EDA與集成電路工程設(shè)計(jì)

前言

　　本書(shū)內(nèi)容包括EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）技術(shù)，集成電路基礎(chǔ)構(gòu)成，集成電路（ASIC、FPGA等）的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、實(shí)現(xiàn)與測(cè)試，SOC平臺(tái)，芯片電路的工程化開(kāi)發(fā)與成功案例等。作者非常想借此機(jī)會(huì)，將多年來(lái)的工程經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)實(shí)踐，寫(xiě)作成一本具有工程設(shè)計(jì)特色與技術(shù)風(fēng)格方面的書(shū)，并通過(guò)工程開(kāi)發(fā)的要求與特點(diǎn)、集成電路工程設(shè)計(jì)需掌握的工具／技術(shù)與方法，以及SOC與FPGA系統(tǒng)芯片工程開(kāi)發(fā)流程的主線來(lái)詮釋集成電路工程設(shè)計(jì)的核心要點(diǎn)。書(shū)中采用的設(shè)計(jì)驗(yàn)證技術(shù)均與目前業(yè)界正在使用的EDA工具密切相關(guān)，其所謂的工程特性可以通過(guò)以下的四個(gè)方面來(lái)體現(xiàn)?！　。?）工程化設(shè)計(jì)的要求與特點(diǎn)描述?！　。?）設(shè)計(jì)工具、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)流程的具體化、經(jīng)典化，建模語(yǔ)言、技術(shù)的要素化。　?。?）工程設(shè)計(jì)中的技巧、經(jīng)驗(yàn)與總結(jié)?！　。?）系列工程化設(shè)計(jì)案例的介紹與分析，包括設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)如何進(jìn)行協(xié)作的多模塊網(wǎng)表組合設(shè)計(jì)案例；大型算法中的多節(jié)拍流水線設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)技術(shù)；將矢量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成平面直角坐標(biāo)的解決方案；僅對(duì)更改部分進(jìn)行重新綜合的增量綜合技術(shù)；FPGA的可測(cè)性設(shè)計(jì)實(shí)例；測(cè)試／驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)的再現(xiàn)技術(shù)；以及多種設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)技巧等?！　”緯?shū)適用于電子科學(xué)與技術(shù)、電子信息工程等專業(yè)的高年級(jí)本科生及研究生在集成電路設(shè)計(jì)方面的教學(xué)與參考，并希望通過(guò)本書(shū)能擴(kuò)展他們及青年電子設(shè)計(jì)師在集成電路設(shè)計(jì)中的工程認(rèn)知與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。書(shū)中在介紹各種設(shè)計(jì)、驗(yàn)證方法的同時(shí)，還穿插了許多應(yīng)用這些方法的工程實(shí)例以及采用軟件工具解決設(shè)計(jì)、驗(yàn)證中具體問(wèn)題的結(jié)果圖例，這些例子全部都經(jīng)過(guò)了驗(yàn)證或是工程設(shè)計(jì)的結(jié)果。全書(shū)共分7章，由多個(gè)資深的工程設(shè)計(jì)人員共同完成。　　第1章為綜述。主要闡述了微電子產(chǎn)業(yè)的技術(shù)特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)以及集成電路芯片設(shè)計(jì)從創(chuàng)意到產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的三個(gè)階段?！　〉?章為EDA技術(shù)與電子工程產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。主要介紹了EDA技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展過(guò)程、EDA工具所具有的能力與特點(diǎn)，以及如何在EDA工程中進(jìn)行集成電路及電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等。該章是電子設(shè)計(jì)的背景知識(shí)介紹。　　第3章為工程建模與硬件描述語(yǔ)言。主要介紹了集成電路設(shè)計(jì)的建模方法與手段、工程建模的要點(diǎn)與注意事項(xiàng)、硬件描述語(yǔ)言（Vetilog）的工程特性。其中，對(duì)Verilog語(yǔ)言的介紹與一些學(xué)者所著的針對(duì)語(yǔ)言語(yǔ)法結(jié)構(gòu)描述、解析的書(shū)籍有點(diǎn)不同，主要還是想在Verilog語(yǔ)言的特性與要點(diǎn)、建模技術(shù)、工程模型設(shè)計(jì)的要素等方面進(jìn)行重點(diǎn)敘述。文中也附有一些模型風(fēng)格與邏輯綜合后對(duì)應(yīng)電路網(wǎng)表的分析例子。　　第4章為集成電路與SOC設(shè)計(jì)。該章是本書(shū)的一個(gè)核心章節(jié)，主要描述了ASIC專用集成電路、模擬電路、數(shù)?；旌想娐贰PGA可編程陣列芯片的設(shè)計(jì)過(guò)程，工程SOC的設(shè)計(jì)方法與特點(diǎn)、SOC平臺(tái)技術(shù)、IP核組合設(shè)計(jì)技術(shù)等，以及各種層次化設(shè)計(jì)方法、工程設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中的實(shí)用技巧與注意事項(xiàng)，并給出了大量的工程設(shè)計(jì)實(shí)例、圖示與說(shuō)明。

