现代VLSI设计：片上系统设计(第3版)(改编版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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沃尔夫 著

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• VLSI设计
• 片上系统
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• Verilog
• 系统设计
• 电子工程

店铺： 博学精华图书专营店

出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040182552

商品编码：29692519700

包装：平装

出版时间：2006-02-01

基本信息

书名:现代VLSI设计：片上系统设计(第3版)(改编版)

：48.20元

售价：32.8元,便宜15.4元,折扣68

作者:沃尔夫

出版社：高等教育出版社

出版日期：2006-02-01

ISBN：9787040182552

字数：

页码：604

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

内容提要

《现代VLSI设计：片上系统设计（第3版改编版）》是一本介绍现代VLSI芯片设计过程的书籍，改编自PEARSONEDUCATION出版的ModerVLSI Design：System-on-Chip Design（3／e）一书。书中全面地论述了VLSI芯片设计的有关问题，反映了目前SoC的新进展，并介绍了SoC的设计方法。全书共分10章。内容包括：数字系统与VLSl，晶体管的版图设计，逻辑门，组合逻辑网络，时序电路，子系统设计，自顶向下设计，系统设计，芯片设计，CAD系统及算法，另有3个附录。每章末尾均附有难度不同的习题。附录中还提供了丰富而实用的词汇表。改编者保持原书的风格和原有体系结构，根据国内的教学要求和课程设置，调整了原书的一些内容，使之更适合我国高等学校作为教材使用。
《现代VLSI设计：片上系统设计（第3版改编版）》可作为高校电子工程、计算机科学与工程、微电子半导体等专业的高年级本科生和研究生的教材或教学参考书，也可供从事芯片设计的工程技术人员作为参考书使用。

目录

Preface to the Third Editioix
Preface to the Second Editioxi
Preface xiii
1 Digital Systems and VLSI 1
1.1 Why DesigIntegrated Circuits 1
1.2 Integrated Circuit Manufacturing 4
1.2.1 Technology 4
1.2.2 Economics 6
1.3 CMOS Technology 15
1.3.1 CMOS Circuit Techniques 15
1.3.2 Power Consumptio16
1.3.3 Desigand Testability 17
1.4 Integrated Circuit DesigTechniques 18
1.4.1 Hierarchical Desig19
1.4.2 DesigAbstractio22
1.4.3 Computer-Aided Desig28
1.5 A Look into the Future 30
1.6 Summary 31
1.7 References 31
1.8 Problems 32

2 Transistors and Layout 33
2.1 Introductio33
2.2 FabricatioProcesses 34
2.2.1 Overview 34
2.2.2 FabricatioSteps 37
2.3 Transistors 40
2.3.1 Structure of the Transistor 40
2.3.2 A Simple Transistor Model 45
2.3.3 Transistor Parasitics 48
2.3.4 Tub Ties and Latchup 50
2.3.5 Advanced Transistor Characteristics 53
2.3.6 Leakage and Subthreshold Currents 60
2.3.7 Advanced Transistor Structures 61
2.3.8 Spice Models 61
2.4 Wires and Vias 62
2.4.1 Wire Parasitics 65
2.4.2 SkiEffect iCopper Interconnect 72
2.5 DesigRules 74
2.5.1 FabricatioErrors 75
2.5.2 Scalable DesigRules 77
2.5.3 SCMOS DesigRules 79
2.5.4 Typical Process Parameters 83
2.6 Layout Desigand Tools 83
2.6.1 Layouts for Circuits 83
2.6.2 Stick Diagrams 88
2.6.3 Layout Desigand Analysis Tools 90
2.6.4 Automatic Layout 94
2.7 References 97
2.8 Problems 97

