2册 芯片验证漫游指南 从系统理论到UVM的验证全视界+嵌入式系统 从SoC芯片到系统 芯

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出版社: 电子工业出版社
ISBN:9787121339011
商品编码:27320549889

具体描述

 

基本信息

 

出版社: 电子工业出版社; 第1版 (2018年4月1日)

 

其他: 560页

 

ISBN: 9787121339011

 

条形码: 9787121339011

 

99.00

 

 

资深验证专家刘斌(路桑)向您全面介绍芯片验证,从验证的理论,到SystemVerilog语言和UVM验证方法学,再到高级验证项目话题。这本综合性、实用性的验证理论和编程方面的图书,针对芯片验证领域不同级别的验证工程师,给出由浅入深的技术指南:学习验证理论来认识验证流程和标准,学习SystemVerilog语言和UVM方法学来掌握目前主流的动态验证技术,了解高级验证话题在今后遇到相关问题时可以参考。

 

 

 

作者简介

 

刘斌(路桑)目前是Intel公司的资深验证专家。在Intel移动通信事业部主持验证架构规划和方法学研究,担任过几款亿门级通信芯片的验证经理角色。在工程领域之外,他在西安电子科技大学和西安交通大学客座讲授芯片验证课程。创办的验证技术订阅号“路科验证”,目前已有超过10000名的订阅者。多次在设计验证行业国际会议和展览中发表论文,并做了富有特色的演讲。在西安交通大学取得微电子专业学士学位,在瑞典皇家理工学院取得芯片设计专业硕士学位。

 

 

 

目录

 

第1章 芯片验证全视

 

1.1 功能验证简介

 

1.2 验证的处境

 

1.2.1 验证语言的发展

 

1.2.2 验证面临的挑战

 

1.3 验证能力的5个维度

 

1.3.1 完备性

 

1.3.2 复用性

 

1.3.3 高效性

 

1.3.4 高产出

 

1.3.5 代码性能

 

1.4 验证的任务和目标

 

1.4.1 按时保质低耗

 

1.4.2 芯片研发与客户反馈

 

1.4.3 缺陷增长曲线

 

1.5 验证的周期

 

1.5.1 验证周期中的检查点

 

1.5.2 功能详述

 

1.5.3 制定验证计划

 

1.5.4 开发验证环境

 

1.5.5 调试环境和HDL文件

 

1.5.6 回归测试

 

1.5.7 芯片生产

 

1.5.8 硅后系统测试

 

1.5.9 逃逸分析

 

1.6 本章结束语

 

第2章 验证的策略

 

2.1 设计的流程

 

2.1.1 TLM模型的需求和ESL开发

 

2.1.2 传统的系统设计流程

 

2.1.3 ESL系统设计流程

 

2.1.4 语言的抽象级比较

 

2.1.5 传统的系统集成视角

 

2.1.6 ESL系统集成视角

 

2.2 验证的层次

 

2.2.1 模块级

 

2.2.2 子系统级

 

2.2.3 芯片系统级

 

2.2.4 硅后系统级

 

2.3 验证的透明度

 

2.3.1 黑盒验证

 

2.3.2 白盒验证

 

2.3.3 灰盒验证

 

2.4 激励的原则

 

2.4.1 接口类型

 

2.4.2 序列颗粒度

 

2.4.3 可控性

 

2.4.4 组件独立性

 

2.4.5 组合自由度

 

2.5 检查的方法

 

2.6 集成的环境

 

2.6.1 验证平台

 

2.6.2 待验设计

 

2.6.3 运行环境

 

2.6.4 验证管理

 

2.7 本章结束语

 

第3章 验证的方法

 

3.1 动态仿真

 

3.1.1 定向测试

 

3.1.2 随机测试

 

3.1.3 基于覆盖率驱动的随机验证

 

3.1.4 基于TLM的随机验证

 

3.1.5 断言检查

 

3.2 静态检查

 

3.2.1 语法检查

 

3.2.2 语义检查

 

3.2.3 跨时钟域检查

 

3.2.4 形式验证

 

3.3 开发环境

 

3.3.1 Vim开发环境

 

3.3.2 商业SV开发环境——DVT

 

3.4 虚拟模型

 

3.5 硬件加速

 

3.6 效能验证

 

3.6.1 功率和能量

 

