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出版者:机械工业出版社

作者:阿森顿

出品人:

页数:570

译者:

出版时间:2005-6

价格:69.00元

装帧:平装

isbn号码:9787111162162

丛书系列:

图书标签:

• 硬件编程
• Electronic
• VHDL
• 硬件描述语言
• 数字电路设计
• FPGA
• Verilog
• 电子工程
• 可编程逻辑器件
• EDA
• 设计方法
• 综合设计

芯片设计与验证实用方法集锦 本书聚焦于现代集成电路设计流程中至关重要的软件工具应用、高效验证策略以及底层硬件描述语言（HDL）的高级技巧，旨在为电子工程师和专业学生提供一套切实可行的实践指导。 本书并非关注特定硬件描述语言（如 VHDL 或 Verilog）的语法细节或初级教程，而是将目光投向整个数字系统实现的宏大图景。我们深入探讨如何利用行业标准的 EDA（电子设计自动化）工具链，从系统级建模到最终的门级仿真，实现设计意图的精确落地。 第一部分：系统级建模与抽象设计 在现代复杂系统的设计初期，快速、高效地描述系统行为至关重要。本部分摒弃了对特定硬件结构描述的纠缠，转而关注更高层次的抽象建模技术。 1. 算法到硬件的映射策略： 我们详细分析了如何从高层次的算法描述（如 C/C++ 伪代码）中提取出可并行化和流水线化的结构。重点探讨了如何利用高层次综合（HLS）工具的原理，理解其优化策略，例如循环展开、数据路径共享以及内存访问模式的优化，这些优化直接影响最终的资源消耗和时序性能。本书不会提供具体的 HLS 语法指导，而是侧重于 “什么算法结构更容易被高效综合” 的设计哲学。 2. 行为建模与性能评估： 介绍如何使用如 SystemC 或纯粹的 MATLAB/Simulink 模型来快速验证设计的核心功能和整体系统性能指标（如吞吐量、延迟）。我们将重点放在如何建立一个准确的“黄金参考模型”，并定义出有效的性能度量标准，这些模型是后续 RTL 验证的基准，而不是 RTL 本身的设计指南。 第二部分：高效的 RTL 级设计模式与实践 本部分着重于跨语言（Verilog/SystemVerilog 视角）通用的、与具体语言特性无关的优秀设计实践。我们关注的是如何构建健壮、易于维护和综合的代码结构。 1. 通用同步电路设计原则： 深入探讨跨时钟域（CDC）处理的鲁棒方法。详细分析了握手协议（如异步 FIFO、双 D 触发器同步器、奇偶计数器）在实际应用中的陷阱和优化。内容将集中于如何选择最合适的同步机制以应对特定的时钟关系，而不是讲解如何用 HDL 语句实现一个寄存器。 2. 资源优化与约束驱动设计： 讲解如何通过理解底层逻辑单元（如查找表 LUT、触发器 FF、分布式 RAM）的工作原理，来指导 RTL 编码，从而更好地适应目标工艺库。讨论如何利用约束（Constraints）来指导布局布线工具的优化方向，例如时序路径的划分、关键路径的扇出控制，而非讲解如何编写时序约束文件本身。 3. 模块化接口设计： 强调设计接口（Interface）的清晰度和可重用性。探讨 AXI/AHB/APB 等标准总线协议背后的设计思想，着重于如何设计出完全自洽、具有良好封装性的外设接口，而非详细阐述每一条总线信号的时序图。 第三部分：高级验证方法学与覆盖率驱动验证 验证是现代芯片设计中耗时最长、成本最高的环节。本书提供了一套全面的、独立于特定语言的验证平台构建策略。 1. 验证环境的层次化构建： 系统地介绍了 UVM（通用验证方法学）的核心思想——可重用性、分层和抽象。本书侧重于 UVM 架构的原理：Factory 机制、配置对象（Config Object）、覆盖模型（Coverage Model）的抽象定义，以及如何构建一个可插拔的激励生成器（Sequencer/Driver）。我们不会提供具体的 UVM 类库代码实现，而是深入探究这些概念背后的设计目的。 2. 功能覆盖率与断言覆盖率： 详细阐述如何定义有效的功能覆盖组（Functional Coverage Groups）来衡量测试的充分性。同时，介绍 SVA（SystemVerilog Assertions）的强大之处在于其简洁地表达了时序逻辑属性的能力。重点讨论如何将系统级需求直接翻译成可被验证工具自动跟踪的断言，以及如何衡量断言的覆盖率。 3. 形式验证与等价性检查： 介绍形式验证（Formal Verification）在静态分析中的作用。解释其如何通过数学方法证明设计属性的正确性，特别是在 RTL 级别。探讨形式验证在验证异步逻辑和状态机方面的优势，以及如何准备可供形式验证工具使用的输入模型。 第四部分：设计流程的自动化与协作 本部分关注如何将设计和验证流程整合，实现持续集成和交付（CI/CD）。 1. 脚本化与自动化： 介绍如何使用 Tcl/Python 等脚本语言来驱动 EDA 工具链的各个阶段，实现自动化回归测试和设计参数的自动修改。重点在于构建一个标准化的、可重复的自动化脚本框架，而非具体的脚本代码编写。 2. 版本控制与协作： 讨论在大型设计项目中，如何有效地利用 Git 或 Perforce 等版本控制系统来管理海量的 HDL 源文件、约束文件和测试平台代码。强调分支策略、代码审查（Code Review）在确保设计质量中的关键作用。 --- 目标读者： 具备一定电子工程基础，希望从“会写代码”进阶到“构建高性能、可验证的复杂数字系统”的资深工程师、设计经理以及研究生。 本书旨在提供方法论、哲学和最佳实践，使读者能够独立评估和选择最适合其项目需求的工具和技术，构建出经得起市场检验的稳定芯片设计。