內(nèi)容概要

本書(shū)內(nèi)容包含EDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)技術(shù)，芯片電路基礎(chǔ)，集成電路設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、實(shí)現(xiàn)與測(cè)試，SOC平臺(tái)，集成電路的工程開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)與成功案例分析等，并自始至終以工程設(shè)計(jì)為主線，突出地?cái)⑹隽思呻娐饭こ涕_(kāi)發(fā)中的遵循原則、基本方法、實(shí)用技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)技巧等，極具工程設(shè)計(jì)特色與技術(shù)風(fēng)格。    本書(shū)既可作為電子科學(xué)與技術(shù)、電子信息工程等專業(yè)的本科生和研究生的教材或參考資料，也可作為青年電子設(shè)計(jì)師的專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)指南。

書(shū)籍目錄

第1章  綜述  1.1  集成電路的發(fā)展趨勢(shì)  1.2  集成電路產(chǎn)品創(chuàng)新的三個(gè)階段第2章  EDA與電子工程產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)  2.1  EDA技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展  2.2  EDA工程與集成電路設(shè)計(jì)  2.3  EDA工程中的可靠性設(shè)計(jì)方法與策略    2.3.1  仿真技術(shù)    2.3.2  面向工程目標(biāo)的可靠性設(shè)計(jì)方法    2.3.3  電路模型的邏輯綜合與優(yōu)化    2.3.4  設(shè)計(jì)分析與驗(yàn)證  2.4  電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的EDA技術(shù)第3章  工程建模與硬件描述語(yǔ)言  3.1  硬件描述語(yǔ)言基礎(chǔ)    3.1.1  硬件描述語(yǔ)言    3.1.2  HDL模型及特點(diǎn)    3.1.3  HDL模型的層次化設(shè)計(jì)    3.1.4  HDL模型仿真  3.2  Verilog HDL與工程建模    3.2.1  Verilog模型與功能驗(yàn)證    3.2.2  Verilog HDL的基本要素與定義    3.2.3  Verilog的數(shù)據(jù)類型與邏輯描述    3.2.4  Verilog操作符    3.2.5  結(jié)構(gòu)化建模    3.2.6  模型的延時(shí)    3.2.7  行為建模    3.2.8  存儲(chǔ)器模型    3.2.9  Verilog中的高級(jí)層次化結(jié)構(gòu)    3.2.10  可綜合的Verilog模型風(fēng)格  3.3  模型的驗(yàn)證    3.3.1  Verilog對(duì)模型驗(yàn)證的支持    3.3.2  test bench(測(cè)試驗(yàn)證程序)第4章  集成電路與SOC設(shè)計(jì)  4.1  集成電路的分類    4.1.1  全定制與半定制集成電路    4.1.2  可編程集成電路及FPGA  4.2  集成電路的設(shè)計(jì)技術(shù)與方法    4.2.1  集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展歷程    4.2.2  