3.6.2 静态功耗和动态功耗

 

3.6.3 节能技术

 

3.6.4 效能验证

 

3.6.5 功耗预测与优化

 

3.7 性能验证

 

3.7.1 设定目标

 

3.7.2 测试环境

 

3.7.3 验证方法

 

3.8 趋势展望

 

3.8.1 技术之间的横向跨越

 

3.8.2 层次之间的纵向复用

 

3.9 本章结束语

 

第4章 验证的计划

 

4.1 计划概述

 

4.2 计划的内容

 

4.2.1 技术的视角

 

4.2.2 项目的视角

 

4.3 计划的实现

 

4.3.1 邀请相关人员

 

4.3.2 开会讨论

 

4.3.3 确定测试场景

 

4.3.4 创建验证环境

 

4.4 计划的进程评估

 

4.4.1 回归测试通过率

 

4.4.2 代码覆盖率

 

4.4.3 断言覆盖率

 

4.4.4 功能覆盖率

 

4.4.5 缺陷曲线

 

4.5 本章结束语

 

第5章 验证的管理

 

5.1 验证周期的检查清单

 

5.2 验证管理的三要素

 

5.2.1 时间管理

 

5.2.2 人力资源安排

 

5.2.3 任务拆分和重组

 

5.3 验证的收敛

 

5.3.1 回归流程

 

5.3.2 回归质量

 

5.3.3 回归效率

 

5.4 让漏洞无处可逃

 

5.5 团队建设

 

5.6 验证师的培养

 

5.6.1 全硅能力

 

5.6.2 不做假设

 

5.6.3 专注力

 

5.6.4 逻辑性

 

5.6.5 “战鼓光环”

 

5.6.6 降低复杂度

 

5.7 验证的专业化

 

5.7.1 对验证的偏见

 

5.7.2 验证面临的现状

 

5.7.3 验证标准化

 

5.7.4 验证经验的积累和突破

 

5.8 本章结束语

 

第6章 验证的结构

 

6.1 测试平台概述

 

6.2 硬件设计描述

 

6.2.1 功能描述

 

6.2.2 设计结构

 

6.2.3 接口描述

 

6.2.4 接口时序

 

6.2.5 寄存器描述

 

6.3 激励发生器

 

6.4 监测器

 

6.5 比较器

 

6.6 验证结构

 

6.6.1 项目背景

 

6.6.2 MCDF验证进度安排

 

6.7 本章结束语

 

第7章 SV环境构建

 

7.1 数据类型

 

7.2 模块定义与例化

 

7.2.1 模块定义

 

7.2.2 模块例化

 

7.2.3 参数使用

 

7.2.4 参数修改

 

7.2.5 宏定义

 

7.3 接口

 

7.3.1 接口连接方式1

 

7.3.2 接口连接方式2

 

7.3.3 接口的其他应用

 

7.4 程序和模块

 

7.4.1 Verilog设计竞争问题

 

7.4.2 SV的仿真调度机制

 

7.4.3 module数据采样示例1

 

7.4.4 module数据采样示例2

 

7.4.5 program数据采样示例

 

7.5 测试的始终

 

7.5.1 系统函数调用方式结束

 

7.5.2 program隐式结束

 

7.5.3 program显式结束

 

7.6 本章结束语

 

第8章 SV组件实现

 

8.1 激励发生器的驱动

 

8.1.1 激励驱动的方法

 

8.1.2 任务和函数

 

8.1.3 数据生命周期

 

8.1.4 通过接口驱动

 

8.1.5 测试向量产生

 

8.1.6 仿真结束控制

 

8.2 激励发生器的封装

 

8.2.1 类的封装

 

8.2.2 类的继承

 

8.2.3 成员覆盖

 

8.2.4 虚方法

 

8.2.5 句柄使用

 

8.2.6 对象复制

 

8.2.7 对象回收

 

8.3 激励发生器的随机化

 

8.3.1 可随机的激励种类

 

8.3.2 约束求解器

 

8.3.3 随机变量和数组

 

8.3.4 约束块

 

8.3.5 随机化控制

 

8.3.6 随机化的稳定性

 

8.3.7 随机化的流程控制

 

8.3.8 随机化的系统函数

 

8.4 监测器的采样

 

8.4.1 Interface clocking简介

 

