Synthesis Series on Digital Circuits Volume 1 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Morgan & Claypool Publishers

作者:Thornton, Mitchell

出品人:

页数:438

译者:

出版时间:2010-10-15

价格:USD 85.00

装帧:

isbn号码:9781608453108

丛书系列:

图书标签:

• 数字电路
• 集成电路
• 电子学
• 计算机工程
• VLSI
• 数字系统设计
• 电路分析
• 半导体
• 嵌入式系统
• 逻辑设计

Synthesis Series on Digital Circuits Volume 1 引言 本书是“数字电路综合系列”的首部曲，旨在为读者提供深入理解数字电路设计与实现过程中至关重要的“综合”环节的坚实基础。在当今快速发展的电子设计领域，数字电路的复杂度呈指数级增长，手动进行电路设计已成为一项艰巨且耗时的任务。自动化设计工具，特别是逻辑综合工具，已成为必不可少的利器。本书正是聚焦于这一核心技术，详细阐述其原理、方法与应用，为读者打开数字电路设计的全新视角。 第一部分：数字电路基础与综合概述 本部分将从数字电路设计的根基出发，回顾必要的逻辑设计原理，并引入“综合”这一概念。 数字逻辑基础回顾： 我们将快速回顾布尔代数、逻辑门、组合逻辑和时序逻辑等核心概念。理解这些基础知识对于掌握后续的综合技术至关重要。内容将侧重于这些概念在描述和简化电路中的作用，为进入更抽象的设计层面做准备。 从行为级到门级的抽象： 本节将详细介绍数字电路设计中的抽象层次。我们将讨论如何使用硬件描述语言（HDL）如Verilog或VHDL来描述电路的功能（行为级），以及这些描述如何被转化为由基本逻辑门组成的网表（门级）。重点在于理解这种转换过程的意义和挑战。 逻辑综合的定义与目标： 什么是逻辑综合？它在整个数字芯片设计流程中扮演何种角色？本书将清晰地界定逻辑综合的概念，并深入探讨其主要目标：实现设计功能、优化电路性能（速度、面积、功耗）、满足设计约束条件。我们将分析这些目标之间的相互制约关系。 综合工具的工作流程： 了解自动化综合工具的内部工作机制是掌握其应用的先决条件。本节将概述一个典型的综合工具所执行的主要步骤，包括：语法检查、语义分析、逻辑优化、技术映射等。读者将初步认识到这个复杂过程是如何由工具自动完成的。 综合的意义与优势： 为什么要进行逻辑综合？相比于手动设计，综合带来了哪些革命性的变化？我们将强调逻辑综合在缩短设计周期、提高设计质量、实现复杂设计、降低设计成本等方面的显著优势。 第二部分：硬件描述语言（HDL）与行为级建模 本部分将深入探讨如何使用硬件描述语言来表达数字电路的设计意图，为后续的综合奠定基础。 Verilog/VHDL入门： 本节将提供对Verilog或VHDL（根据本书的具体侧重选择一种或两种）基础语法的介绍，重点关注如何描述数字电路的结构和行为。内容将涵盖模块声明、端口、数据类型、赋值语句（阻塞与非阻塞）、运算符等。 行为级建模技术： 行为级建模是利用HDL描述电路功能的最常用方法。我们将详细讲解如何使用`always`块、`if-else`语句、`case`语句、循环语句等来描述组合逻辑和时序逻辑的行为。我们将通过丰富的实例来展示不同行为的表达方式。 结构级建模技术： 除了行为级描述，我们还将介绍结构级建模，即直接实例化和连接门级元件。虽然在现代设计流程中不如行为级建模常用，但理解结构级建模有助于更好地理解综合工具如何处理门级网表。 数据流建模： 本节将介绍如何使用连续赋值语句来描述数据流，这种方式特别适用于描述组合逻辑。我们将分析数据流建模与行为级建模在描述组合逻辑时的异同。 HDL代码风格与约束： 编写高质量的HDL代码是获得良好综合结果的关键。