集成電路的設(shè)計(jì)方法與策略  4.3  集成電路設(shè)計(jì)流程與開(kāi)發(fā)工具    4.3.1  ASIC的設(shè)計(jì)    4.3.2  SOC的設(shè)計(jì)    4.3.3  FPGA的設(shè)計(jì)  4.4  集成電路設(shè)計(jì)的基本原則、策略與技巧    4.4.1  集成電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要點(diǎn)及基本原則    4.4.2  提高設(shè)計(jì)運(yùn)行速度、加快數(shù)據(jù)流處理的策略與技巧    4.4.3  電路運(yùn)行穩(wěn)定的策略與技巧  4.5  工程設(shè)計(jì)中的典型案例解析    4.5.1  大型算法的流水線設(shè)計(jì)解決方案    4.5.2  團(tuán)隊(duì)間遠(yuǎn)程協(xié)作的多模塊網(wǎng)表組合設(shè)計(jì)案例    4.5.3  將矢量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成平面直角坐標(biāo)的解決方案    4.5.4  僅對(duì)更改部分進(jìn)行邏輯綜合的增量綜合技術(shù)    4.5.5  LFSR的設(shè)計(jì)第5章  設(shè)計(jì)驗(yàn)證與測(cè)試  5.1  芯片開(kāi)發(fā)中的驗(yàn)證技術(shù)    5.1.1  驗(yàn)證的方法與策略    5.1.2  平臺(tái)技術(shù)與驗(yàn)證環(huán)境    5.1.3  EDA的高級(jí)驗(yàn)證方法學(xué)與實(shí)用工具    5.1.4  SOC的一體化驗(yàn)證流程  5.2  芯片開(kāi)發(fā)中的測(cè)試技術(shù)    5.2.1  SOC的測(cè)試技術(shù)與方法    5.2.2  測(cè)試激勵(lì)生成技術(shù)    5.2.3  SOC芯片的可測(cè)性設(shè)計(jì)(DFT)技術(shù)    5.2.4  SOPC的可測(cè)性設(shè)計(jì)與調(diào)試    5.2.5  IP核的聯(lián)機(jī)驗(yàn)證與測(cè)試評(píng)估第6章  雙通道以太網(wǎng)MAC控制器的設(shè)計(jì)  6.1  以太網(wǎng)的幀格式  6.2  網(wǎng)絡(luò)控制器芯片切換的原理  6.3  網(wǎng)絡(luò)發(fā)送模塊設(shè)計(jì)  6.4  接收模塊設(shè)計(jì)  6.5  CRC校驗(yàn)設(shè)計(jì)  6.6  網(wǎng)絡(luò)切換模塊設(shè)計(jì)  6.7  時(shí)序仿真波形  6.8  設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)第7章  密碼安全芯片的設(shè)計(jì)  7.1  密碼安全芯片的實(shí)現(xiàn)方法  7.2  AES算法原理  7.3  AES算法的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)    7.3.1  算法的整體設(shè)計(jì)    7.3.2  總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)    7.3.3  各個(gè)子模塊設(shè)計(jì)  7.4  設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)參考文獻(xiàn)附錄  集成電路設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的關(guān)鍵詞