8.4.2 利用clocking事件同步

 

8.4.3 利用clocking采样数据

 

8.4.4 利用clocking产生激励

 

8.4.5 monitor的采样功能

 

8.5 组件间的通信

 

8.5.1 通知的需求

 

8.5.2 资源共享的需求

 

8.5.3 数据通信的需求

 

8.5.4 进程同步的需求

 

8.5.5 进程通信要素的比较和应用

 

8.6 比较器和参考模型

 

8.6.1 异常检查

 

8.6.2 常规检查

 

8.6.3 时序检查

 

8.6.4 组件连接

 

8.7 测试环境的报告规范

 

8.7.1 信息报告库

 

8.7.2 信息库使用场景

 

8.8 本章结束语

 

第9章 SV系统集成

 

9.1 包的意义

 

9.2 验证环境的组装

 

9.2.1 封装验证环境的方式

 

9.2.2 模块环境的复用考量

 

9.2.3 比较器的复用考量

 

9.2.4 顶层环境的实现

 

9.3 测试场景的生成

 

9.3.1 动态控制激励

 

9.3.2 调度多个激励器

 

9.3.3 线程的精细控制

 

9.3.4 动态测试向量

 

9.3.5 向量群落的并发控制

 

9.4 灵活化的配置

 

9.4.1 Agent的两面性

 

9.4.2 各个组件的模式配置

 

9.4.3 验证结构的集成顺序

 

9.5 初论环境的复用性

 

9.5.1 复用的策略

 

9.5.2 水平复用的应用

 

9.5.3 垂直复用的应用

 

9.6 本章结束语

 

第10章 UVM世界观

 

10.1 我们所处的验证时代

 

10.2 类库地图

 

10.3 工厂机制

 

10.3.1 工厂的意义

 

10.3.2 工厂提供的便利

 

10.3.3 覆盖方法

 

10.3.4 确保正确覆盖的代码要求

 

10.4 核心基类

 

10.4.1 域的自动化

 

10.4.2 复制

 

10.4.3 比较

 

10.4.4 打印

 

10.4.5 打包和解包

 

10.5 phase机制

 

10.5.1 phase执行机制

 

10.5.2 如何开始UVM仿真

 

10.5.3 如何结束UVM仿真

 

10.6 config机制

 

10.6.1 interface传递

 

10.6.2 变量设置

 

10.6.3 config object传递

 

10.6.4 config机制

 

10.6.5 其他配置方法

 

10.6.6 uvm_resource_db的使用

 

10.7 消息管理

 

10.7.1 消息方法

 

10.7.2 消息处理

 

10.7.3 消息机制

 

10.8 宏的优劣探讨

 

10.9 本章结束语

 

第11章 UVM结构

 

11.1 组件家族

 

11.1.1 uvm_driver

 

11.1.2 uvm_monitor

 

11.1.3 uvm_sequencer

 

11.1.4 uvm_agent

 

11.1.5 uvm_scoreboard

 

11.1.6 uvm_env

 

11.1.7 uvm_test

 

11.2 把DUT装进TB分几步

 

11.2.1 MCDF顶层验证环境方案1

 

11.2.2 MCDF顶层验证环境方案2

 

11.3 构建环境的内经

 

11.3.1 环境构建的四要素

 

11.3.2 环境元素分类

 

11.4 本章结束语

 

第12章 UVM通信

 

12.1 TLM通信概论

 

12.2 单向、双向及多向通信

 

12.2.1 单向通信

 

12.2.2 双向通信

 

12.2.3 多向通信

 

12.3 通信管道应用

 

12.3.1 TLM FIFO

 

12.3.2 Analysis Port

 

12.3.3 Analysis TLM FIFO

 

12.3.4 Request & Response 通信

 

管道

 

12.4 TLM2通信

 

12.4.1 接口实现

 

12.4.2 传送数据

 

12.4.3 时间标记

 

12.4.4 典型使用

 

12.5 同步通信元件

 

12.5.1 uvm_event应用

 

12.5.2 uvm_barrier应用

 

12.5.3 uvm_callback应用

 

12.6 本章结束语

 

第13章 UVM序列

 

13.1 新手上路

 

13.2 Sequence和Item

 

13.2.1 Sequence Item

 

13.2.2 Flat Sequence

 

13.2.3 Hierarchical Sequence

 

