VHDL Coding Styles and Methodologies

VHDL Coding Styles and Methodologies pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Kluwer Academic Pub
作者:Cohen, Ben
出品人:
页数:474
译者:
出版时间:1999-3
价格:$ 315.27
装帧:HRD
isbn号码:9780792384748
丛书系列:
图书标签:
  • VHDL
  • 硬件描述语言
  • 数字电路设计
  • FPGA
  • Verilog
  • 代码风格
  • 设计方法学
  • 可编程逻辑器件
  • 电子工程
  • 嵌入式系统
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具体描述

VHDL Coding Styles and Methodologies, Second Edition is a follow-up book to the first edition of the same book and to VHDL Answers to Frequently Asked Questions, first and second editions. This book was originally written as a teaching tool for a VHDL training course. The author began writing the book because he could not find a practical and easy-to-read book that gave in-depth coverage of both the language and coding methodologies. This new edition provides practical information on reusable software methodologies for the design of bus functional models for testbenches. It also provides guidelines in the use of VHDL for synthesis. Model Technology graciously included an evaluation version of ModelSim, a recognized industry standard VHDL/Verilog compiler and simulator that supports easy viewing of the models under analysis, along with many debug features. In addition, Synplicity is kindly making available an evaluation version of Synplify, a very efficient, user-friendly and easy-to-use FPGA synthesis tool. Synplify provides a user with both the RTL and gate-level views of the synthesized model, and a performance report of the design. Optimization mechanisms are provided in the tool. VHDL Coding Styles and Methodologies, Second Edition is intended for professional engineers as well as students. It is organized in thirteen chapters, each covering a separate aspect of the language, with complete examples. It provides a practical approach to learning VHDL. Combining methodologies and coding styles, along with VHDL rules, leads the reader in the right direction from the beginning.

