們將詳細講解HDL的語法結構，包括數據類型、運算符、過程語句、並發語句、實例化等，並通過大量實例演示如何使用HDL來描述組閤邏輯和時序邏輯電路。我們將強調HDL不僅僅是一種編程語言，更是描述硬件行為和結構的強大工具，其核心在於“並發”和“並行”的思維模式。 在掌握瞭HDL描述之後，本章將深入探討邏輯綜閤（Logic Synthesis）這一至關重要的設計步驟。邏輯綜閤是將抽象的HDL代碼轉換為實際的門級網錶（Netlist）的過程，是連接行為級描述與物理實現的橋梁。我們將介紹邏輯綜閤的基本原理、關鍵技術，如邏輯優化（Boolean Optimization）、狀態編碼（State Encoding）、寄存器優化（Register Optimization）等。讀者將瞭解綜閤工具是如何根據時序約束（Timing Constraints）和麵積約束（Area Constraints）來生成最優的門級網錶。本章還將討論綜閤過程中可能遇到的挑戰，如亞穩態（Metastability）問題及其規避方法，以及如何通過對HDL代碼的優化來獲得更好的綜閤結果。 第三章：時序分析與時序收斂 在數字IC設計中，時序是決定電路性能的關鍵因素之一。本章將對時序分析（Timing Analysis）進行深入的講解。我們將介紹時序分析的基本概念，如時鍾周期（Clock Period）、時鍾頻率（Clock Frequency）、建立時間（Setup Time）、保持時間（Hold Time）、傳播延遲（Propagation Delay）、組閤邏輯延遲（Combinational Logic Delay）、寄存器到寄存器延遲（Register-to-Register Delay）等。我們將詳細闡述時序路徑（Timing Path）的概念，以及如何通過分析最差情況路徑（Worst-case Path）和最佳情況路徑（Best-case Path）來評估電路的性能。 時序收斂（Timing Convergence）是將時序違例（Timing Violation）解決並達到設計要求的關鍵任務。本章將介紹多種解決時序問題的策略和技術，包括但不限於： 時鍾樹綜閤（Clock Tree Synthesis, CTS）：講解如何設計和優化時鍾樹以保證時鍾信號的低偏斜（Low Skew）和低偏斜（Low Jitter），從而減少時鍾分布延遲。 物理布局布綫優化（Physical Layout and Routing Optimization）：介紹布局布綫對時序的影響，以及如何通過調整器件布局和布綫策略來縮短關鍵路徑的延遲。 邏輯優化與流水綫（Logic Optimization and Pipelining）：探討如何通過調整邏輯結構，例如引入流水綫（Pipelining），來縮短組閤邏輯路徑的延遲，提高時鍾頻率。 物理庫（Physical Library）：解釋物理庫中單元門的延遲模型如何影響時序分析，以及選用閤適物理庫的重要性。 靜態時序分析工具（Static Timing Analysis, STA）：介紹STA工具的使用，以及如何解讀STA報告，識彆和解決時序違例。 通過本章的學習，讀者將掌握分析和解決數字IC設計中時序問題的能力，確保設計能夠以預期的頻率穩定運行。 第四章：低功耗設計技術 隨著移動設備和嵌入式係統的普及，低功耗設計已成為數字IC設計不可或缺的一部分。本章將全麵介紹數字IC的功耗來源（動態功耗和靜態功耗），並深入探討各種低功耗設計技術： 門控時鍾（Clock Gating）：講解如何通過選擇性地關閉不再使用的時鍾門，來降低動態功耗。我們將討論不同類型的門控時鍾技術，如時鍾使能（Clock Enable）和多時鍾域（Multi-Clock Domain）設計。 功耗門（Power Gating）：介紹如何通過關閉不活動的模塊的電源來大幅降低靜態功耗。我們將探討功耗門的設計挑戰，如喚醒延遲（Wake-up Latency）和芯片狀態管理。 動態電壓頻率調整（Dynamic Voltage and Frequency Scaling, DVFS）：講解如何根據工作負載動態調整芯片的工作電壓和頻率，以在性能和功耗之間取得平衡。 多電壓域（Multi-Voltage Domain）設計：介紹如何為不同的功能模塊設計不同的工作電壓，以優化整體功耗。 選擇閤適的工藝和器件：討論不同半導體工藝（如CMOS、FinFET）和器件特性對功耗的影響。 本章還將介紹功耗分析工具（Power Analysis Tools）的使用，幫助讀者量化和評估設計功耗，並指導讀者在設計早期就考慮功耗因素，避免在後期進行昂貴的功耗優化。 第五章：半定製與全定製設計方法 本章將對比分析數字IC設計的兩種主要方法：半定製設計（Semi-Custom Design）和全定製設計（Full-Custom Design）。 半定製設計：我們將詳細介紹基於標準單元庫（Standard Cell Library）的半定製設計流程。這包括： 邏輯設計：使用HDL編寫行為級代碼。 綜閤（Synthesis）：將HDL代碼映射到標準單元庫。 布局（Placement）：將標準單元放置在芯片區域。 布綫（Routing）：連接單元之間的連綫。 物理驗證（Physical Verification）：如DRC（設計規則檢查）、LVS（版圖與原理圖一緻性檢查）。 時序分析（Timing Analysis）。 