13.3 Sequencer和Driver

 

13.3.1 双方的TLM端口和方法

 

13.3.2 事务传输实例

 

13.3.3 通信时序

 

13.4 Sequencer和Sequence

 

13.4.1 发送sequence及item的方法和宏

 

13.4.2 sequencer的仲裁特性及应用

 

13.5 Sequence的层次化

 

13.5.1 Hierarchical Sequence

 

13.5.2 Virtual Sequence

 

13.5.3 Layering Sequence

 

13.6 本章结束语

 

第14章 UVM寄存器

 

14.1 寄存器模型概览

 

14.2 寄存器模型的集成

 

14.2.1 总线UVC的实现

 

14.2.2 MCDF寄存器模块代码

 

14.2.3 Adapter的实现

 

14.2.4 Adapter的集成

 

14.2.5 前门访问

 

14.2.6 后门访问

 

14.2.7 前门访问和后门访问的比较

 

14.3 寄存器模型的常规方法

 

14.3.1 mirrored、desired和actual value

 

14.3.2 prediction的分类

 

14.3.3 uvm_reg的访问方法

 

14.3.4 mem与reg的联系和差别

 

14.3.5 内建sequences

 

14.4 寄存器模型的场景应用

 

14.4.1 如何检查寄存器模型

 

14.4.2 功能覆盖率的实现

 

14.5 本章结束语

 

第15章 验证平台自动化

 

15.1 为什么需要一款代码生成器

 

15.2 UVM Framework

 

15.3 如何定制一款TB自动化工具

 

15.3.1 验证环境的自动化创建

 

15.3.2 测试框架和测试用例的垂直复用

 

15.3.3 中心化的功能覆盖率管理

 

15.4 本章结束语

 

第16章 跨平台移植复用

 

16.1 便携激励标准(PSS)

 

16.2 PSS工具集概览

 

16.2.1 inFact

 

16.2.2 Perspec

 

16.2.3 Breker Trek系列

 

16.3 跨平台的验证结构考量

 

16.3.1 virtual prototyping与simulation的混合仿真

 

16.3.2 virtual prototyping与FPGAprototyping的混合仿真

 

16.3.3 simulation与emulation的混合仿真

 

16.3.4 virtual prototyping与emulation的混合仿真

 

16.4 本章结束语

 

第17章 SV及UVM接口应用

 

17.1 DPI接口和C测试

 

17.1.1 总线接口的读写实现

 

17.1.2 virtual_core类的定义

 

17.1.3 DPI方法的实现

 

17.1.4 多核并行处理实现

 

17.1.5 中断响应的实现

 

17.2 SystemC与UVM的TLM2通信

 

17.2.1 UVMC连接

 

17.2.2 UVM指令API

 

17.3 MATLAB及Simulink模型与UVM的混合仿真

 

17.4 脚本语言与UVM的交互

 

17.4.1 线上控制和线下激励的交互应用

 

17.4.2 线上控制和线上激励的交互应用

 

17.5 本章结束语

 

第18章 SV及UVM高级话题

 

18.1 SystemVerilog开源公共库

 

18.1.1 SV开源库之一:svlib

 

18.1.2 SV开源库之二:cluelib

 

18.2 SV单元测试方法SVUnit

 

18.3 OVM到UVM的移植

 

18.3.1 OVM代码检视

 

18.3.2 OVM到UVM的代码自动转换

 

18.3.3 替换OVM phase方法

 

18.3.4 替换OVM objection方法

 

18.3.5 替换OVM configuration方法

 

18.3.6 添加UVM的新特性

 

18.4 OVM与UVM的混合仿真

 

18.4.1 UVM-ML验证框架

 

18.4.2 OVM兼容层

 

18.4.3 XVM

 

18.5 本章结束语

版 次:2页 数:字 数:印刷时间:2017年07月01日开 本:16开纸 张:胶版纸包 装:平装-胶订是否套装:否国际标准书号ISBN:9787121307188

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内容简介

本书是普通高等教育“十一五”*规划教材,全书分为三个部分:基础篇、应用篇和提高篇。基础篇以SEP4020为平台介绍嵌入式微处理器的原理和开发,应用篇以GE01开发板为例介绍基于嵌入式微处理器的硬件开发,以ASIX OS操作系统为例介绍基于嵌入式操作系统的嵌入式软件开发,*后在提高篇中介绍了mClinux和mC/OS嵌入式操作系统在GE01开发板上的移植。