3 Logic Gates 105
3.1 Introductio105
3.2 Static Complementary Gates 106
3.2.1 Gate Structures 106
3.2.2 Basic Gate Layouts 110
3.2.3 Logic Levels 113
3.2.4 Delay and TransitioTime 118
3.2.5 Power Consumptio127
3.2.6 The Speed-Power Product 130
3.2.7 Layout and Parasitics 131
3.2.8 Driving Large Loads 134
3.3 Switch Logic 135
3.4 Alternative Gate Circuits 136
3.4.1 Pseudo-nMOS Logic 137
3.4.2 DCVS Logic 139
3.4.3 Domino Logic 141
3.5 Low-Power Gates 146
3.6 Delay Through Resistive Interconnect 152
3.6.1 Delay Through aRC TransmissioLine 152
3.6.2 Delay Through RC Trees 155
3.6.3 Buffer InsertioiRC TransmissioLines 159
3.6.4 Crosstalk BetweeRC Wires 161
3.7 Delay Through Inductive Interconnect 164
3.7.1 RLC Basics 165
3.7.2 RLC TransmissioLine Delay 166
3.7.3 Buffer InsertioiRLC TransmissioLines 167
3.8 References 169
3.9 Problems 171

4 Combinational Logic Networks 177
4.1 Introductio177
4.2 Standard Cell-Based Layout 178
4.2.1 Single-Row Layout Desig179
4.2.2 Standard Cell Layout Desig188
4.3 Simulatio190
4.4 Combinational Network Delay 194
4.4.1 Fanout 195
4.4.2 Path Delay 196
4.4.3 Transistor Sizing 201
4.4.4 Automated Logic Optimizatio210
4.5 Logic and Interconnect Desig211
4.5.1 Delay Modeling 212
4.5.2Wire Sizing 213
4.5.3 Buffer Insertio214
4.5.4 Crosstalk Minimizatio216
4.6 Power Optimizatio221
4.6.1 Power Analysis 221
4.7 Switch Logic Networks 225
4.8 Combinational Logic Testing 229
4.8.1 Gate Testing 231
4.8.2 Combinational Network Testing 234
4.9 References 236
4.10 Problems 236

5 Sequential Machines 241
5.1 Introductio241
5.2 Latches and Flip-Hops 242
5.2.1 Categories of Memory Elements 242
5.2.2 Latches 244
5.2.3 Flip-Flops 251
5.3 Sequential Systems and Clocking Disciplines 252
5.3.1 One-Phase Systems for Flip-Flops 255
5.3.2 Two-Phase Systems for Latches 257
5.3.3 Advanced Clocking Analysis 265
5.3.4 Clock Generatio272
5.4 Sequential System Desig273
5.4.1 Structural Specificatioof Sequential Machines 273
5.4.2 State TransitioGraphs and Tables 275
5.4.3 State Assignment 284
5.5 Power Optimizatio290
5.6 DesigValidatio291
5.7 Sequential Testing 293
5.8 References 300
5.9 Problems 300

6 Subsystem Desig303
6.1 Introductio303
6.2 Subsystem DesigPrinciples 306
6.2.1 Pipelining 306
6.2.2 Data Paths 308
6.3 Combinational Shifters 311
6.4 Adders 314
6.5 ALUs 321
6.6 Multipliers 322
6.7 High-Density Memory 331
6.7.1 ROM 333
6.7.2 Static RAM 335
6.7.3 The Three-Transistor Dynamic RAM 339
6.7.4 The One-Transistor Dynamic RAM 340
6.8 References 344
6.9 Problems 344

7 Floorplanning 347
7.1 Introductio347
7.2 Floorplanning Methods 348
7.2.1 Block Placement and Channel Definitio352
7.2.2 Global Routing 358
7.2.3 Switchbox Routing 360
7.2.4 Power Distributio361
7.2.5 Clock Distributio364
7.2.6 Floorplanning Tips 369
7.2.7 DesigValidatio370
7.3 Off-Chip Connections 371
7.3.1 Packages 371
7.3.2 The I/O Architecture 375
7.3.3 Pad Desig376
7.4 References 379
7.5 Problems 381

