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柴远波，张兴明 著

图书标签:

• SoC设计
• 集成电路设计
• 数字电路
• Verilog
• VHDL
• 芯片设计
• 嵌入式系统
• 低功耗设计
• 测试与验证
• EDA工具

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121097485

版次：1

商品编码：10311122

包装：平装

开本：16开

出版时间：2009-11-01

用纸：胶版纸

页数：227

字数：384000

正文语种：中文

内容简介

《现代SoC设计技术》力图对现代SoC设计技术的各个方面进行清晰而准确的介绍，主要描述SoC基本概念、系统设计方法，不涉及具体技术细节，强调IP的重要性，从而为需要了解该技术的读者提供最大的帮助。全书分为7章：第1章为SoC设计概论，包括SoC的基本概念、SoC目前的现状和发展机遇、SoC设计技术的发展趋势及存在的问题等内容。第2章为SoC前端设计与后端实现，主要内容包括芯片设计基础、前端设计技术、后端实现技术以及主要EDA公司的设计示例。第3章为可测性设计技术，主要内容有IC可测性设计基本概念和主要技术、SoC可测性设计技术等。第4章为SoC软／硬件协同设计技术，主要内容包括软／硬件设计的基本概念、SystemC系统级建模语言、软／硬件协同验证技术。第5章为SoC验证技术，主要内容有SoC验证的相关概念、验证方法和主要的验证技术、验证语言和SoC验证技术的发展方向。第6章为Soc低功耗技术，主要内容有低功耗设计概述、功耗组成分析、常用低功耗设计方法以及简单介绍低功耗设计工具。第7章为IP复用设计技术，主要涉及SoC设计方法和IP复用技术、可重用软IP和硬IP的设计方法、软IP设计应遵循的基本原则以及硬IP设计等内容。
《现代SoC设计技术》内容涉及许多SoC设计技术应用方面的知识，可供从事集成电路领域研究的技术人员、SoC设计的架构设计师、电路设计师和程序设计师阅读；同样也可作为微电子、电子电路、通信、计算机专业的大学生、研究生的教材和教学参考书。

目录

第1章 SoC设计概论
1.1 SoC的基本概念
1.1.1 什么是SoC
1.1.2 SoC的基本构成
1.1.3 SoC是集成电路发展的必然
1.2 SoC目前的现状和发展机遇
1.2.1 我国SoC目前的产业现状
1.2.2 SoC的关键技术
1.2.3 SoC当前的发展机遇
1.3 SoC设计技术的发展趋势及存在的问题
1.3.1 SoC设计技术的发展趋势
1.3.2 SoC设计技术的瓶颈
1.4 SoC技术展望
1.4.1 可重构技术
1.4.2 片上网络（NoC）
1.4.3 系统级集成设计

第2章 SOC前端设计与后端实现
2.1 SoC前端设计与后端实现概述
2.2 芯片设计基础
2.2.1 模拟IC设计
2.2.2 数字Ic设计
2.2.3 SoC设计方法
2.2.4 数字IC设计平台
2.3 前端设计
2.3.1 逻辑综合的必要性
2.3.2 逻辑综合概念
2.3.3 逻辑综合过程
2.3.4 芯片设计综合工具介绍
2.3.5 用于FPGA验证的逻辑综合工具
2.3.6 FPGA验证代码编写说明
2.3.7 约束与优化
2.3.8 综合策略
2.4 后端实现
2.4.1 后端设计概述
2.4.2 数字后端设计流程
2.4.3 基于物理综合的后端设计流程
2.4.4 后端设计挑战
2.4.5 其他需要考虑的问题
2.5 MagmaASK：设计示例