作者简介

凌明,东南大学教授,东南大学电子科学与工程学院副院长,东南大学集成电路学院院长,东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心。南京博芯电子有限公司总经理。长期从事集成电路、电子系统设计方面的科研和教学工作,出版多部专业教材和专著,科研、教学、写作经验丰富。

目 录

目 录

第1章 嵌入式系统概况    1

1.1 什么是嵌入式系统    1

1.2 嵌入式系统的应用与分类    2

1.2.1 基于实时性的分类    2

1.2.2 基于应用的分类    2

1.2.3 移动互联网    3

1.2.4 物联网    4

1.3 嵌入式系统的产业链    6

1.4 嵌入式系统的知识体系    7

1.5 案例:MP3播放器    9

思考题    10

扩展阅读    11

第2章 嵌入式系统中SoC的硬件架构    12

2.1 SoC硬件架构概述    12

2.2 互联结构    15

2.2.1 常见互联结构分类    15

2.2.2 地址空间    20

2.2.3 常见互联结构接口协议    23

2.3 中央处理器    32

2.4 中断控制器    32

2.5 存储系统    34

2.6 直接存储器访问(DMA)    35

2.6.1 scatter-gather DMA    36

2.6.2 SEP4020芯片中的DMA控制器    37

2.6.3 DMAC驱动    40

2.7 外设接口控制器    40

2.7.1 高速通信接口控制器    40

2.7.2 低速通信接口控制器    41

2.7.3 人机界面控制器    41

2.8 案例:SoC架构设计    41

2.8.1 S3C44B0X    41

2.8.2 S3C6410    42

2.8.3 OMAP3530    43

2.8.4 SEP4020    43

2.8.5 SEP6200    44

思考题    47

扩展阅读    47

第3章 嵌入式系统的开发和调试    48

3.1 嵌入式系统的一般开发过程    48

3.1.1 交叉编译    49

3.1.2 链接    50

3.1.3 调试    50

3.2 调试方式介绍    51

3.2.1 模拟器    53

3.2.2 驻留监控软件    60

3.2.3 在线仿真调试    62

3.2.4 片上在线仿真调试    62

3.2.5 跟踪(Trace)技术    63

3.2.6* CoreSight调试与跟踪技术简介    65

3.3 基于JTAG接口的片上在线仿真    70

3.3.1 JTAG简介    70

3.3.2 基于JTAG的片上在线仿真的系统结构    75

3.3.3* ARM7TDMI内核调试原理    76

3.4 ARM的集成开发环境    82

3.4.1 ADS集成开发环境    83

3.4.2 DS-5集成开发环境    83

3.4.3 MDK集成开发环境    89

3.5 嵌入式软件的执行镜像与启动过程    94

3.5.1 ARM链接器的输出文件的加载视图与执行视图    95

3.5.2 基于ROM的程序执行    97

3.5.3 基于RAM的程序执行    97

3.5.4 ROM/RAM重映射    98

思考题    98

扩展阅读    98

第4章 SoC中的CPU内核    100

4.1 CPU的基本概念    100

4.1.1 CPU的发展    100

4.1.2 复杂指令集(CISC)与精简指令集(RISC)    103

4.1.3 CPU的流水线技术    104

4.1.4* CPU的分支预测技术    106

4.1.5* 乱序超标量处理器    110

4.1.6* SIMD和向量处理器    114

4.1.7* VLIW处理器    115

4.1.8* EPIC处理器    116

4.2 ARM内核    116

4.2.1 ARM介绍    116

4.2.2 ARM7TDMI编程模型    121

4.2.3 ARM7TDMI的指令集    131

4.2.4 ARM7TDMI汇编语言    143

4.2.5 ARM7TDMI异常处理    146

4.2.6 ARM汇编程序与C程序    153

4.2.7* ARM处理器的多核技术    158

4.2.8* ARM处理器的新发展    164

4.3* 其他CPU介绍    169

4.3.1 MIPS体系架构    170

4.3.2 龙芯处理器    175

4.3.3 UniCore-2 处理器    178