8 Architecture Desig387
8.1 Introductio387
8.2 Hardware DescriptioLanguages 388
8.2.1 Modeling with Hardware DescriptioLanguages 388
8.2.2 VHDL 393
8.2.3 Verilog 402
8.2.4 C as a Hardware DescriptioLanguage 409
8.3 Register-Transfer Desig410
8.3.1 Data Path-Controller Architectures 412
8.3.2ASM Chart Desig413
8.4 High-Level Synthesis 422
8.4.1 Functional Modeling Programs 424
8.4.2 Data 425
8.4.3 Control 435
8.4.4 Data and Control 441
8.4.5 DesigMethodology 443
8.5 Architectures for Low Power 444
8.5.1 Architecture-DriveVoltage Scaling 445
8.5.2 Power-DowModes 446
8.6 Systems-on-Chips and Embedded CPUs 447
8.7 Architecture Testing 453
8.8 References 457
8.9 Problems 457

9 Chip Desig461
9.1 Introductio461
9.2 DesigMethodologies 461
9.3 KitcheTimerChip 470
9.3.1 Timer Specificatioand Architecture 471
9.3.2 Architecture Desig473
9.3.3 Logic and Layout Desig478
9.3.4 DesigValidatio485
9.4 Microprocessor Data Path 488
9.4.1 Data Path Organizatio489
9.4.2 Clocking and Bus Desig490
9.4.3 Logic and Layout Desig492
9.5 References 494
9.6 Problems 495

10 CAD Systems and Algorithms 497
10.1 Introductio498
10.2 CAD Systems 498
10.3 Switch-Level Simulatio499
10.4 Layout Synthesis 501
10，4，1 Placement 503
10.4.2 Global Routing 506
10.4.3 Detailed Routing 508
10.5 Layout Analysis 510
10.6 Timing AnalysisandOptimizatio512
10.7 Logic Synthesis 517
10.7.1 Technology-Independent Logic Optimizatio518
10.7.2 Technology-Dependent Logic Optimizations 525
10.8 Test Generatio528
10.9 Sequential Machine Optimizations 530
10.10 Scheduling and Binding 532
10.11 Hardware/Software Co-Desig534
10.12 References 535
10.13 Problems 535
A Chip Designers Lexico539
B Chip DesigProjects 557
B.1 Class Project Ideas 557
B.2 Project Proposal and Specificatio558
B.3 DesigPla559
B.4 DesigCheckpoints and Documentatio562
B.4.1 Subsystems Check 563
B.4.2 First Layout Check 563
B.4.3 Project Completio563
C KitcheTimer Model 565
C.1 Hardware Modeling iC 565
C.I.1 Simulator 567
C.1.2 Sample Executio573
References 577
Index 593

作者介绍

文摘

A register-transfer simulator exhibits the correct cycle-by-cycle behavior atits inputs and outputs， but the internal implementatioof the simulator mayhave nothing to do with the logic implementation. Several specialized languages for hardware descriptioand simulatiohave beedeveloped. Hardware simulatiolanguages， such as VHDL and Vefilog， provide primitiveswhich model the parallelism of logic gate evaluation， delays， etc.， so that astructural descriptiolike a list automatically provides accurate simulation. Ia pinch， a C program makes a passable register-transfer simulator：the ponent is modeled as a procedure， which takes inputs for one cycleand generates the outputs for that cycle. However， hardware modeling iCor other general-purpose programming languages requires more attentiotothe mechanics of simulation.
A logic simulator accepts a list whose ponents are logic gates. Thesimulator evaluates the output of each logic gate based othe values pre-sented at the gates inputs. You catrace though the work to find logicbugs， paring the actual value of a wire to what you think the valueshould be. Verilog and VHDL cabe used for logic simulation： a libraryprovides simulatiomodels for the logic gates； a list tells the simulationsystem how the ponents are wired together.

