Verilog 晶片設計(附範例程式光碟)(第三版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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本書將IC設計實務經驗深入於範例探討，且每一範例均經過模擬驗證。除瞭基本的設計技巧外，亦說明多模組整閤設計之技術。希望藉由此書帶領讀者進入以Verilog為主的各種相關設計領域中，熟悉Verilog語言全貌，更希望藉由它，幫助讀者完成各種晶片之設計。內容包含有：數位邏輯設計與Verilog發展沿革、Verilog設計風格與觀念、Verilog設計結構、閘層(GateLevel)描述、資料流描述設計、行為描述、函數及任務、自定邏輯電路與狀態機、Verilog程式設計技巧、電路的延遲時序設定、專題實務設計範例等，適閤科大資工、電子、電機係教授「數位邏輯設計」、「數位邏輯設計實習」之課程或相關業界人士及有興趣之讀者使用。

本書特色

　　1.作者將IC設計實務經驗深入於範例探討，且每一範例均經過模擬驗證。

　　2.本書除瞭基本的設計技巧外，亦說明多模組整閤設計之技術。希望藉由此書帶領讀者進入以Verilog為主的各種相關設計領域中，熟悉Verilog語言全貌。

　　3.本書提供範例程式光碟，方便讀者使用。

晶片設計實務進階：從概念到實現的係統化指南 本書旨在提供一套全麵且深入的數字係統設計與驗證的實務方法論，聚焦於現代半導體産業主流的設計流程、工具鏈應用以及高效能電路的實現技巧。本書內容完全獨立於任何特定教科書或教材體係，專注於工程實踐中的核心能力培養與前沿趨勢的把握。 --- 第一章：數字設計流程的革新與現代化 本章詳細探討瞭當前集成電路（IC）設計所麵臨的挑戰與機遇，特彆是“摩爾定律”放緩背景下的設計復雜度管理。我們將深入分析從係統級規格定義到最終晶圓製造（Tape-out）的完整流程，重點解析高級綜閤（High-Level Synthesis, HLS）在加速設計迭代中的關鍵作用。 核心內容涵蓋： 1. 設計流程的演進： 傳統RTL（寄存器傳輸級）設計與基於抽象模型設計（如C/C++抽象描述）的對比分析，以及混閤流程的優勢。 2. 設計規格的精確化： 如何利用形式化方法（Formal Verification）的初步概念來固化係統行為，減少設計意圖與實現之間的歧義。 3. 設計約束的藝術： 時序（Timing）、功耗（Power）和麵積（Area）約束的設定策略。強調如何平衡這些相互衝突的設計目標，為後續的物理實現打下堅實基礎。特彆討論瞭多電壓域（Multi-Voltage Domain）設計中約束的復雜性處理。 4. 工具鏈的集成與腳本自動化： 探討業界主流EDA工具（如Synopsys Design Compiler, Cadence Innovus等）的工作流程集成，以及使用Tcl/Python進行流程自動化腳本編寫的基本原則和實用技巧，以提高設計團隊的生産力。 第二章：高級抽象層級的建模與行為級仿真 在RTL編碼之前，對係統進行高效的行為級建模至關重要。本章將聚焦於如何利用高級語言（如SystemC、C++）來描述復雜的算法和係統架構，並實現快速的架構級仿真（Architectural Simulation）。 重點剖析： 1. 係統級建模語言特性： 深入剖析SystemC中的時間、並發性與通信機製，使其能夠準確映射到硬件的並行執行特性。 2. 從行為到寄存器傳輸級（RTL）的轉換策略： 探討如何通過清晰的接口定義（如AXI協議的抽象化錶示）和數據流分析，實現從C/C++模型到可綜閤RTL代碼的半自動化或指導性轉換。這部分強調的是可綜閤性檢查，確保高級模型中的結構能被邏輯綜閤工具正確理解。 3. 事務級建模（Transaction-Level Modeling, TLM）： 詳細介紹TLM 2.0標準，用於構建不同抽象層次的組件模型，實現快速的原型驗證和性能估算。 4. 性能分析技術： 如何在行為仿真階段準確捕獲關鍵性能指標，如吞吐量（Throughput）和延遲（Latency），並識彆設計中的性能瓶頸。 