4.4* 其他类型的计算引擎    181

4.4.1* GPU    181

4.4.2* 可重构计算    187

案例:REMUS-II粗粒度可重构计算架构    196

思考题    201

扩展阅读    202

第5章 存储子系统    203

5.1 存储子系统概述    203

5.2 高速缓存Cache    204

5.2.1 Cache的基本组成    204

5.2.2 Cache的基本原理    206

5.2.3* Cache缺失与访问冲突    212

5.2.4* Cache一致性问题    216

5.2.5 Cache和SPM的比较    218

5.2.6* ARM Cortex A8处理器的Cache架构    221

5.3 虚拟存储器    222

5.3.1 虚拟内存技术的基本原理    222

5.3.2 虚实地址映射与转换    224

5.3.3 快速地址转换技术    227

5.3.4 地址保护机制    228

5.3.5 处理缺页和TLB缺失    230

5.3.6 ARM Cortex A系列处理器的虚存管理    230

5.4 片外存储器    234

5.4.1 静态随机存储器(SRAM)    235

5.4.2 动态随机存储器(DRAM)    237

5.4.3 非易失性存储器    250

5.5 外部存储器接口    258

5.5.1 SEP4020芯片的外部存储器接口EMI    258

5.5.2 SEP4020芯片EMI的初始化与配置    261

5.5.3 OMAP4460处理器的外部存储器接口    266

5.6* 存储子系统优化技术    267

5.6.1 存储子系统的技术指标    267

5.6.2 DDR控制器的优化    271

5.6.3 片上存储器布局优化技术    276

案例:高能效高清媒体处理器的访存QoS    279

思考题    284

扩展阅读    285

第6章 外设接口    288

6.1 低速通信接口    288

6.1.1 异步串行通信UART    288

6.1.2 同步串行通信    294

6.2 高速通信接口    299

6.2.1 通用串行总线USB    299

6.2.2* 10/100M以太网MAC网络接口    304

6.3 人机接口    313

6.3.1 液晶显示器接口    313

6.3.2 音频接口    322

6.3.3 触摸屏接口    326

6.4 定时器    332

6.4.1 通用定时器    332

6.4.2 RTC    333

思考题    335

扩展阅读    336

第7章 嵌入式系统软件概述    337

7.1 嵌入式系统的软件框架    337

7.1.1 嵌入式系统软件所面临的挑战    337

7.1.2 嵌入式软件的层次框架    338

7.2 嵌入式操作系统的基本原理    340

7.2.1 嵌入式操作系统简介    340

7.2.2 嵌入式操作系统的内核    341

7.2.3 任务管理与调度    342

7.2.4 任务间通信    348

7.2.5 中断管理    350

7.3* Android操作系统简介    356

7.3.1 Android操作系统的层次    357

7.3.2 Android虚拟机    358

7.3.3 Android的任务间通信机制    366

7.3.4 Android的安全机制    371

案例:基于SEP4020的EPOS软件平台设计    375

思考题    378

扩展阅读    378

第8章 嵌入式系统功耗优化    380

8.1 嵌入式系统功耗优化概述    380

8.1.1 嵌入式系统的功耗问题    380

8.1.2 SoC芯片级功耗优化    381

8.1.3 嵌入式系统级功耗优化    385

8.2 SoC芯片级低功耗设计方法    386

8.2.1 时钟门控    387

8.2.2 多电压域技术    389

8.2.3 电源门控技术    390

8.2.4* 动态电压频率调节和自适应调节    392

案例:SoC芯片低功耗设计    397

8.3 嵌入式系统级低功耗设计方法    400

8.3.1 嵌入式系统级功耗优化技术介绍    400

8.3.2 动态电源管理DPM    401

8.3.3 动态电压调节DVS    403

8.3.4 动态电压频率调节DVFS    405

案例:整机系统级低功耗设计    407

思考题    412

扩展阅读    412

 