章節(jié)摘錄

　　EDA這些技術(shù)的運(yùn)用使電子設(shè)計(jì)師在產(chǎn)品制作前就能預(yù)知產(chǎn)品的功能與性能，了解其中的故障和問(wèn)題，控制制造過(guò)程、生成后續(xù)生產(chǎn)制造所必備的文件。80年代后期，EDA的上述技術(shù)以及綜合與優(yōu)化、設(shè)計(jì)驗(yàn)證技術(shù)等又得到了補(bǔ)充和完善。所有這些在70年代不可能涉及技術(shù)的出現(xiàn)大大地提升了工程師們的設(shè)計(jì)能力，刺激了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，同時(shí)也極大地提高了電子產(chǎn)品的可靠性?！　∪欢珽DA技術(shù)的發(fā)展雖然使得電子產(chǎn)品的研制方法和手段跨上了新臺(tái)階，但面對(duì)20世紀(jì)90年代信息世界的“設(shè)計(jì)要一次性完成；電子系統(tǒng)集成度更高、更精巧；電子產(chǎn)品的功能更強(qiáng)、速度更高、電路更復(fù)雜；開(kāi)發(fā)周期必須縮短以增加市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力”的強(qiáng)烈需求，第二代EDA系統(tǒng)已逐漸地顯現(xiàn)出以下幾個(gè)方面的不足?！　〉谝唬诙鶨DA系統(tǒng)的電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)是原理圖輸入、功能仿真、PCB設(shè)計(jì)（或芯片的布局／布線）、性能分析、測(cè)試驗(yàn)證等這樣一個(gè)串行的設(shè)計(jì)過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，后級(jí)的設(shè)計(jì)完全依賴前級(jí)的輸出數(shù)據(jù)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問(wèn)題都必須從頭再來(lái)。此外，在這種設(shè)計(jì)方式下電路中隱藏的故障不能實(shí)時(shí)顯現(xiàn)出來(lái)，EDA系統(tǒng)也缺乏統(tǒng)一的協(xié)調(diào)管理工具和界面以完成故障的實(shí)時(shí)修補(bǔ)等。　　第二，設(shè)計(jì)工具對(duì)于復(fù)雜的大型電子系統(tǒng)必須具備從頂層開(kāi)始規(guī)化、按層分解、由上至下逐級(jí)地進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法和手段，并且設(shè)計(jì)工具應(yīng)具備系統(tǒng)級(jí)的仿真與綜合、優(yōu)化技術(shù)和系統(tǒng)級(jí)的測(cè)試、分析技術(shù)，對(duì)外有著良好的標(biāo)準(zhǔn)化接口，這些卻都是第二代EDA所缺少的?！　〉谌?，隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，速度更高、容量更大的芯片已逐漸問(wèn)世，這必然會(huì)使得芯片設(shè)計(jì)的專業(yè)性要求會(huì)更強(qiáng)；而另一方面將大系統(tǒng)微縮到芯片中必然會(huì)使得電路更加復(fù)雜，因此，對(duì)多功能芯片和單芯片系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)肯定會(huì)落在電路工程師身上而不是由熟悉半導(dǎo)體技術(shù)但對(duì)系統(tǒng)和周邊電路不太了解的廠商和工藝設(shè)計(jì)師來(lái)完成。所以，EDA系統(tǒng)必須具備完全與工藝方法脫離、支持邏輯語(yǔ)言環(huán)境的芯片設(shè)計(jì)技術(shù)?！　≌怯捎谏鲜鋈c(diǎn)需求，90年代出現(xiàn)了以高級(jí)語(yǔ)言描述電路、系統(tǒng)級(jí)仿真、行為級(jí)綜合、支持自上而下分層設(shè)計(jì)思想并建立在并行設(shè)計(jì)環(huán)境框架之上的第三代EDA工具，即ESDA工具。　　回首EDA技術(shù)的發(fā)展歷程，可以看出：EDA技術(shù)是在人們不斷認(rèn)知、不斷求新的基礎(chǔ)上發(fā)展和完善起來(lái)的，它的三階段發(fā)展特征實(shí)際上也充分展現(xiàn)了人類社會(huì)與現(xiàn)代科技向更精、更高、更快的需求目標(biāo)競(jìng)相發(fā)展與前進(jìn)的縮影?！　?.2 EDA工程與集成電路設(shè)計(jì)　　從方法論的角度看，EDA是一項(xiàng)專門(mén)解決電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中復(fù)雜問(wèn)題的方法學(xué)，其涉及的學(xué)科包括電子、計(jì)算數(shù)學(xué)、仿真、設(shè)計(jì)方法學(xué)、人工智能、專家知識(shí)庫(kù)、電磁學(xué)、微電子工藝、體系結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)等。

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