第3章 可测性设计技术
3.1 测试技术概述
3.1.1 测试定义及原理
3.1.2 测试分类
3.1.3 测试基本技术
3.2 故障模型及ATPG
3.2.1 缺陷、故障和故障模型
3.2.2 常见故障模型
3.2.3 自动测试模式生成——ATPG
3.2.4 测试的评价
3.3 可测性设计（DFT，DesignForTestability）
3.3.1 可测性设计基础
3.3.2 Ad：Hoc技术
3.3.3 结构化设计方法
3.3.4 扫描测试
3.3.5 内建自测（BIST，Build.In.Self.Test）
3.3.6 边界扫描测试（BoundaryScan）
3.3.7 电流测试
3.4 SoC的可测性设计
3.4.1 SoC可测试性设计面临的问题
3.4.2 SoC可测性设计基本技术
3.4.3 SoC测试访问机制（TAM）
3.4.4 IEEEP1500标准
3.5 发展与展望

第4章 SoC软／硬件协同设计技术
4.1 软／硬件协同设计概述：
4.1.1 软／硬件协同设计的定义
4.1.2 软／硬件协同设计的优点
4.1.3 软／硬件协同设计的主要研究内容
4.2 系统级描述语言SystemC
4.2.1 SystemC：简介
4.2.2 SystemC的基本语法
4.2.3 SystemC建模实例
4.2.4 SystemC系统级建模
4.3 软／硬件协同验证技术
4.3.1 软／硬件协同验证技术的发展
4.3.2 软／硬件协同验证平台的基本构成方式
4.3.3 商业软／硬件协同验证工具SeamlessCVE简介

第5章 SoC验证技术
5.1 SoC验证技术概述
5.1.1 验证的基本概念
5.1.2 SoC验证的研究内容
5.1.3 SoC验证技术的发展方向
5.2 验证方法
5.2.1 自项向下的SoC设计和验证方法
5.2.2 自底向上的验证方法
5.2.3 基于平台的验证方法
5.2.4 系统接口驱动验证
5.3 功能验证
5.3.1 功能验证定义
5.3.2 功能验证分类
5.3.3 功能验证工具
5.4 形式验证
5.4.1 理论／定理证明技术
5.4.2 形式模型检查
5.4.3 形式等价检查
5.4.4 形式验证工具
5.5 时序验证
5.5.1 静态时序分析
5.5.2 动态时序分析
5.5.3 静态时序分析工具
5.6 物理验证
5.6.1 设计规则检查（DRC）
5.6.2 版图与原理图检查（LVS）
5.6.3 电气规则检查（ERC）
5.6.4 物理验证工具
5.7 验证语言
5.7.1 Sugar
5.7.2 OpenVera
5.7.3 SystemVerilog
5.7.4 e语言
5.8 验证计划
5.8.1 验证和设计分离原则
5.8.2 验证计划的内容

第6章 SoC低功耗技术
6.1 SoC低功耗技术概述
6.1.1 SoC低功耗设计技术的必要性
6.1.2 SoC低功耗研究现状
6.1.3 功耗来源分析
6.2 SoC低功耗设计技术
6.2.1 针对动态功耗的低功耗设计方法
6.2.2 静态功耗的低功耗设计方法
6.3 SoC功耗评估技术
6.3.1 结构级评估技术
6.3.2 门级功耗评估技术
6.4 小结

第7章 IP复用技术
7.1 概述
7.1.1 IP核的基本概念
7.1.2 IP可重用技术的基本概念
7.1.3 IP可重用技术面临的挑战
7.1.4 IP可重用技术要求
7.1.5 IP可重用标准组织
7.2 可重用IP设计技术
7.2.1 IP核的分类
7.2.2 IP核的设计步骤
7.2.3 IP核的设计规范
7.2.4 软核的生产过程
7.2.5 硬核的生产过程
7.2.6 IP核的综合
7.2.7 IP核的验证
7.2.8 IP的打包与发布
7.3 可重用IP的集成技术
7.3.1 IP核的评估与选择
7.3.2 IP核集成可能出现的问题
7.3.3 IP核的互联策略
7.3.4 AMBA总线规范
7.3.5 CoreConnect总线规范
7.3.6 可重用IP集成方法

附录 ARTL编码参考
A.1 文件命名
A.2 HDL代码项命名
A.3 注释
A.4 编码风格
A.5 模块划分和重用
A.6 建模方法
A.7 通用编码技术
A.8 结构化测试标准
A.9 常规综合标准
附录B Magma脚本文件
附录C 缩略语
参考文献