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坦白说，我在学习VHDL的过程中，遇到过不少困惑，尤其是在处理复杂的数据结构和算法实现方面。《VHDL设计指南》这本书，在某种程度上，给了我一些新的视角。我发现它在介绍VHDL中的数组（arrays）和记录（records）时，不仅仅停留在定义和使用层面，而是结合了一些实际的例子，比如如何用数组来表示存储器，如何用记录来封装一组相关的数据。这让我对如何组织和管理数据有了更清晰的认识。此外，书中在讲解过程控制语句（如`if-then-else`、`case`、`loop`）时，也给了不少关于如何将其映射到硬件的说明。这一点非常重要，因为很多时候，我们写出来的VHDL代码能否被有效地综合，关键就在于对这些语句在硬件层面的理解。我期待这本书能够更深入地探讨如何使用VHDL实现一些高级的数字信号处理（DSP）算法，比如滤波器、FFT等，并分享一些在实际设计中常用的优化技巧和性能提升方法。我也希望书中能涵盖一些关于VHDL代码风格和验证方法的最佳实践，帮助我写出更健壮、更易于维护的代码。

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这本书在结构安排上，给我的感觉是比较有条理的。它没有一股脑地堆砌大量的VHDL语法，而是非常有层次地逐步展开。从最基础的实体（entity）和架构（architecture）的概念，到信号（signal）、变量（variable）、常量（constant）的区分和使用，再到不同类型的语句，比如进程（process）、并发断言（concurrent assertions）、生成语句（generate statements）等等，都进行了相对清晰的介绍。我尤其注意到它在讲解并发语句（concurrent statements）时，强调了它们与进程语句（sequential statements）在执行上的不同，以及它们如何构成一个完整的硬件描述。这一点对于理解VHDL的并行性至关重要。书中也提到了关于类型转换（type conversion）和用户定义类型（user-defined types）的概念，这对于编写更严谨、更具可读性的代码非常有帮助。我非常期待书中能够更详细地介绍如何利用VHDL实现状态机（state machines），这在数字逻辑设计中是极为常见的模块，并且有很多不同的实现方式和优化技巧。我希望书中能涵盖有限状态机（FSM）的设计、仿真和综合，并给出一些实际的工程案例。