第三章：高效能RTL編碼與邏輯綜閤優化 本章是硬件描述語言（HDL）工程實踐的核心，重點在於編寫齣既符閤規範又易於被綜閤工具優化的RTL代碼。內容側重於性能提升和資源優化的技巧。 關鍵主題包括： 1. 時序驅動的編碼風格： 探討如何使用適當的同步邏輯、避免亞穩態（Metastability）的結構，以及如何處理跨時鍾域（CDC）的同步問題。詳細介紹異步FIFO和握手協議（Handshake Protocol）的魯棒性設計。 2. 流水綫（Pipelining）深度優化： 深入分析如何根據目標時鍾頻率和關鍵路徑延遲，確定最優的流水綫級數。提供實用的經驗法則和迭代優化流程。 3. 資源共享與模塊化設計： 講解如何設計可重用、資源共享的算術邏輯單元（如乘法器、除法器），並通過狀態機（FSM）有效地控製這些共享資源。 4. 邏輯綜閤的深度理解： 不僅僅是運行工具，而是理解綜閤器背後的優化算法（如布爾代數簡化、邏輯平衡）。如何通過設計約束文件（SDC）來引導綜閤器達到特定的時序目標，以及如何解讀綜閤報告中的關鍵時序路徑分析。 第四章：物理實現流程與先進封裝考量 本章將視角從邏輯層麵轉嚮物理實現（Physical Implementation），涵蓋布局布綫（Place and Route）、時鍾樹綜閤（Clock Tree Synthesis, CTS）以及設計收斂的挑戰。 核心環節解析： 1. 後端流程的準備工作： 物理庫的選擇、工藝角（PVT Corners）的定義以及如何準備標準的物理設計輸入文件（如LEF/DEF格式的初步理解）。 2. 時鍾樹綜閤（CTS）的精細控製： CTS對最終時鍾偏差（Skew）和時鍾毛刺（Jitter）的影響。探討低功耗設計中多時鍾域的時鍾隔離（Clock Gating）與時鍾域交叉（CDC）單元的物理實現影響。 3. 靜態時序分析（STA）的迭代： 深入理解STA報告中的關鍵指標（Setup/Hold Violations, Transition/Slew Time），以及如何通過調整布局布綫設置（如緩衝器插入、緩衝器大小調整）來解決時序違例。 4. 功耗與散熱管理： 低功耗設計的物理實現考量，包括電源門控（Power Gating）的單元放置、電遷移（IR Drop）的初步評估，以及如何利用物理設計工具進行功耗熱點分析。 第五章：功能驗證的係統性方法論 本章專注於如何構建一個強大、可擴展且高效的驗證平颱，以確保設計的功能正確性。內容完全聚焦於先進驗證技術，而非簡單的仿真腳本。 重點技術與方法： 1. 基於UVM（Universal Verification Methodology）的驗證平颱構建： 詳細介紹UVM組件（Agent, Sequencer, Driver, Monitor, Scoreboard, Reference Model）的結構與協作機製。重點講解配置（Configuration）和工廠（Factory）機製在構建可重用驗證環境中的應用。 2. 受約束的隨機驗證（Constrained Random Verification, CRV）： 如何使用eRM（e Language Randomizer）或UVM的約束求解器來生成有意義的測試嚮量，覆蓋設計狀態空間。講解如何編寫有效的隨機約束和覆蓋模型。 3. 覆蓋率驅動的驗證收斂： 區分功能覆蓋（Functional Coverage）和代碼覆蓋（Code Coverage）。強調如何利用覆蓋率反饋來指導測試嚮量的生成，直至達到預定的覆蓋目標。 4. 形式驗證在特定場景的應用： 探討如何利用形式化驗證工具（如等價性檢查ECC、屬性驗證AV）來驗證控製邏輯或安全關鍵模塊的正確性，作為仿真驗證的有力補充。 --- 本書適閤具有數字邏輯基礎，希望深入掌握現代IC設計與驗證流程、提升設計工程化能力的硬件工程師和高級電子專業學生。它提供的是一套獨立於特定硬件（如FPGA或ASIC）實現細節的通用設計哲學和工程實踐指南。

第1章　數位邏輯設計與Verilog發展沿革
1.1　電腦輔助設計與積體電路産業 1-2
1.2　硬體描述語言(Hardware Description Language, HDL) 1-4
1.3　積體電路晶片設計流程 1-5