精彩书摘

SoC（System on Chip）技术是20世纪90年代以来迅速发展起来的超大规模集成电路的主流技术，是电子器件持续集成发展的必然结果，体现在技术的发展和市场的需求两个方面。SoC采用先进的超深亚微米CMOS工艺技术，从整个系统的角度出发，将处理机制、模型算法、嵌入式软件以及各层次电路设计直至器件的设计紧密结合在单个芯片上，完成整个系统的功能。SoC技术是信息技术领域一门最新的先进技术，是集成电路最新技术与软件技术的有机结合；SoC设计技术是信息领域的核心技术，而在这一领域我国与发达的国家相比有着较大的差距，存在这一差距的根本原因在于我国缺乏SoC设计人才，特别是一流的设计师。由于SoC设计门槛较高（SoC设计平台建设需要较大的投入、较高的维护费用），在设计人才的培养上我们依然步履缓慢。SoC设计是一个复杂的过程，涵盖了系统级设计、RTL设计、可测试性设计、仿真验证、逻辑综合、版图设计、物理验证、寄生参数提取、后仿真等一系列步骤。
SoC技术是一项综合的系统工程，需要大量的人力和财力的投入。近年来我国在产业分工、人才培养、基础理论研究、国外先进技术的引进等方面提供了非常好的政策扶持，使我国SoC技术得以快速发展，为我国集成电路产业的整体发展奠定了稳定的基础。
1.1SoC的基本概念
集成电路发展到现在，已经进入SoC技术的时代，本小节将较为详细地描述SoC的基本概念，讨论SoC的基本构成及SoC技术是集成电路发展必然的原因。
1.1.1什么是SoC
SoC的定义多种多样，由于其内涵丰富、应用范围广泛，不容易给出其准确定义。SoC中文译法有如下几种：系统级芯片、片上系统、系统芯片、系统集成芯片、系统芯片集等。从应用开发的观点出发，其主要含义是单芯片上集成微电子应用产品所需的所有功能系统。SoC技术研究内容包括：开发工具、IP（Intellectual.Property，知识产权）及其复用技术、可编程系统芯片、信息产品核心芯片开发与应用、SoC设计技术与方法、SoC制造技术与工艺等。

前言/序言

　　当今，信息资源已经成为人类社会发展中与物质和能量同等重要的资源。信息资源的爆炸性增长趋势对电子信息系统在信息存储和处理能力方面的要求也日新月异。如今的半导体制造工艺已进入深亚微米时代，在仅仅几平方毫米面积的芯片上就可以集成几亿乃至几十亿个纳米级的晶体管，更为欣喜的是，与集成度的指数级增长相对应的商品化芯片的价格增长只是算术级的变化，且可靠性几乎并未因规模的极度扩张而变得令人不可接受。这种突破传统观念的状况，大概远远超出了结型晶体管的发明者William Shockly和集成电路的发明者Jack Kilby数十年前的预期，即使几十年前预言出摩尔定律（Moores Law）的Gordon Moore，恐也难以想象今后单个芯片究竟能创造出什么样的奇迹来。我们可以毫不夸张地说，现代任何电子信息系统已经离不开各种集成电路芯片的支撑。同理，任何现代电子信息系统的设计也已离不开“片上系统”——SoC（System on Chip）工具的支持。
　　当前，我国在集成电路和SoC设计教学方面的教材和参考书籍的数量不可谓不多，绝大多数是针对专业人才培养引进或编撰的高级教材，普遍的情形是与具体工具软件的使用强相关。尚未见从电子信息领域的普及知识角度出发，推出的基于SoC基本概念和基本设计步骤的基础教材和参考书籍，这不能不说是件憾事。
　　国家数字交换系统工程技术研究中心（NDSC）近年来一直在追踪研究SoC设计技术。作者都是多年从事一线研发和教学的专家，所编著的《现代SoC设计技术》是在搜集和消化大量国内外资料的基础上，结合其在电子信息系统领域的研发实践和教学经验，较为全面而深入浅出地介绍了现代SoC设计技术的基本知识。其目的是试图用20～30学时的授课和实验，使初次涉足电子信息领域的学生和爱好者能较快地掌握SoC的基础知识，并形成必要的工程概念和使用感受。
　　为此，我愿意将《现代SoC设计技术》一书隆重推荐给感兴趣的读者们。

