System Verilog Functional Verification pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:McGraw-Hill

作者:Iman, Sasan/ Smith, Warren J.

出品人:

页数:350

译者:

出版时间:

价格:115

装帧:HRD

isbn号码:9780071489041

丛书系列:

图书标签:

• SystemVerilog
• Functional Verification
• Verification
• UVM
• FPGA
• ASIC
• Digital Design
• Testing
• Simulation
• Hardware

领域探索：现代集成电路设计与验证的基石 本书聚焦于集成电路（IC）设计流程中至关重要的一环：形式化验证（Formal Verification）。在当前系统级设计规模日益庞大、复杂度呈指数级增长的背景下，传统的仿真（Simulation）方法在覆盖率和证明完备性方面逐渐暴露出其局限性。形式化验证作为一种数学驱动的、能够提供绝对正确性证明的验证范式，正成为确保复杂数字电路功能正确性和安全性的核心技术。 本书并非着墨于SystemVerilog语言本身的应用，而是深入探讨如何利用数学逻辑、算法模型和抽象技术，从根本上解决数字系统验证的挑战。我们将读者置于一个更宏观、更底层的理论框架中，探究如何将硬件设计转化为可被精确分析的数学模型，并利用这些模型进行无可辩驳的验证。 第一部分：形式化验证的理论基础与数学建模 本部分旨在为读者构建坚实的理论基础，理解形式化验证区别于传统验证的本质。 第一章：从经验到精确：验证范式的演进 首先，我们将回顾数字系统验证的历史演变，从早期的手工检查、仿真测试平台搭建，到基于覆盖率驱动的迭代验证方法。重点分析仿真方法的局限性，例如状态空间爆炸问题（State Space Explosion）在验证大型设计时的瓶颈，以及随机测试与定向测试的内在不足。在此基础上，我们引入形式化验证的核心概念：穷尽搜索（Exhaustive Search）与数学证明（Mathematical Proof）。探讨如何在有限的计算资源内，通过智能的搜索策略和有效的状态压缩技术，实现对设计潜藏错误的彻底揭示。 第二章：逻辑与代数：硬件描述的数学基础 形式化验证的基石在于将硬件电路转化为可计算的数学结构。本章详细阐述了支撑形式化验证的几种关键逻辑系统： 布尔代数与命题逻辑（Propositional Logic）： 介绍如何将组合逻辑电路映射为布尔公式，以及如何利用判定问题（Satisfiability Problem, SAT）来解决电路的等价性检验。 一阶谓词逻辑（First-Order Predicate Logic）： 扩展到对时序行为和变量量化的描述能力，为描述复杂的系统属性奠定基础。 时序逻辑基础（Temporal Logic）： 这是验证动态系统的核心。我们将深入讲解线性时序逻辑（LTL）和计算树逻辑（CTL）的语法、语义以及它们如何精确表达时间流逝中的系统行为。重点分析“未来”（Future）和“全局”（Globally）等操作符的精确含义及其在硬件错误描述中的应用。 第三章：模型构建与抽象层级 成功的形式化验证依赖于高质量的抽象模型。本章讨论如何从RTL（寄存器传输级）代码中提取出最简化但能保留关键行为的数学模型： 抽象层次的选择： 介绍从门级、RTL级到高层算法级的不同抽象方法。探讨如何进行适当的数据路径抽象和控制逻辑抽象，以缩小需要搜索的状态空间。 等价性定义： 形式化验证的核心任务之一是证明两个设计（如RTL与门级网表，或不同RTL版本）在特定抽象级别上是功能等价的。本章详细解析等价性验证的数学定义和推导过程，包括引用模型（Reference Model）的构建。 第二部分：核心算法与验证技术 本部分转向形式化验证的实际操作层面，介绍驱动现代验证工具的关键算法和技术。 第四章：二元决策图（BDD）与状态空间表示 BDD是符号化模型表示和操作的基础。本章将详尽剖析BDD的数据结构、规范化（Canonicalization）特性，以及如何高效地进行逻辑操作（如合取、析取、量化）。我们将探讨BDD在表示大规模组合逻辑函数时的优势与局限，以及何时需要转向其他表示形式（如ZDDs）。 第五章：模型检验（Model Checking）的算法实现 模型检验是将系统模型与时序逻辑规范进行匹配的核心过程。 状态空间搜索策略： 介绍显式状态搜索（Explicit State Search）与符号化状态搜索（Symbolic State Search）的差异。重点分析如何利用BDD进行高效的符号化模型检验（Symbolic Model Checking），包括状态转移关系的构建和迭代算法（如迭代不动点计算）。 可达性分析与错误路径提取： 解释如何识别和定位导致规范不满足的反例（Counterexample），以及如何将抽象的反例路径重新映射回设计语言中的实际执行序列。 第六章：先进验证技术：归约与组合 随着设计规模的突破，标准的符号化模型检验面临瓶颈。本章介绍超越传统BDD范式的高级技术： 归约技术（Reduction Techniques）： 探讨关键路径分析（Critical Path Analysis）和上下文敏感的抽象（Context-Sensitive Abstraction）如何减小模型规模。重点介绍组合逻辑归约（Combinational Reduction）和时序逻辑归约（Sequential Reduction）的方法，例如如何识别和移除对特定规范不相关的状态变量。 等价性验证的强化： 深入研究迭代收敛（Iterative Convergence）算法在证明大型模块等价性时的应用，特别是如何处理反馈环路和复杂的内部状态结构。 第三部分：形式化验证在工业实践中的应用与挑战 本部分将视角从理论和算法转向实际工程应用，讨论形式化验证工具链的集成与面对的实际难题。 第七章：规范语言与属性描述 虽然形式化验证基于数学逻辑，但其输入和输出依赖于一套结构化的规范语言。本章将讨论如何将高层次的系统需求（Requirement）转化为严谨的LTL或CTL属性，并探讨工业界常用的属性描述语言的结构和语义。强调属性的完备性与描述的清晰度对验证成功率的影响。 第八章：混合验证方法论：仿真与形式化的协同 在现实世界中，纯粹的形式化验证往往成本高昂或难以实现（例如，需要大量外部输入序列的验证）。本章提倡一种混合验证（Hybrid Verification）策略，讨论如何利用形式化工具来验证关键控制逻辑、接口协议的正确性，同时利用仿真来验证数据处理、随机激励下的性能和边界条件。重点分析如何使用形式化工具的结果来指导和增强仿真测试集的生成。 第九章：可验证性设计（Design for Verifiability, DFV） 最后，本书探讨如何从设计初期就着手，使得设计更易于进行形式化分析。讨论在架构设计和RTL编码阶段应遵循的原则，例如如何设计状态机以避免复杂的不可预测的跳转、如何限制或明确定义外部接口的约束，从而避免因模型过于复杂或不明确而导致形式化工具无法收敛。这是一种面向未来、减少后期验证开销的前瞻性方法论。 通过对这些核心概念的深入剖析，本书旨在培养读者运用数学思维和严谨逻辑解决复杂数字系统正确性问题的能力，使其能够掌握在现代SoC和ASIC设计中不可或缺的高级验证技术。

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