第2章　Verilog設計風格與觀念
2.1　Verilog設計風格 2-2
2.1.1　設計者與變更原因 2-2
2.1.2　設計內文說明 2-2
2.1.3　設計過程注意事項 2-3
2.2　Verilog基本觀念 2-4
2.2.1　運算子(Operator) 2-5
2.2.2　註解說明(Comment)與空格(White space) 2-5
2.2.3　數字(Number) 2-6
2.2.4　字串(Strings) 2-8
2.2.5　識彆字、關鍵字及係統函數(Identifiers, Keywords and Sy
2.2.6　將訊息顯示於標準之輸齣 2-10
2.2.7　模擬監視 2-13
2.2.8　結束模擬 2-14

第3章　Verilog設計結構
3.1　設計方法(Design methodologies) 3-3
3.2　模組(Modules) 3-4
3.3　連接埠(Ports) 3-5
3.4　模組例證(Module instantiations) 3-8
3.5　資料型態(Data types) 3-9
3.5.1　數值集閤 3-9
3.5.2　連接綫(Nets) 3-10
3.5.3　暫存器(Registers) 3-11
3.5.4　嚮量(Vectors) 3-11
3.5.5　數字(Numbers) 3-12
3.5.6　參數（Parameters） 3-13
3.5.7　陣列(Array)與記憶體(Memory) 3-14
3.5.8　三態(Tri-state) 3-14

第4章　閘層(Gate Level)描述
4.1　and、or、nand、nor、xor及xnor閘 4-2
4.2　buf及not閘 4-4
4.3　實例說明 4-6
4.4　多工器(Multiplexer)實例 4-19

第5章　資料流描述設計(Dataflow Modeling)
5.1　連續指定(Continuous assignment ) 5-2
5.2　錶示式(Expression) 5-3
5.2.1　常數值錶示式 5-3
5.2.2　運算元(Operand) 5-4
5.2.3　運算子(Operators) 5-4
5.3　應用實例 5-22
5.3.1　3對8解碼器 5-22
5.3.2　4對2編碼器 5-24
5.3.3　4位元加法器 5-26
5.3.4　1對4解多工器 5-29
5.3.5　3位元多數(Majority)位元錶決器 5-31
5.3.6　1位元全減器 5-33

第6章　行為描述
6.1　程序結構(Procedual constructs) 6-2
6.1.1　initial區塊 6-2
6.1.2　Always區塊 6-2
6.2　程序指定(Procedural assignment) 6-8
6.2.1　方塊程序指定 6-9
6.2.2　非方塊程序指定 6-12
6.3　begin...end方塊敘述 6-16
6.4　if敘述 6-16
6.5　case敘述 6-32
6.6　casez敘述 6-39
6.7　casex敘述 6-43
6.8　迴　圈 6-46
6.8.1　for迴圈 6-46
6.8.2　while迴圈 6-60
6.8.3　forever迴圈 6-61
6.8.4　repeat迴圈 6-62
6.9　命名begin...end區塊敘述 6-65
6.10　fork...join區塊敘述 6-67
6.11　wait準位感測控製 6-68
6.12　實用範例 6-69
6.12.1　二位數BCD計數器 6-69
6.12.2　四位元BCD加法器 6-74
6.12.3　十六位元組雙埠RAM 6-79
6.12.4　十六位元組單埠RAM 6-83

第7章　函數及任務
7.1　函數(Function) 7-2
7.2　任務(Task) 7-12
7.3　函數呼叫函數 7-18
7.4　任務呼叫函數及任務 7-20
7.5　係統函數與任務 7-23
7.5.1　與實數有關之係統函數與任務 7-24
7.5.2　顯示(＄display)與寫入(＄write)之係統任務 7-25
7.5.3　驅動器(drivers)計數係統函數＄countdirvers 7-25
7.5.4　檔案輸齣係統任務 7-26
7.5.5　完成執行之係統任務 7-27
7.5.6　時序檢查係統之任務 7-27
7.5.7　測試訊號係統任務 7-28
7.5.8　載入記憶體係統任務 7-29
7.5.9　時間刻度係統函數與任務 7-30
7.5.10　儲存與重新啓動係統任務 7-32
7.5.11　重置係統任務 7-33
7.5.12　其他係統任務與函數 7-33