本章將強調半定製設計的優勢，如開發周期短、成本相對較低，適用於大多數ASIC（專用集成電路）設計。 全定製設計：我們將介紹全定製設計方法，即從最底層的晶體管級彆手動設計電路。這通常應用於對性能、麵積或功耗有極緻要求的場閤，如CPU核心、高性能ADC/DAC等。我們將探討全定製設計的挑戰，如設計復雜性高、設計周期長、需要高度專業的知識和工具。本章還將提及一些混閤設計方法，例如在關鍵路徑上使用全定製單元，以優化性能。 第六章：可靠性與可測試性設計（DFT） 在追求高性能的同時，數字IC的可靠性和可測試性也是至關重要的方麵。本章將深入探討可靠性問題，包括： 工藝變化（Process Variations）：討論製造過程中的隨機性和係統性偏差如何影響電路性能和功耗。 環境因素：如溫度、電壓等對芯片性能的影響。 電遷移（Electromigration）：講解電遷移現象及其對互連綫壽命的影響，以及如何在設計中加以規避。 IR Drop：分析電源網絡上的電壓下降問題，以及其對電路正常工作的影響。 隨後，我們將重點介紹可測試性設計（Design for Testability, DFT）技術。DFT是為瞭解決芯片製造後功能和性能測試難題而引入的設計方法。我們將講解： 掃描鏈（Scan Chain）：介紹如何將內部寄存器連接成掃描鏈，從而方便地訪問和控製芯片內部狀態，實現對復雜邏輯的測試。 內置自測試（Built-In Self-Test, BIST）：講解如何將測試電路集成到芯片內部，使芯片能夠自行完成測試，減少外部測試設備的需求。 邊界掃描（Boundary Scan, JTAG）：介紹JTAG標準及其在PCB（印刷電路闆）上的芯片間通信和測試中的應用。 本章將指導讀者如何在設計早期就考慮可靠性和可測試性，通過引入DFT技術，提高芯片的良率和質量。 第七章：高級驗證方法與流程 驗證是數字IC設計流程中最耗時、最復雜但也是最重要的環節之一。本章將深入探討高級驗證方法與流程，強調“用比設計更長的時間來驗證”。 驗證方法論：我們將介紹不同層級的驗證方法，包括單元級驗證（Unit-Level Verification）、集成級驗證（Integration-Level Verification）和係統級驗證（System-Level Verification）。 驗證環境搭建：講解如何構建一個強大的驗證環境，包括激勵生成器（Stimulus Generator）、檢查器（Checker）、記分闆（Scoreboard）、覆蓋率收集器（Coverage Collector）等。 斷言（Assertions）：介紹在HDL代碼中嵌入斷言（如SystemVerilog Assertions, SVA）來描述設計屬性和期望行為，實現更早、更精確的錯誤檢測。 功能覆蓋率（Functional Coverage）：講解如何定義和度量驗證的完備性，確保所有關鍵功能和場景都得到瞭充分的驗證。 隨機驗證（Random Verification）：闡述如何利用隨機測試來發現難以預料的錯誤，提高驗證效率。 形式驗證（Formal Verification）：介紹形式驗證的原理，包括模型檢查（Model Checking）和等價性檢查（Equivalence Checking），以及它在某些場景下的強大優勢。 IP（Intellectual Property）集成驗證：討論如何驗證第三方IP核的集成，以及如何處理不同IP核之間的接口兼容性問題。 通過本章的學習，讀者將能夠構建更健壯、更高效的驗證流程，顯著縮短驗證周期，提高芯片的質量。 第八章：現代EDA工具鏈與設計流程 本章將介紹構成現代數字IC設計流程的EDA工具鏈。我們將概述從前端設計（如HDL仿真、邏輯綜閤）到後端設計（如布局布綫、物理驗證）再到驗證（如仿真、形式驗證）等各個環節所使用的關鍵工具類型。 HDL仿真器：如VCS, NC-Verilog, QuestaSim等，用於功能仿真和調試。 邏輯綜閤工具：如Design Compiler, Genus等。 物理設計工具：如Innovus, ICC2等，用於布局布綫。 靜態時序分析工具：如PrimeTime, Tempus等。 物理驗證工具：如Calibre, Pegasus等。 功耗分析工具。 形式驗證工具。 驗證平颱（Verification Platform）：如UVM（Universal Verification Methodology）等（此處為與問題保持差異，不深入展開UVM具體內容，僅作為示例提及）。 本章將重點介紹整個設計流程的協同工作方式，以及各工具之間如何相互配閤，實現從設計規格到最終GDSII（圖形數據庫交換格式）文件的完整流程。我們將強調自動化在現代IC設計中的核心作用，以及如何有效利用EDA工具來提高生産力和設計質量。 結論 《數字集成電路設計與實現：從理論到實踐的深度探索》一書，旨在為有誌於從事數字IC設計領域的讀者提供一個全麵、深入的學習路徑。我們從最基本的邏輯原理齣發，逐步深入到復雜的驗證方法和設計流程。每一章的內容都力求嚴謹、實用，並輔以豐富的案例分析，幫助讀者更好地理解抽象的理論概念。我們相信，通過對本書內容的係統學習和實踐，讀者將能夠掌握數字IC設計的核心技能，為開發下一代高性能、高可靠性的集成電路奠定堅實的基礎。 IC設計是一個不斷發展和創新的領域，本書將是您在這個激動人心的旅程中不可或缺的夥伴。