《探寻智能世界的基石：集成电路设计新视角》 在信息时代飞速发展的浪潮中，我们赖以生存和连接的世界，其核心的驱动力源自那些微小却无比强大的集成电路。从智能手机的掌上计算能力，到高性能服务器的数据处理，再到人工智能加速器的前沿突破，这一切的实现都离不开集成电路设计的智慧结晶。本书并非对某一特定技术领域进行浅尝辄止的介绍，而是旨在带领读者深入探究集成电路设计的宏观图景，剖析其发展的脉络，理解其背后的设计理念，并展望其未来的发展趋势。我们将一同走进一个充满挑战与机遇的设计世界，从宏观的系统架构到微观的实现细节，层层剥开集成电路设计的神秘面纱。 第一篇：理解集成电路设计的根基 在深入探讨具体的设计技术之前，我们必须对集成电路设计所处的宏观环境有一个清晰的认识。这一篇将为读者构建一个坚实的理论基础。 第一章：集成电路的演进之路：从真空管到纳米级工艺 我们将首先回顾集成电路惊心动魄的发展历程。从最初的真空管电子管，到晶体管的发明，再到集成电路的诞生，每一次的飞跃都标志着人类计算能力和技术水平的巨大提升。我们将探讨摩尔定律的含义及其对行业发展的影响，分析不同工艺节点（如微米级、纳米级）的特点和技术挑战。理解这一历史脉络，有助于我们把握集成电路设计的演进方向，认识到当前技术的来之不易，并为预测未来发展奠定基础。我们将深入剖析不同时期代表性的集成电路产品，理解它们在当时的技术背景下是如何实现突破的，以及它们如何推动了整个科技行业的进步。例如，早期的微处理器如何开启了个人电脑时代，后来的高性能芯片如何赋能了互联网和移动通信的爆发。 第二章：集成电路的“语言”：硬件描述语言与设计流程 硬件描述语言（HDL）是现代集成电路设计的核心工具。本章将深入介绍主流的HDL，如Verilog和VHDL，阐释它们在描述数字电路行为和结构上的优势。我们将详细解析一个典型的集成电路设计流程，从需求分析、架构设计、RTL编码、仿真验证，到综合、布局布线，最终到物理验证和流片。每一个环节都至关重要，任何一个环节的疏忽都可能导致整个设计的失败。我们将强调验证在整个设计流程中的极端重要性，阐述静态时序分析（STA）、逻辑等效性检查（LEC）等关键验证技术。通过实例分析，读者将能够理解HDL如何在实际设计中发挥作用，以及整个设计流程是如何协同运作的。我们将介绍不同层次的抽象，从行为级描述到门级网表，以及它们在设计流程中的作用。 第三章：设计中的“艺术”：可重用IP核与IP集成 在当今复杂的集成电路设计中，从零开始构建几乎是不可能的。可重用IP（Intellectual Property）核的概念应运而生，极大地提高了设计效率和质量。本章将深入探讨IP核的设计、验证和集成。我们将分析不同类型的IP核，包括功能IP（如CPU、GPU）、模拟IP（如ADC、DAC）和基础IP（如PLL、IO）。我们将讨论IP核的标准化和授权模式，以及IP集成过程中可能遇到的挑战，如接口兼容性、时钟域穿越和功耗管理。通过对IP集成案例的分析，读者将能理解如何有效地利用现有的IP资源，加速产品上市时间，降低设计成本。我们将探讨IP核的IP保护机制，以及在多方合作设计中IP管理的重要性。 第二篇：前沿集成电路设计技术剖析 在掌握了集成电路设计的基础之后，本篇将聚焦于当前最热门、最具挑战性的设计技术，带领读者领略集成电路设计的“前沿风景”。 第四章：低功耗设计：绿色计算的时代需求 随着移动设备和物联网的普及，低功耗设计已成为集成电路设计的核心诉求。本章将深入探讨各种低功耗设计技术，包括门控时钟、电源门控、动态电压频率调整（DVFS）、多阈值电压（Multi-VT）技术等。我们将分析不同功耗瓶颈的来源，如动态功耗和静态功耗，并介绍相应的优化策略。同时，我们将探讨在低功耗设计过程中，如何权衡性能、功耗和面积。通过具体的功耗分析和优化案例，读者将能掌握实现高效能低功耗设计的关键要素。我们将讨论功耗分析工具的使用，以及如何在设计初期就考虑功耗问题。 第五章：高性能设计的奥秘：并行计算与架构优化 追求极致性能是集成电路设计的永恒主题。本章将深入研究实现高性能设计的关键技术，重点关注并行计算和架构优化。我们将探讨不同类型的并行架构，如SIMD（单指令多数据流）、MIMD（多指令多数据流），以及其在CPU、GPU和DSP中的应用。我们将分析指令集架构（ISA）的演进，以及如何通过流水线、乱序执行、分支预测等技术提升处理器性能。此外，本章还将讨论内存层次结构优化、缓存一致性协议以及互连网络的设计。通过对高性能芯片案例的剖析，读者将能理解如何通过精巧的架构设计和指令优化，挖掘出硬件的极致潜力。我们将探讨向量化指令和数据并行处理在现代计算中的重要性。 第六章：新兴设计挑战：人工智能与异构计算 人工智能（AI）的爆发式发展对集成电路设计提出了前所未有的挑战。