序言

《现代VLSI设计：片上系统设计（第3版）（改编版）》 内容概要： 本书是一本深入探讨现代超大规模集成电路（VLSI）设计，特别是片上系统（SoC）设计理论与实践的权威教材。它旨在为计算机工程、电子工程及其相关专业的学生和工程师提供扎实的理论基础和丰富的实践指导。从基础的数字逻辑和半导体器件原理出发，逐步深入到复杂的系统级集成、低功耗设计、验证方法学以及最新的设计自动化工具和技术。本书特别强调了SoC设计在现代电子产品中所扮演的关键角色，以及实现高效、可靠、低功耗SoC所需的各种技术挑战和解决方案。 第一部分： VLSI 设计基础 本部分为读者构建起理解复杂VLSI设计的基石。 数字逻辑与CMOS技术基础： 详细介绍组合逻辑和时序逻辑电路的设计，包括布尔代数、逻辑门、触发器、状态机等。在此基础上，深入讲解CMOS（互补金属氧化物半导体）作为VLSI设计主流工艺的技术原理、器件特性（NMOS、PMOS）、晶体管行为及其建模。读者将学习CMOS反相器、NAND、NOR等基本门电路的结构和工作原理，以及如何利用这些基本单元构建更复杂的逻辑电路。同时，也会涉及MOSFET的直流和交流特性，以及其在不同工作区下的行为。 VLSI工艺与物理设计： 介绍集成电路制造过程中涉及的关键步骤，如光刻、刻蚀、薄膜沉积、离子注入等。重点讲解MOSFET的结构、沟道长度调制、短沟道效应等物理现象，以及这些现象如何影响电路性能。读者将理解设计规则（Design Rules）的意义，以及它们如何转化为物理版图（Layout）的约束，从而确保芯片的可制造性。此外，还会介绍互连线延迟、串扰、功耗等物理层面的设计挑战。 逻辑综合与布局布线： 讲解如何将高层次的逻辑设计（如HDL代码）转换为门级网表（Netlist），以及如何进行逻辑优化以满足性能、面积和功耗的要求。详细介绍布局（Placement）和布线（Routing）等物理实现过程，包括不同的算法和策略，例如标准单元布局、时钟树综合（CTS）、全局布线与详细布线等。理解这些过程对于确保芯片能够成功制造并达到设计指标至关重要。 第二部分： 片上系统（SoC）设计 本部分将视角从单个芯片提升到整个系统，聚焦于SoC设计的核心概念和技术。 SoC架构与总线协议： 介绍SoC的概念，即在一个芯片上集成多种功能模块，如CPU、DSP、GPU、内存控制器、I/O接口等。深入讲解现代SoC的常用架构，包括总线拓扑结构（如点对点、共享总线、网络在片NOC）、总线仲裁机制以及常用的片上通信协议，如AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）家族（AHB, APB, AXI）。读者将学习如何设计和选择合适的总线协议以实现不同模块之间的高效通信。 IP核集成与总线接口设计： 讲解IP（Intellectual Property）核在SoC设计中的作用，包括软核、硬核和固件IP。重点讨论如何选择、评估和集成不同的IP核，以及如何设计适配不同IP核的总线接口，确保它们能够协同工作。这包括理解IP核的数据接口、控制接口以及时序要求。 功耗管理技术： 随着移动设备和嵌入式系统的普及，低功耗设计已成为SoC设计的核心挑战。本部分将详细介绍各种功耗管理技术，包括动态电压频率调整（DVFS）、时钟门控（Clock Gating）、电源门控（Power Gating）、多电压域设计以及低功耗存储器设计等。读者将学习如何进行功耗分析，识别功耗热点，并应用相应的技术来优化SoC的能效。 时序分析与时钟树综合： 深入探讨数字电路的时序问题，包括建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）违例，以及如何进行时序约束和分析。详细介绍时钟树综合（CTS）技术，其目的是在芯片内部生成高质量、低偏移（Skew）的时钟信号，确保所有同步电路都能在正确的时间采样数据。将介绍各种时钟树的构建方法和优化策略。 第三部分： VLSI 设计的高级主题与验证 本部分将进一步拓展读者对VLSI设计的前沿技术和关键流程的理解。 低功耗设计方法学（续）： 在功耗管理技术的基础上，进一步深入探讨软件和硬件协同的低功耗设计方法，包括电源域划分、功耗感知调度以及低功耗模式的实现。 硬件加速与专用处理器： 讨论如何在SoC中集成专用的硬件加速器（如ASIC、FPGA）和专用处理器（如DSP、NPU）来提升特定任务的性能和能效。这包括理解异构计算的概念，以及如何将这些加速器有效地集成到SoC架构中。 现代EDA工具与设计流程： 介绍当前主流的电子设计自动化（EDA）工具，涵盖了从前端设计（RTL编码、仿真）、综合、物理设计到后端验证的整个流程。读者将了解不同类型EDA工具的功能和应用场景，以及现代VLSI设计流程的各个阶段。 VLSI验证方法学： 验证是确保芯片设计的正确性的关键环节。本部分将详细介绍各种验证技术，包括功能验证（仿真、形式验证、覆盖率分析）、性能验证、功耗验证以及物理验证（DRC、LVS）。