芯片验证漫游指南 从系统理论到UVM的验证全视界

芯片验证漫游指南 从系统理论到UVM的验证全视界


好的,为您构思一份不包含您提供的图书内容的图书简介,内容详尽,力求自然流畅,无刻意为之的痕迹。 --- 《数字时代架构师的修炼之路:从冯·诺依曼到量子计算的基石》 导读: 在信息技术日新月异的今天,我们对计算能力的渴求从未停歇。从早期电子管的轰鸣到如今纳米级的晶体管阵列,计算机科学的演进史,就是一部人类不断突破物理和逻辑极限的奋斗史。本书并非聚焦于某一特定技术的验证流程或应用层面,而是致力于构建一个宏大而坚实的理论基石,带领读者穿越计算机体系结构的关键历史节点,深入理解现代计算范式的底层逻辑,并展望下一代计算的潜在图景。 第一部分:经典计算的奠基与演进(深入解析冯·诺依曼结构与指令集设计) 本部分将细致剖析现代计算机的“骨骼”——冯·诺依曼体系结构。我们不会停留在概念的表面介绍,而是深入探究其在早期实现中遇到的瓶颈,特别是存储程序概念与数据/指令分离的内在矛盾。 指令系统的哲学: 我们将详细对比不同历史阶段的指令集设计哲学。从早期的固定长度指令集(如早期的PDP系列)到RISC(精简指令集)与CISC(复杂指令集)的长期论战及其演变。重点分析RISC设计如何通过流水线技术和更多的通用寄存器,在性能与功耗之间取得了微妙的平衡。我们将通过一个简化的三级流水线模型,直观展示指令冲突(结构冒险、数据冒险、控制冒险)的产生机制及其硬件解决策略,如转发(Forwarding)和分支预测器的基本原理。 内存层级的构建艺术: 内存延迟是限制现代处理器性能提升的“阿喀琉斯之踵”。本书将全面解析内存金字塔的构建逻辑。缓存(Cache)的设计不仅仅是容量的选择,更是映射策略(直映、全关联、组相联)和替换策略(LRU, FIFO, 随机)在不同访问模式下的权衡。我们将引入多级缓存(L1、L2、L3)的协同工作机制,并探讨一致性协议(如MESI协议的简化描述)在多核系统中的必要性和挑战。此外,虚拟内存的概念及其与TLB(快表)的紧密配合,如何实现了对物理资源的有效抽象和保护,也将得到充分的阐释。 第二部分:并行性与多核时代的挑战(深入理解架构扩展与系统同步) 随着摩尔定律在频率提升上的放缓,并行性成为了驱动计算进步的主要动力。本部分将从硬件和软件协同设计的角度,审视多核、众核时代的架构挑战。 线程级并行与指令级并行: 区分SIMD(单指令多数据)和SIMT(单指令多线程)的内在差异及其在图形处理和高性能计算中的应用。重点讨论乱序执行(Out-of-Order Execution)引擎的设计,理解其如何通过重排序缓冲(ROB)和保留站(Reservation Station)来动态发现并执行指令间的并行性,从而在单核内部榨取性能。 同步的代价: 在多核处理器中,共享内存模型下的数据一致性是核心难题。本书将深入探讨硬件原子操作(如Load-Link/Store-Conditional)的实现机制,并将其与软件层面的同步原语(互斥锁、信号量)进行关联分析。讨论缓存一致性协议在实际大规模系统中的扩展性问题,以及由此引发的内存模型(如顺序一致性、释放一致性)对程序员编程模型的约束。 第三部分:超越硅基极限——未来计算的理论前沿 计算机科学的未来在于突破现有半导体技术的物理边界。本部分将拓宽读者的视野,探讨正在孕育中的下一代计算范式。 量子计算的计算模型: 抛弃复杂的物理实现细节,我们聚焦于量子计算的数学基础。重点解析量子比特(Qubit)的概念,以及叠加态和量子纠缠如何赋予量子计算机超越经典计算机的潜在能力。我们将介绍Shor算法和Grover算法的原理性优势,并讨论量子逻辑门(如Hadamard门、CNOT门)的酉矩阵表示,从而理解量子电路的设计逻辑。这部分内容旨在帮助读者建立对量子霸权(Quantum Supremacy)的理论认知,而非具体的编程实践。 神经形态计算与类脑架构: 面对传统图灵机在处理非结构化数据(如图像、语音)时的能耗瓶颈,类脑计算提供了一种新的思路。本节将介绍脉冲神经网络(SNN)的基本概念,探讨其与传统深度学习的差异,以及在存算一体化(In-Memory Computing)架构中,如何利用新型存储器件(如忆阻器)的物理特性来实现更低功耗的并行信息处理。 结语: 本书旨在提供一个结构化的、自底向上的视角,帮助读者理解计算科学的深层规律和演变动力。它不是一本关于具体工具或流程的手册,而是塑造体系架构师思维框架的理论指南。掌握了这些基石,无论未来的计算平台如何变化,您都能迅速抓住其核心,设计出更高效、更具前瞻性的系统。 ---