本章将聚焦于AI芯片的设计，包括神经网络处理器（NPU）、张量处理器（TPU）的架构特点。我们将探讨AI算法对硬件的需求，以及如何通过定制化硬件加速AI模型的训练和推理。此外，本章还将深入分析异构计算的概念，即如何将不同功能的处理单元（如CPU、GPU、FPGA、ASIC）有机地结合起来，以应对日益复杂的计算任务。我们将讨论异构计算的编程模型和互连技术。通过对AI芯片和异构计算系统的分析，读者将能洞察未来计算架构的发展方向。我们将探讨AI计算中的数据吞吐量和内存带宽瓶颈，以及如何通过特定的硬件加速器来解决。 第三篇：集成电路设计的未来展望 站在当前技术发展的高峰，回望集成电路设计的过去，我们更能清晰地眺望其充满无限可能的未来。 第七章：先进封装技术：超越摩尔定律的延伸 随着摩尔定律逐渐逼近物理极限，先进封装技术成为延续集成电路性能提升的重要途径。本章将深入探讨2.5D封装、3D封装、Chiplet等先进封装技术。我们将分析不同封装技术的优势和劣势，以及它们在提升集成度、降低功耗和缩短信号延迟方面的作用。我们将探讨Chiplet技术如何实现模块化设计和制造，打破单个芯片的规模限制。通过对先进封装案例的介绍，读者将能理解它们如何为构建更强大、更高效的计算系统提供新的可能。我们将讨论先进封装中的热管理和可靠性问题。 第八章：新材料与新器件：孕育下一代计算力量 集成电路的未来发展离不开新材料和新器件的突破。本章将展望碳纳米管、二维材料（如石墨烯）、忆阻器等前沿材料在集成电路中的潜在应用。我们将探讨新型器件（如FinFET、GAAFET）的设计和制造挑战，以及它们如何克服传统CMOS器件的性能限制。本章还将触及量子计算、神经形态计算等更具颠覆性的计算范式，并探讨它们对集成电路设计提出的新思路和新挑战。通过对这些前沿技术的介绍，读者将能窥见未来计算世界的可能形态。我们将讨论新材料的制备工艺和集成难度，以及它们在可靠性和一致性方面的挑战。 第九章：设计工具与EDA的演进：智能化的设计生态 集成电路设计的复杂性日益增加，对电子设计自动化（EDA）工具提出了更高的要求。本章将探讨EDA工具在设计流程中的关键作用，以及人工智能（AI）和机器学习（ML）如何赋能EDA工具。我们将分析AI在逻辑综合、布局布线、功耗优化和验证等方面的应用。本章还将讨论云端EDA的兴起，以及它如何为集成电路设计提供更灵活、更强大的计算资源。通过对EDA工具演进的探讨，读者将能理解智能化的设计生态将如何重塑未来的集成电路设计方式。我们将讨论AI在发现设计中的潜在错误和优化设计参数方面的能力。 结语 《探寻智能世界的基石：集成电路设计新视角》并非一本技术手册，而是希望成为读者进入集成电路设计这一广阔而深邃领域的引路人。通过对历史的回顾、技术的剖析和未来的展望，我们力求展现集成电路设计作为现代智能世界基石的地位，以及其背后蕴含的无限创新与智慧。愿本书能激发您对这一领域的浓厚兴趣，为探索更加美好的智能未来贡献您的力量。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，在阅读这本书之前，我对SoC设计领域的认知还停留在比较浅显的层面，以为它只是简单的硬件集成。但这本书彻底颠覆了我的看法。它让我认识到，现代SoC设计是一个极其复杂且系统化的工程，涉及到软件、硬件、算法、工艺等多个层面。书中的内容涵盖了从前端设计到后端物理实现的完整流程，并且对各个环节的关键技术和挑战进行了详细的阐述。作者对于各种设计方法的权衡和取舍，以及对实际工程中可能遇到的问题的预见和解决方案，都展现了其深厚的行业经验。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构设计堪称典范，逻辑清晰，层层递进，仿佛一条精心铺设的探索之路。从最基础的概念引入，逐步深入到核心技术和设计流程，再到最后的验证和测试环节，每个部分都衔接得恰到好处，不会让人感到突兀或迷失。作者的写作风格非常专业，但又不像某些技术书籍那样冷冰冰，而是充满了人文关怀。在讲解关键技术时，会穿插一些历史背景和发展脉络，这使得整个阅读过程不仅是学习知识，更像是在回顾整个SoC设计领域的发展史。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在读的计算机科学专业研究生，主要研究方向是嵌入式系统。在导师的推荐下，我开始阅读这本书。一开始，我担心其中的内容可能过于偏向硬件，与我的研究方向关联不大。但事实证明，我的担心是多余的。这本书中的许多章节，例如关于低功耗设计、性能瓶颈分析以及软件与硬件协同优化等内容，都与我的研究课题息息相关。作者对于如何平衡性能、功耗和成本的独到见解，为我解决研究中的实际问题提供了重要的思路。