深入理解与应用:现代数字系统设计中的关键实践 内容概要: 本书旨在为数字电子设计领域的工程师、高级学生以及研究人员提供一个全面、深入的指南,聚焦于当前主流硬件描述语言(如Verilog和SystemVerilog)的设计实践、验证策略以及高效的系统级优化。本书摒弃了传统教科书中对基础语法冗余的讲解,转而着重于如何在复杂、高性能的项目中应用先进的设计理念和工程规范。 第一部分:高级硬件描述语言(HDL)的结构化建模 本部分将彻底革新读者对HDL建模的理解,强调如何从系统需求出发,构建具有清晰层次结构和可维护性的代码。 第1章:超越基础语法:结构化建模的原则 我们将探讨如何应用软件工程中的模块化、抽象化和封装原则到硬件描述中。重点内容包括: 层次化分解策略: 如何根据功能模块的耦合度和内聚度,合理划分寄存器传输级(RTL)模块,确保接口清晰、职责明确。 接口定义与重用: 详细介绍参数化接口(Generics/Parameters)的最佳实践,以及如何设计可灵活适应不同位宽和配置的通用IP核。我们将分析在FPGA和ASIC流程中,不同参数化方式对综合工具和布局布线的影响。 状态机的先进建模: 深入分析三段式(Three-State)状态机模型,并对比异步和同步复位机制在不同应用场景下的适用性。特别探讨如何使用枚举类型和常量来增强状态机的可读性与安全性。 第2章:时序逻辑的高效实现与约束管理 时序约束是高性能设计成功的基石。本章将深入探讨时序概念的实际应用,而非停留在理论层面。 时序路径分析的深度解读: 解释建立时间(Setup)、保持时间(Hold)以及时钟域交叉(CDC)的本质,并提供应对负、正偏差(Negative/Positive Skew)的编码技巧。 同步电路设计范式: 强调流水线(Pipelining)在提高系统吞吐量中的关键作用,并给出在RTL中实现多级流水线的详细示例,包括如何处理流水线寄存器中的数据依赖性。 跨时钟域处理(CDC)的黄金标准: 系统性地介绍同步器设计,包括握手协议(Handshake)、双端口FIFO(Dual-Port FIFO)作为异步数据传输机制的应用。本书将重点分析异步复位信号在CDC电路中的处理规范,以避免亚稳态的产生。 第二部分:高性能数字设计的优化与综合驱动型编码 本部分关注如何编写能够被现代综合工具有效映射到目标硬件资源的RTL代码,并着重于性能与面积的权衡。 第3章:组合逻辑的优化与逻辑综合 本章旨在弥合RTL代码与最终门级网表之间的鸿沟。 组合逻辑的深度分析: 探讨如何优化复杂的组合逻辑,避免组合反馈环路,并识别和消除综合工具难以处理的“不规范”结构(如‘X’不确定性传播)。 算术运算的映射: 详细分析加法器、乘法器和除法器的不同架构(如进位前/后加器、阵列/Booth乘法器)及其对延迟和面积的影响。提供基于特定性能指标选择最优算术单元的决策树。 资源共享与结构映射: 介绍如何通过实例化的方式,指导综合工具将多路操作映射到共享资源(如共享ALU),以节省面积,并讨论何时应该避免资源共享以换取性能。 第4章:内存、数据路径与总线架构 设计高效的数据路径是系统性能的关键。 FIFO的精细控制: 不仅讲解同步FIFO,还深入研究异步FIFO的指针管理和冲突检测逻辑,确保数据读写过程的正确性。 并行性与总线仲裁: 阐述多端口RAM的建模,以及在多主设备访问同一资源时的仲裁逻辑(如轮询、优先级仲裁)。介绍AXI/AHB等标准总线协议的抽象建模方法,确保模块间的互操作性。 延迟与吞吐量的平衡: 针对数据密集型应用,分析数据路径中的关键操作单元延迟,并通过适当的流水线策略,确保整个数据流的吞吐量最大化。 第三部分:设计验证的工程化方法论 验证在数字设计中占据了80%的工作量。本部分将侧重于构建健壮、可扩展的验证环境。 第5章:面向验证的RTL编码实践 好的设计本身就是好的可测性设计(Design for Testability, DFT)。 可测试性设计(DFT)的初步: 介绍扫描链(Scan Chain)的基础概念,以及如何在RTL层次预留必要的测试点。 仿真模型与门级仿真: 区分行为级仿真、RTL仿真和门级仿真在验证流程中的作用。强调在设计早期阶段使用简化的行为模型进行快速迭代,以及在后期进行基于延迟的门级仿真以确保物理实现的准确性。 断言和形式验证: 介绍硬件断言语言(SVA)在时序规范检查中的应用。探讨如何利用形式验证工具(Model Checking)来证明关键控制逻辑(如状态机)的正确性,尤其是在处理不规范的输入组合时。 第6章:高级验证平台与覆盖率驱动验证 本章转向现代验证方法学的核心。 基于约束的随机测试(CBV): 详细介绍如何使用SystemVerilog的随机化机制和约束求解器来生成边界和角落案例。 构建可重用验证IP: 讲解如何构建模块化、配置化的激励生成器(Sequencers/Drivers)和事务级模型(Transaction-Level Modeling, TLM)。 覆盖率驱动的完备性度量: 深入分析功能覆盖率(Functional Coverage)和代码覆盖率(Code Coverage)的类型。提供一套完整的覆盖率指标体系,指导验证团队确定何时可以宣告“验证完成”。 第四部分:系统级考量与设计流程整合 第7章:功耗、时钟分配与布局布线协同设计 本章关注将设计从抽象引入物理实现。 时钟域和时钟树综合(CTS): 讨论如何设计低偏斜、低抖动的时钟信号。解释CTS在不同工艺节点下的挑战,以及如何通过RTL优化来协助CTS工具。 功耗意识设计(Power-Aware Design): 介绍动态功耗和静态功耗的来源。讨论在RTL中实现电源门控(Power Gating)的基本结构,以及如何管理多电压域。 物理实现流程的反馈: 强调设计者与布局布线(Place and Route)团队之间的协作,特别是如何解读物理实现报告(如时序违规报告),并将这些信息有效反馈给RTL代码的修改。 本书的价值在于其对工程实践的深度聚焦,它提供的是一套成熟、经受过工业界检验的设计与验证哲学,帮助读者跨越从“会写代码”到“设计出高性能、高可靠性系统”的鸿沟。

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