我们将讨论良好的编码风格，包括命名规范、代码可读性、模块化设计等。同时，还将初步介绍与综合相关的基本设计约束，例如时钟频率、输入输出延迟等。 第三部分：逻辑优化与转换 本部分是本书的核心内容之一，将深入探讨逻辑综合工具如何对HDL描述进行优化，使其满足性能、面积和功耗的要求。 布尔代数简化与卡诺图： 回顾并应用布尔代数和卡诺图等方法来简化逻辑表达式，这是最基础的逻辑优化手段。我们将展示这些手动方法如何帮助理解工具进行优化的基本原理。 逻辑等价性转换： 综合工具会利用各种逻辑等价性规则来转换逻辑结构，以达到优化目的。本节将介绍常见的逻辑等价性转换，例如分配律、结合律、吸收律等，并分析其在电路优化中的应用。 逻辑优化算法： 深入讲解常用的逻辑优化算法，包括： 多输入函数分解与合并： 如何将复杂的逻辑函数分解为更简单的子函数，或将多个函数合并以共享逻辑。 真值表与二叉决策图（BDD）： 介绍使用真值表和BDD作为逻辑表示和优化的数据结构，以及它们在逻辑简化中的优势。 因子分解与提取： 讲解如何通过因子分解来减少逻辑门的数量，以及如何从逻辑表达式中提取公共子表达式。 组合逻辑优化： 专门讨论针对组合逻辑电路的优化技术，包括门数最小化、延迟最小化等。 时序逻辑优化： 关注时序逻辑电路的优化，包括寄存器优化、流水线优化、反馈回路的优化等。 第四部分：技术映射与标准单元库 本部分将介绍综合工具如何将优化后的逻辑网络映射到目标工艺库中的具体元件。 标准单元库的概念： 什么是标准单元库？它包含哪些基本元件（如AND, OR, NOT, Flip-flops等）？我们将详细介绍标准单元库的组成、特性（如面积、延迟、功耗）以及其在ASIC和FPGA设计中的作用。 技术映射的过程： 讲解技术映射的原理，即如何将抽象的逻辑门（逻辑网表）与目标工艺库中的实际元件进行匹配。我们将分析这个过程的挑战，以及如何确保映射后的电路满足性能要求。 库映射技术： 介绍不同的库映射技术，例如： 基础门映射： 将逻辑门直接映射到标准单元库中。 复合门映射： 将一组逻辑门映射到一个更复杂的标准单元，以提高效率。 最优映射算法： 讨论用于实现最优映射的算法，考虑面积、延迟和功耗的权衡。 FPGA与ASIC技术映射的差异： 分别讨论在FPGA和ASIC设计中，技术映射所面临的不同特点和挑战。例如，FPGA的固定布线资源和可编程逻辑块，与ASIC的连续性布线资源。 第五部分：设计约束与综合结果分析 本部分将聚焦于如何为综合工具提供必要的约束信息，以及如何分析综合工具生成的报告。 设计约束的类型与重要性： 详细讲解各种设计约束，包括： 时序约束： 时钟周期、时钟偏移、输入输出延迟等，是决定电路性能的关键。 面积约束： 对芯片面积的限制。 功耗约束： 对电路功耗的要求。 端口约束： 对输入输出端口的特性定义。 约束文件的编写： 介绍如何编写标准约束文件（如SDC），以及在约束文件中指定各种参数的技巧。 综合报告的解读： 详细分析综合工具生成的各种报告，包括： 逻辑报告： 包含门数、逻辑深度、关键路径等信息。 时序报告： 显示设计的时序裕量（slack），识别违例路径。 面积报告： 报告设计的总面积。 功耗报告： 估计设计的功耗。 约束与报告分析的反馈循环： 讲解如何根据综合报告中的信息，调整设计约束或HDL代码，以迭代地优化设计，直到满足所有要求。 结论 “Synthesis Series on Digital Circuits Volume 1”为读者构建了一个扎实的数字电路综合理论框架。通过对行为级建模、逻辑优化、技术映射以及设计约束的深入剖析，本书将赋能读者熟练运用自动化设计工具，高效地设计和实现复杂的数字电路。本书为后续更高级的综合主题奠定了坚实的基础，是每一位数字电路设计工程师和研究人员不可或缺的参考。

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