评分☆☆☆☆☆

这本书的魅力在于它所蕴含的“匠心”。作者在字里行间流露出的对SoC设计技术的热爱和钻研精神，着实令人钦佩。书中的许多技术细节，例如对时序约束的理解、对功耗分析工具的使用、以及对验证方法的选择，都描述得极为细致和到位。我尤其喜欢作者在讲解一些复杂算法或架构时，所使用的类比和图示，它们让抽象的概念变得生动形象，易于理解。读完这本书，我感觉自己对SoC设计的理解又上升了一个新的高度，也更加坚定了未来在这一领域深耕的决心。

评分☆☆☆☆☆

这本书真是让我眼前一亮，虽然名字听起来有点技术性，但内容深入浅出，对于我这种并非专业科班出身，但对现代SoC设计有着浓厚兴趣的读者来说，简直是福音。书中的例子非常贴合实际，不再是枯燥的理论堆砌，而是通过大量的实操演示，让我一步步理解复杂的概念。从基础的数字逻辑设计原理，到高级的流水线架构、缓存一致性协议，再到功耗和性能的优化策略，都讲解得极为透彻。尤其令我印象深刻的是，作者在讲解时，总能将理论知识与行业前沿趋势相结合，比如对RISC-V架构的深入分析，以及人工智能在SoC设计中的应用前景，都让我看到了未来技术的发展方向。