第8章　自定邏輯電路與狀態機
8.1　自定邏輯電路設計方法 8-3
8.2　自定組閤邏輯電路 8-3
8.3　自定序嚮邏輯電路 8-7
8.4　狀態機 8-11
8.4.1　Moore狀態機 8-12
8.4.2　Mealy狀態機 8-28

第9章　Verilog程式設計技巧
9.1　Verilog程式設計技巧 9-2
9.1.1　如何設計可閤成電路 9-2
9.1.2　數學運算式之順序及群集 9-3
9.1.3　if敘述與case敘述之比較 9-4
9.2　編譯器指引(Compiler directives) 9-5
9.2.1　`include 9-5
9.2.2　`define與`undef 9-7
9.2.3　`timescale 9-8
9.2.4　`resetall 9-9
9.2.5　`ifdef、`else與`endif 9-9

第10章　電路的延遲時序設定
10.1　邏輯閘延遲(Gate delay) 10-2
10.2　連接綫訊號轉換延遲(Net delay) 10-4
10.3　模組路徑延遲(Module path delay) 10-5
10.3.1　特定區塊(Specify blocks) 10-5
10.3.2　特定參數(Specify parameters) 10-9
10.4　邊緣感應路徑延遲(Edge-sensitive path delay) 10-10
10.5　狀態相關路徑延遲(State-dependent path delay) 10-13
10.6　延遲時間值設定 10-16

第11章　專題實務設計範例
11.1　0 ~ 9999 十進製計數器 11-2
11.2　16位元移位式乘法器 11-10
11.3　16位元固定點式乘法器 11-15
11.4　16位元布斯(Booth)乘法器 11-20
11.5　16位元移位式(Shifting)除法器 11-25
11.6　16位元重存(Restoring)與非重存(Non-Restoring)除法器 11-
11.7　移動蛇(Running snake)控製電路 11-40
11.8　鍵盤控製電路 11-52
11.9　循環餘數核對(Cyclic Redundancy Check, CRC)電路 11-62
11.10　浮點數運算器電路 11-71
11.10.1　浮點數加法器 11-72
11.10.2　浮點數乘法器 11-80

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我是一名業餘愛好者，對電子和編程都有一定的興趣，一直想深入瞭解硬件設計，特彆是如何用Verilog來描述和實現數字電路。《Verilog 晶片設計(附範例程式光碟)(第三版)》這本書，對我的吸引力非常大。我之前嘗試過一些在綫教程，但總覺得缺乏係統性和實踐性。這本書的結構很閤理，從Verilog的基礎語法開始，循序漸進，很容易讓我這個新手跟上節奏。最令我興奮的是它附帶的光碟，裏麵有大量的範例程式，這對我來說是無價之寶。我可以把這些代碼下載到我的電腦上，用仿真軟件運行，觀察信號的變化，從而直觀地理解Verilog代碼是如何工作的，以及它如何對應到實際的電路。書中對各種邏輯單元，比如組閤邏輯和時序邏輯的講解，都配有清晰的代碼示例，這讓我更容易理解理論知識。我特彆期待書中關於狀態機設計的章節，我一直覺得狀態機是一種非常巧妙的設計方式，希望能通過這本書掌握其核心原理和實現技巧。這本書讓我感覺硬件設計不再是遙不可及的，而是可以通過學習和實踐來掌握的技能，我對此感到非常興奮！

评分☆☆☆☆☆

作為一名電子工程專業的教授，我一直在尋找一本能夠真正幫助學生理解Verilog語言精髓並掌握實際晶片設計技能的教材。《Verilog 晶片設計(附範例程式光碟)(第三版)》這本書，無疑是我近年來看到過的最優秀的一本。它的內容編排邏輯清晰，從最基礎的Verilog語法入手，逐步深入到復雜的係統級設計。書中豐富的範例程式，不僅僅是演示代碼，而是精心設計的、能夠體現各種設計理念和技巧的實戰項目。這對於學生來說，是理解抽象概念最直接、最有效的方式。光碟中包含的範例程式，其質量和完整性都非常高，可以作為學生課程設計和畢業設計的寶貴參考。我尤其贊賞書中對設計驗證的強調，這一點在當前的行業發展中至關重要。書中關於測試平颱的搭建、激勵的生成以及各種驗證方法的介紹，能夠幫助學生建立起嚴謹的驗證思維。此外，本書還觸及瞭一些前沿的設計方法和技術，這對於培養學生的創新能力和適應未來行業發展有著積極的指導意義。可以說，這本書為我提供瞭一個非常理想的教學工具，我非常期待能將它引入我的課程中。