用户评价

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这本书简直是为我量身定做的!我一直对芯片验证这个领域充满了好奇,但又觉得它深不可测,尤其是从系统理论到UVM这么大的跨度,总让我望而却步。读了这本书,我终于有了一个清晰的全局观。它没有一开始就抛出大量的UVM代码,而是从更宏观的系统理论入手,循序渐进地解释了验证的本质和方法论。我特别喜欢它对不同验证策略的对比分析,以及如何根据项目需求选择最合适的验证方法。书中的图示和案例都非常贴切,帮助我理解了很多抽象的概念。读完第一册,我感觉自己对整个验证流程的认识上升了一个层次,不再是零散的知识点堆砌,而是形成了一个完整的知识体系。迫不及待想开始第二册的学习,希望它能带我深入UVM,真正掌握实战技能!

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作为一名对前沿技术充满热情的学生,我一直在寻找能够引领我进入硬件设计和验证领域的书籍。这套《芯片验证漫游指南》和《嵌入式系统》组合,就像一本宝藏,让我惊喜连连。它不像很多技术书籍那样枯燥乏味,而是采用了一种“漫游”的视角,带领读者轻松愉快地探索芯片验证的奥秘。从基础的系统理论到复杂的UVM框架,它都能够用清晰易懂的语言进行讲解,并且辅以大量的实例和思考题,能够有效地巩固学习效果。我尤其欣赏它在知识体系构建上的用心,能够让初学者快速建立起对整个领域的认知框架,避免迷失在技术细节中。这套书的学习体验非常棒,让我对芯片设计和验证这个曾经遥不可及的领域充满了信心。

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我最近在工作中遇到了一个棘手的问题,涉及到复杂的SoC芯片与嵌入式系统之间的通信接口。之前的知识储备让我难以找到根源,于是我翻阅了这套书。其中关于SoC芯片内部架构和系统集成的内容,给了我极大的启发。书中对总线协议、中断处理以及各种外设接口的讲解,让我迅速定位到了问题的可能症结。尤其是它对于系统级别的调试策略的描述,更是为我提供了解决问题的思路。通过对照书中的案例,我成功地找到了导致通信错误的具体原因,并迅速进行了修复。这套书不仅仅是理论知识的堆砌,更是一本实用的工具书,能够在关键时刻为开发者提供宝贵的指导和帮助,极大地提升了解决问题的效率。

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我是一名资深的软件工程师,近期因为工作需要,需要深入了解嵌入式系统的底层原理,特别是SoC芯片的设计和验证。这套书的内容非常丰富,涵盖了从系统理论到UVM验证,再到嵌入式系统和SoC芯片的方方面面。它并没有简单地罗列技术术语,而是深入浅出地讲解了每个概念背后的逻辑和原理。尤其是在UVM的部分,它不仅仅是介绍了语法和框架,更重要的是讲解了其设计的思想和理念,让我能够真正理解为什么UVM会成为验证领域的主流。在嵌入式系统的部分,它将SoC芯片与软件结合得非常紧密,让我能够从整体上理解一个完整的嵌入式产品是如何形成的。这本书的深度和广度都非常令人满意,是一套不可多得的宝藏。

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我是一名嵌入式系统开发者,长期以来一直专注于软件部分的开发,对于SoC芯片的内部架构和验证过程了解不多,但又深感在整个开发链条中,对芯片的理解不足会成为瓶颈。这本书的第二部分,关于嵌入式系统从SoC芯片到系统的内容,正好弥补了我的知识盲区。它详细介绍了SoC芯片的设计流程,以及嵌入式系统是如何构建在SoC之上的。书中对各个子系统的功能和交互的解释非常到位,让我能够理解软件和硬件之间的紧密联系。我尤其关注了它在系统集成和调试方面的章节,这对于我们实际开发中遇到的各种棘手问题非常有指导意义。这本书让我摆脱了“只懂软件”的局限,能够从更宏观的视角去理解整个产品从芯片到最终用户体验的演进,这对我未来的工作帮助会非常大。

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