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出版者:

作者:Ashenden, Peter J./ Lewis, Jim

出品人:

页数:256

译者:

出版时间:2007-12

价格:$ 65.48

装帧:

isbn号码:9780123742490

丛书系列:

图书标签:

• VHDL
• 硬件描述语言
• 数字电路
• FPGA
• Verilog
• 电子设计
• EDA
• 模拟器
• 综合
• 验证

《电子系统设计与验证》 一、本书定位与适用范围 本书旨在为电子工程、微电子学、计算机工程以及相关领域的学生、工程师和研究人员提供一个全面、深入且具有前瞻性的视角，探讨现代电子系统设计、实现与验证的复杂流程与关键技术。本书的核心关注点在于系统级思维的培养，以及如何利用先进的硬件描述语言和设计流程，将抽象的系统需求转化为可制造、高性能的实际电路。 本书内容涵盖了数字电路设计的基础理论、高级抽象建模方法、仿真与验证策略，以及面向特定应用领域的系统级设计实践。它不仅适用于希望夯实数字电路基础的初级学习者，更适合正在从事ASIC/FPGA设计、系统级验证（System-Level Verification, SLV）或寻求向电子系统架构师发展的专业人士。 二、核心内容模块详解 本书的结构精心设计，从基础理论逐步过渡到复杂系统的集成，共分为六大部分： 第一部分：数字系统设计基础与设计流程 本部分首先回顾了半导体器件的物理特性及其对数字逻辑的影响，为后续的设计奠定物理基础。重点阐述了现代电子设计自动化（EDA）工具链的演变及其在整个设计周期中的关键作用。 数字逻辑基石回顾： 晶体管级开关行为、CMOS逻辑族特性、静态与动态功耗分析。 设计流程概述： 从系统需求规格（SRS）到门级网表（Netlist）的完整流程，包括行为级描述、RTL级编码、综合、布局布线（Place & Route）的迭代关系。 设计约束与目标： 时序约束（Timing Constraints）的定义与重要性，面积、功耗、性能（Area, Power, Performance - APP）之间的权衡取舍原则。 第二部分：高层次硬件描述与抽象建模 本部分深入探讨了如何使用高级语言特性来描述复杂的硬件行为，强调了“行为抽象”在早期设计阶段的价值，以加速设计空间探索。 结构化与并发性描述： 模块实例化、信号连接、并发块与过程（Processes）的精确控制。 有限状态机（FSM）的精确建模： 单路时钟域与多路时钟域的同步与异步设计，毛刺（Glitch）的预防与消除。 数据通路组件的描述： 乘法器、除法器、移位寄存器阵列等运算单元的RTL级高效实现，避免非综合性结构。 时序与同步逻辑的准确表达： 区分组合逻辑与时序逻辑的编码规范，对亚稳态（Metastability）现象的初步介绍与应对策略。 第三部分：高性能数字模块设计实践 本部分聚焦于构建高性能、低延迟的关键IP核和模块的设计技巧。 流水线（Pipelining）技术： 深度流水线的设计原理、级间寄存器的放置、性能提升与引入的延迟惩罚分析。 时钟域交叉（Clock Domain Crossing, CDC）的鲁棒设计： 采用异步FIFO、握手信号协议（Handshaking Protocols）等技术确保数据在不同时钟域间安全传输，并详细解析跨时钟域的同步器设计。 片上总线接口设计： AMBA协议族（如AXI、AHB）的基本结构、仲裁机制与事务级建模（Transaction-Level Modeling, TLM）的概念引入。 资源优化与映射： 如何引导综合工具将设计映射到目标FPGA的特定资源（如DSP块、Block RAM）上，实现资源的最优利用。 第四部分：数字系统的验证与调试方法论 现代电子设计的瓶颈往往在于验证而非设计本身。本部分系统地介绍了从功能验证到形式验证的层次化验证策略。 验证环境的构建： 测试平台（Testbench）的结构、激励生成器（Stimulus Generation）与检查器（Checker）的开发。 仿真技巧与调试： 使用波形工具进行波形分析、断点设置，以及如何对复杂系统中的罕见场景进行调试。 形式验证基础： 对等价性检查（Equivalence Checking）的概念介绍，以及如何在特定场景下利用形式验证工具来证明设计的正确性，减少仿真覆盖的依赖。 覆盖率驱动的验证： 结构覆盖率（Code Coverage）与功能覆盖率（Functional Coverage）在确保验证完备性中的作用。 第五部分：低功耗设计与DFT考量 随着移动设备和物联网的兴起，功耗成为系统设计的核心约束之一。同时，确保设计的可测试性也至关重要。 低功耗设计技术： 门控时钟（Clock Gating）、电源门控（Power Gating）的原理与实现，寄存器重定时技术（Retiming）。 静态功耗与动态功耗的量化分析： 如何在设计阶段估算功耗。 可测性设计（Design For Testability, DFT）： 扫描链（Scan Chain）的插入、内建自测试（Built-In Self-Test, BIST）的基本概念及其对设计时序的影响。 第六部分：系统级集成与高级设计范式 本部分将视角提升到系统层面，探讨如何集成多个复杂IP并应对现代SoC（System-on-Chip）的设计挑战。 多核与并行处理架构： 异构计算单元的互联与数据流管理。 内存系统设计： 缓存一致性（Cache Coherency）的基础概念、内存访问模式对系统性能的影响。 物理实现的影响： 布局布线结果对时序和信号完整性的反馈，设计收敛（Design Closure）的策略。 三、本书特色与优势 深度与广度的平衡： 本书不仅覆盖了数字设计的“如何做”（How-to），更深入探究了“为何如此”（Why），为读者提供了扎实的理论支撑。 面向实践的案例驱动： 穿插了大量经过验证的、可应用于实际项目的代码示例和设计模式，强调工业级标准和最佳实践。 强调验证的重要性： 将验证视为设计同等重要的组成部分，而非事后补救，培养读者“设计即验证”的思维。 技术前沿的视野： 尽管关注基础理论，但始终结合当前主流的工艺节点和设计挑战进行讨论，确保内容的实用性和时效性。 本书致力于成为一本涵盖现代数字系统设计全生命周期的权威参考手册，帮助读者跨越从RTL编码到系统实现之间的鸿沟，成功驾驭下一代复杂电子产品的设计任务。

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