将重点介绍基于UVM（Universal Verification Methodology）的验证方法，这是当前业界广泛采用的高效验证框架。 芯片的可靠性与可测试性： 探讨影响芯片可靠性的各种因素，如电迁移（Electromigration）、热效应、工艺偏差等，并介绍如何通过设计来增强芯片的可靠性。此外，还会讲解可测试性设计（DFT，Design for Testability）技术，如扫描链（Scan Chain）、边界扫描（Boundary Scan）等，以降低芯片测试的成本和复杂度。 前沿设计趋势： 简要介绍当前VLSI设计领域的热点和未来发展方向，例如人工智能在芯片设计中的应用、Chiplet技术、先进封装技术、新型存储器技术等。 目标读者： 本书适合以下读者： 高等院校计算机科学、电子工程、微电子学及其相关专业的本科生和研究生： 作为核心课程的教材或参考书，帮助他们系统学习VLSI和SoC设计。 集成电路设计工程师： 无论是初学者还是有一定经验的设计师，本书都能提供深入的理论指导和实用的设计技巧。 嵌入式系统开发者： 了解SoC架构和设计原理，有助于更好地选择和利用现有的SoC平台。 对芯片设计感兴趣的研究人员： 了解VLSI设计的基础和前沿，为进一步的学术研究打下基础。 本书特色： 系统性强： 从基础概念到高级技术，内容覆盖全面，结构清晰，逻辑严谨。 理论与实践结合： 既有扎实的理论讲解，也融入了大量的工程实践经验和案例分析。 紧跟时代： 关注现代SoC设计的最新技术和趋势，如低功耗设计、IP集成、验证方法学等。 适合不同层次读者： 既适合初学者入门，也为资深工程师提供参考。 强调设计思维： 引导读者理解“为什么”这样做，而不仅仅是“怎么做”。 通过学习本书，读者将能够深入理解现代VLSI和SoC设计的复杂性，掌握关键的设计技术和方法，从而能够独立或协作地完成高质量的芯片设计项目。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简直是一场视觉的盛宴，那种深邃的蓝色调配上简洁有力的标题字体，立刻让人感受到其中蕴含的科技感与专业深度。我翻开第一页，那种纸张的质感就让人心情愉悦，不像有些技术书籍那样粗糙，这本的装帧显然是下过一番功夫的。内容方面，尽管我尚未深入研究每一个细节，但从目录和前言就能看出作者在梳理概念上的独到匠心。特别是对那些复杂的数字逻辑和模拟电路交织部分的介绍，行文流畅，逻辑严密，仿佛有一个经验丰富的前辈在你耳边娓娓道来，而不是冷冰冰地堆砌公式。初读下来，感觉它不仅仅是一本教材，更像是一本能够引导读者建立完整系统观的思维导图。书中对设计流程的划分，清晰地展示了从概念构想到最终物理实现的每一步关键决策点，这对于我这种正在努力构建全局视野的初学者来说，无疑是最好的指引。我对其中关于设计验证与仿真章节的期待值非常高，希望能看到更贴近业界前沿的实践案例和工具链介绍，让理论与实践的鸿沟得以有效弥合。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，更像是一场与作者思想的深度对话，而不是简单的知识灌输。我尤其欣赏作者在阐述那些抽象概念时，总能巧妙地引入生动的比喻和历史演进的视角。比如，在讲解功耗优化策略时，书中不仅罗列了各种降低动态和静态功耗的技术，还追溯了这些技术是如何随着半导体工艺节点的演进而不断被迭代和强化的。这种“知其所以然”的叙述方式，极大地增强了知识的粘合度，让我不仅仅停留在“记住这个公式”的层面，而是理解了“为什么必须用这个公式”背后的物理和工程权衡。书中对于不同设计层次——从晶体管级别到系统级——的抽象和封装处理得极其到位，避免了初学者在面对庞大系统时望而却步的窘境。它教会我如何在宏观层面把握架构，又能在微观层面进行深入的细节打磨。这种平衡感的营造，是很多同类书籍难以企及的。我感觉作者本人对这个领域的热爱和敬畏之心，都渗透在了每一个标点符号之中。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和图文布局，简直是教科书级别的典范。很多技术书籍为了塞进尽可能多的信息，往往牺牲了阅读体验，使得图表与文字之间缺乏必要的呼吸空间，让人读起来非常费力。然而，这本却是个例外。它的留白处理得恰到好处，关键的结构图和波形示意图都用高分辨率的彩色印刷呈现，色彩的区分非常清晰，对于理解信号流和数据通路至关重要。特别是那些用于解释复杂时序或时钟域交叉（CDC）问题的插图，色彩对比度和标记的精确性，让原本晦涩难懂的逻辑关系变得一目了然。我甚至在某些段落感受到了一种阅读艺术品的愉悦感，这极大地提升了我持续学习的动力。在处理专业术语时，作者采用了一种非常人性化的处理方式：第一次出现时不仅给出全称和缩写，还会简短地在脚注或旁注中提供一个精炼的解释，避免了频繁翻阅术语表的麻烦。这种对读者体验的细致入微的关注，体现了作者深厚的教学功底和对读者的尊重。