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这本书，我拿到手的时候，其实是抱着一种既期待又忐忑的心情。期待的是，市面上关于VHDL的书籍不算少，但真正能做到深入浅出、又涵盖实际项目需求的，却并非易事。我之前接触过几本，有的过于理论化，读起来像是在啃枯燥的教科书，跟实际的硬件开发脱节；有的又过于简单，讲解的都是些最基础的语法，对于已经有一定FPGA开发经验的人来说，帮助甚微。所以，我希望《VHDL设计指南》能在这两者之间找到一个平衡点。在翻阅了目录和前几章后，我初步觉得它在这方面做得还不错。它没有直接跳到复杂的算法实现，而是从VHDL的基本概念、信号、变量、进程等核心元素开始，循序渐进地进行讲解。而且，它在讲解每个知识点的时候，都尽量结合了一些小例子，虽然还不是完整的项目，但已经能让人对理论知识的应用有一个初步的认识。特别是关于时序逻辑和组合逻辑的区分，以及如何通过VHDL来描述这两种逻辑，这本书的讲解方式让我感觉比较清晰。我期待后续章节能更深入地探讨如何将这些基础知识融会贯通，构建出更复杂的数字逻辑电路，并最终应用到实际的FPGA设计流程中。

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老实说，我一直在寻找一本能够切实帮助我提升VHDL设计能力的实战型书籍，而不是那种停留在理论层面、纸上谈兵的教材。《VHDL设计指南》这本书，在这一点上，似乎给了我不少启发。我尤其欣赏它在介绍VHDL语言特性时，没有仅仅停留在语法层面的罗列，而是更侧重于从“如何用”的角度去讲解。例如，在描述进程（process）这个概念时，它并没有仅仅告诉我们“process是VHDL中的一个结构”，而是通过实际的电路行为来解释process的意义，以及在不同敏感度列表中（sensitivity list）下，进程会如何执行。这种解释方式，对于理解VHDL的并行执行模型非常有帮助。此外，书中在讲解数据类型和运算符时，也给了不少结合实际应用的提示，比如在描述状态机时，如何有效地使用枚举类型（enumerated types），以及各种逻辑运算符、算术运算符在实际电路中的映射关系。我注意到它还提到了关于时钟域（clock domain）的一些初步概念，这一点对于FPGA设计来说至关重要，很多潜在的时序问题都与时钟域的交叉有关。我非常期待书中能更详细地介绍如何设计和验证多时钟域的系统，以及一些常见的时钟同步和异步处理技巧。

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对于我这种从Verilog转向VHDL的学习者来说，找到一本能够帮助我快速适应VHDL思维模式的书籍至关重要。《VHDL设计指南》在这方面，的确给了我不少惊喜。Verilog的习惯性思维在VHDL中可能需要一些调整，比如VHDL的信号赋值（signal assignment）和变量赋值（variable assignment）的区别，以及它们在进程中的作用，这本书的讲解就非常到位。它不仅仅是简单地给出语法，而是深入剖析了这两种赋值方式在仿真和综合时的行为差异，这对于避免一些隐藏的bug非常有帮助。我特别喜欢书中关于“可综合性”（synthesizability）的讲解。很多VHDL语法在仿真时可能看起来没问题，但一旦送到综合工具，就会出现各种问题。这本书在这方面给了我不少警示，也介绍了一些在编写可综合代码时需要注意的原则和陷阱。例如，在描述寄存器和组合逻辑时，如何正确地使用`<=`和`:=`，如何避免产生锁存器（latches）。我希望后续章节能更进一步，介绍如何针对不同的FPGA架构（如Xilinx和Intel/Altera）进行优化设计，以及如何使用VHDL实现一些经典的IP核，比如RAM、ROM、FIFO等，并讲解其设计思路和注意事项。

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