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這本《Verilog 晶片設計(附範例程式光碟)(第三版)》真是我的及時雨！我是一名初入硬件設計領域的在校生，一直對FPGA和ASIC設計充滿熱情，但苦於缺乏係統性的入門資料。市麵上很多書籍要麼過於理論化，要麼例子陳舊。當我翻開這本書的時候，立刻被它清晰的邏輯和循序漸進的講解所吸引。特彆是它不隻是停留在概念層麵，而是提供瞭大量與實際應用緊密結閤的範例程式。這對我來說是巨大的福音，因為我非常需要通過動手實踐來鞏固理論知識。光碟裏的程序看起來非常完整，甚至可以讓我直接上手嘗試，而不是像以前那樣需要自己花費大量時間去編寫基礎代碼。書中的講解風格也非常易於理解，即便是像我這樣的小白，也能在閱讀過程中逐漸建立起對Verilog語言和晶片設計流程的整體認識。我尤其期待書中關於時序邏輯和狀態機設計的講解，這部分是我一直覺得比較難以掌握的，希望能通過這本書得到突破。同時，書中對各種常用IP核的介紹，以及如何調用和集成這些IP核的技巧，也是我非常看重的部分，這能大大提高我未來設計的效率。總而言之，這本書為我打開瞭一扇通往硬件設計世界的大門，我對此充滿瞭期待！

评分☆☆☆☆☆

作為一個在行業內摸爬滾打多年的資深工程師，我深知一本高質量的參考書對提升專業技能的重要性。《Verilog 晶片設計(第三版)》這本書，我可以說是在短時間內就對其質量給予瞭高度評價。相較於我早年接觸過的Verilog書籍，這本書在內容的深度和廣度上都有顯著提升。它不僅涵蓋瞭Verilog語言本身的基礎語法和進階用法，更重要的是，它深入剖析瞭實際晶片設計中會遇到的各種挑戰和解決方案。我特彆欣賞書中對於不同設計風格（如行為級建模、數據流建模、結構級建模）的詳細闡述，以及它們在實際項目中的適用場景。這對於指導團隊成員選擇最閤適的設計方法至關重要。此外，書中關於綜閤、時序分析和驗證等流程的介紹，也顯得尤為到位，這些都是成功完成復雜晶片設計的關鍵環節。附帶的光碟中包含的範例程式，不僅僅是簡單的代碼片段，而是能夠反映真實項目需求的、經過驗證的模塊。這對於快速掌握特定設計技巧，甚至是作為項目開發的起點，都非常有價值。這本書的價值在於它能夠幫助工程師們在理論和實踐之間建立起堅實的橋梁，有效規避在實際工作中可能遇到的陷阱。

评分☆☆☆☆☆

我之前對Verilog的瞭解僅限於一些零散的網絡教程和簡短的課堂演示，總感覺自己對整個晶片設計的流程缺乏一個係統性的認知。《Verilog 晶片設計(附範例程式光碟)(第三版)》這本書，可以說徹底改變瞭我的看法。它以一種非常直觀的方式，將Verilog語言的學習與實際的晶片設計過程相結閤。我最喜歡的是書中那些循序漸進的範例，它們不是那種孤立的、不相關的代碼堆砌，而是能夠逐步構建起一個功能更復雜的模塊，讓我能看到代碼是如何一步步轉化為實際硬件的。從最基礎的邏輯門到復雜的處理器模塊，書中的例子覆蓋瞭相當廣泛的領域，這對於初學者建立全局觀非常有幫助。光碟中的程式碼，我可以直接在仿真器上運行，觀察波形，理解信號的變化，這比單純閱讀文字要有效得多。另外，書中對設計約束和時序優化的講解，雖然我目前還隻是初步瞭解，但我知道這在實際的項目中是多麼重要。這本書讓我看到瞭Verilog設計並非隻是寫代碼，而是一個包含架構設計、代碼實現、驗證和優化的完整過程。我對書中關於低功耗設計和可重用IP核的章節尤其感興趣，希望能從中學習到如何設計齣更高效、更具成本效益的晶片。