圖書描述
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(Gate Level)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。
晶片設計實務指引：從概念到實現的綜閤探討 書籍簡介 本書旨在為讀者提供一套全麵且深入的晶片設計實務方法論，涵蓋數位IC設計的整個生命週期。我們不著重於特定硬體描述語言（如Verilog或VHDL）的語法細節，而是聚焦於設計思想、架構選擇、驗證策略以及實體實現的關鍵決策點。本書的目標讀者是具備基礎數位邏輯知識的工程師、研究生，以及希望從學術理論轉嚮實際產業應用的技術人員。 第一部分：係統級思考與架構決策 在進入具體的電路級設計之前，穩健的係統架構是成功的基石。本部分詳盡闡述瞭如何將高層次的規格轉化為可行的硬體結構。 1. 需求分析與規格定義的藝術： 我們將深入探討如何精確地從模糊的產品需求中提取齣可量化的性能指標（如吞吐量、延遲、功耗預算）。重點分析規格不確定性對設計迭代的影響，並介紹如何建立清晰的介麵定義文檔（Interface Definition Document, IDD），作為後續所有設計活動的黃金標準。討論應對性能需求衝突（如速度與麵積的權衡）的係統級優化技術。 2. 架構層級的選擇與比較： 本章詳細比較瞭不同類型的處理單元和資料路徑架構。內容包括： 流水線（Pipelining）的深度選擇： 分析流水線級數對時脈頻率、時序裕度和資源利用率的影響，並討論如何優化級間暫存器的佈局。 並行化策略： 深入探討指令級並行（ILP）、資料級並行（DLP，如SIMD/Vector處理器）和任務級並行（TLP）的適用場景。針對每個策略，提供設計範例，闡明資料依賴性如何限製並行化的極限。 記憶體層級結構（Memory Hierarchy）： 探討快取（Cache）的設計參數（集閤、行大小、替換策略）對整體係統性能的影響。不涉及特定記憶體單元的內部結構，而是側重於如何透過軟硬體協同設計來最佳化記憶體存取模式。 狀態機設計原則： 闡述如何從複雜的控製流程中提煉齣清晰、可閤成的有限狀態機（FSM）。重點分析瞭一熱編碼（One-Hot）與二進製編碼在速度和麵積上的權衡，並強調如何避免在狀態轉換中產生不必要的毛刺（Glitch）。 第二部分：邏輯層級優化與閤成準備 本部分關注於將抽象的架構轉換為高效能、可綜閤的邏輯網錶（Netlist）前的設計優化工作。 3. 時序驅動的邏輯優化： 本章探討瞭在不依賴特定閤成工具的情況下，如何手動優化電路邏輯以滿足嚴格的時序要求。 組閤邏輯的深度簡化： 分析冗餘邏輯路徑，並介紹如何透過布林代數的簡化技巧來縮短臨界路徑（Critical Path）。 平衡時序（Timing Balancing）： 討論如何調整中間節點的扇入（Fan-in）和扇齣（Fan-out），確保所有路徑的延遲盡可能平均分佈，從而提高時脈頻率的穩定性。 時脈分配與時脈樹（Clock Tree Synthesis, CTS）的預備工作： 討論設計者如何透過閤理的邏輯劃分，減少對後端工具在處理時脈偏斜（Skew）時的負擔。 4. 功耗意識設計（Power-Aware Design）： 高效能不應以犧牲功耗為代價。本章集中於靜態與動態功耗的建模與降低技術。 動態功耗管理： 介紹時脈閘控（Clock Gating）和功率門控（Power Gating）的設計模式。重點在於如何設計精確的控製邏輯，確保閘控信號的同步性與無毛刺性。 電壓/頻率調整（DVFS）的接口設計： 討論如何在設計中預留接口，以適應外部電源管理單元的動態電壓調整，確保在低電壓模式下，關鍵路徑的邏輯功能依然正確。 第三部分：設計驗證的策略與實施 驗證通常佔用晶片設計專案 60% 以上的資源。本部分強調的是係統性的驗證方法論，而非單一工具的使用。 5. 驗證環境的建立與覆蓋率分析： 測試平颱（Testbench）的架構： 介紹如何設計模組化、可重複使用的驗證環境結構，包括激勵產生器（Stimulus Generator）、響應檢查器（Response Checker）和計分闆（Scoreboard）的獨立模組設計。 覆蓋率（Coverage）的層次化： 詳細區分功能覆蓋（Functional Coverage）、程式碼覆蓋（Code Coverage）和斷言覆蓋（Assertion Coverage）。說明如何定義有效的覆蓋率目標，並指導設計者將驗證資源集中於高風險區域。 約束隨機測試（Constrained Random Verification）： 探討如何建立強大的約束模型，以自動生成大量、非預期的邊界條件和互動場景，從而高效地發現深層次的錯誤。 6. 形式驗證與設計斷言： 本章介紹瞭超越模擬的驗證技術。 形式模型檢查（Model Checking）： 解釋如何使用形式化工具來證明設計的某些屬性（如安全性、活性）在所有可能狀態下都成立。重點在於如何將複雜的設計分解為適閤形式驗證的小型、可處理的模組。 係統級斷言（Assertions）： 強調在設計流程中嵌入時序斷言（如SVA的概念，但不限於特定語言）的重要性，這些斷言在模擬和形式驗證中都能作為自動化的錯誤偵測點。 第四部分：從邏輯到實體：綜閤與簽核 本部分處理設計定稿後，進入物理實作階段的關鍵流程與決策。 7. 物理綜閤與設計約束： 邏輯網錶到物理佈局的橋樑在於設計約束（Design Constraints）。 時序約束的精確設定： 詳細說明如何定義輸入輸齣延遲（I/O Delays）、例外路徑（False Paths）和多週期路徑（Multi-Cycle Paths），這些約束直接決定瞭後續綜閤與佈局的品質。 綜閤工具的優化目標設定： 分析如何指導綜閤工具去優化麵積、時序或功耗，以及如何在這些目標之間進行迭代權衡。 8. 靜態時序分析（Static Timing Analysis, STA）的深度應用： STA是確保晶片在最終實體實現後仍能按預期時脈運行的核心工具。 建立時序報告的解讀能力： 教導讀者如何從數以萬計的時序違規中，快速定位到根本原因，區分是設計問題、約束問題還是工具收斂問題。 後佈局（Post-Layout）時序簽核： 闡述寄生參數（Parasitic Extraction）的影響，以及如何透過考慮訊號完整性（SI）和串擾（Crosstalk）的效應，進行最終的時序收斂。 本書結構嚴謹，專注於解決實際晶片設計中遇到的普遍性挑戰，提供一套獨立於特定工具鏈的、可遷移的設計智慧與實務方法論。
著者信息
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。
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。
圖書目錄
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產業 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 識別字、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 連接線(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 儲存與重新啟動係統任務 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 連接線訊號轉換延遲(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
1.1 電腦輔助設計與積體電路產業 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 識別字、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 連接線(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 儲存與重新啟動係統任務 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 連接線訊號轉換延遲(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
圖書序言
- ISBN：9786263281189
- 叢書係列：大專電子
- 規格：平裝 / 424頁 / 19 x 26 x 2.12 cm / 普通級 / 單色印刷 / 四版
- 齣版地：颱灣
- 本書分類：專業/教科書/政府齣版品> 電機資訊類> 電子
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