评分☆☆☆☆☆

如果说这本书有什么让人感到“厚重”的地方，那可能就是它对设计流程中潜在陷阱和“坑点”的详尽披露。很多教材往往只展示理想化的、教科书式的设计路径，但现实中的芯片设计充满了各种意想不到的挑战，比如耦合噪声、IR Drop、以及不同IP核之间的不兼容性。这本书的不同寻常之处在于，它勇敢地将这些“暗礁”也呈现在读者面前。它不是简单地告诉你“要做好电源完整性”，而是深入分析了为何在特定工艺节点下，某个电阻值会导致特定区域的电压降超过阈值，以及如何通过迭代仿真来规避它。这种带着“实战经验”的叙事风格，让这本书的实用价值远超理论参考书。它似乎在不断提醒我：“别光看模型，要看物理现实。”对于那些计划未来从事IC后端或物理设计工作的同仁来说，这种前瞻性的风险提示是无价之宝。它培养的不是只会套公式的工程师，而是懂得在约束条件下寻求最优解的实干家。

评分☆☆☆☆☆

我注意到这本书在内容组织上，非常注重不同设计领域间的横向联系和垂直整合。它不仅仅将VLSI设计视为一个孤立的电子工程分支，而是巧妙地将其嵌入到整个电子系统和市场需求的宏大背景中去考察。例如，在讨论特定架构选择时，作者会提及该架构对软件优化和系统功耗预算的具体影响，这对于现代片上系统（SoC）设计人员来说至关重要，因为如今的IC设计越来越需要跨越硬件和软件的界限。书中对接口协议，尤其是高速串行和并行接口的设计考虑，也给予了足够的篇幅，并且将这些物理层面的挑战与系统级带宽需求紧密挂钩。阅读过程中，我一直在思考如何将书中的知识点应用到我正在进行的项目中，发现这本书提供了一个极佳的框架，让我能够系统性地审视和优化当前的设计决策，确保我们不仅实现了功能，更实现了在性能、功耗和面积（PPA）上的最佳平衡。这本书的价值在于，它教会我们如何像系统架构师一样思考。