Verilog入門教程.pdf

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1、通信IC設(shè)計(jì)樣稿，僅供參考作者：李慶華版權(quán)所有，轉(zhuǎn)載請(qǐng)標(biāo)明出處1第1章集成電路設(shè)計(jì)與HDL1.1本章概要本章將簡單論述集成電路（IC）的概念與設(shè)計(jì)原理，并從IC的本質(zhì)——“集成”出發(fā)，講述IC的三個(gè)核心議題：“集成什么”、“如何集成”、“如何處理集成帶來的利弊”。學(xué)習(xí)本章后應(yīng)當(dāng)建立起IC設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程的概念，知道VerilogHDL是一種硬件描述語言而不是設(shè)計(jì)語言，硬件電路本質(zhì)上是并行運(yùn)行的而且是有時(shí)序關(guān)系的。本章的內(nèi)容安排如下：第1節(jié)從總體上論述什么是IC設(shè)計(jì)，IC設(shè)計(jì)的流程以及整體規(guī)劃的重要性，并強(qiáng)調(diào)面向驗(yàn)證和軟硬件結(jié)合的設(shè)計(jì)原則。

2、第2節(jié)簡要介紹Verilog語法，并通過10個(gè)例子講述如何通過簡單的HDL語句描述復(fù)雜的硬件電路。本節(jié)主要強(qiáng)調(diào)HDL給出的描述需要有具體對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)電路原型，并明確時(shí)序的概念。此外給出了各種常用的驗(yàn)證小技巧，幫助讀者快速進(jìn)行驗(yàn)證設(shè)計(jì)。第3節(jié)則是對(duì)第2節(jié)設(shè)計(jì)方法的一個(gè)總結(jié)和提煉。本節(jié)主要強(qiáng)調(diào)必須按照結(jié)構(gòu)化方式設(shè)計(jì)電路，并需要遵循常規(guī)思維模式對(duì)復(fù)雜模塊進(jìn)行解耦，按照控制與數(shù)據(jù)分離的原則簡化設(shè)計(jì)。此外，還講述了芯片中控制流與數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法。第4節(jié)則給出邏輯電路的各種設(shè)計(jì)技巧，引入吞吐率、電路時(shí)序等關(guān)鍵性概念，詳細(xì)介紹了邏輯電路設(shè)計(jì)常用的優(yōu)化方法：

3、重定時(shí)、折疊、展開與脈動(dòng)陣列，并給出背后隱藏的設(shè)計(jì)思想。第5節(jié)則針對(duì)IC中的定點(diǎn)化進(jìn)行論述，強(qiáng)調(diào)定點(diǎn)化實(shí)質(zhì)是人與機(jī)器的理解如何達(dá)到一致。第6節(jié)給出了HDL語言描述規(guī)范，并強(qiáng)調(diào)遵循規(guī)范實(shí)質(zhì)是一種設(shè)計(jì)模式，能夠有效增加設(shè)計(jì)成功率。1通信IC設(shè)計(jì)樣稿節(jié)選作者：李慶華版權(quán)所有，轉(zhuǎn)載請(qǐng)標(biāo)明出處1.2集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1.2.1集成電路的概念集成電路（IntegratedCircuit，縮寫為IC）又稱芯片，是現(xiàn)代信息社會(huì)的基石；就像石油是工業(yè)的血液一樣，集成電路承載了信息時(shí)代的靈魂，是現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的精華結(jié)晶，所有現(xiàn)代的電子設(shè)備都必須依賴于芯片才能發(fā)揮出

4、完全功效。集成電路在最開始時(shí)，只是完成多個(gè)基本元器件的集成，但經(jīng)過數(shù)十年的演化，已經(jīng)演變?yōu)橐粋€(gè)完整獨(dú)立的設(shè)備形態(tài)，單個(gè)芯片就可以完成一個(gè)傳統(tǒng)的設(shè)備系統(tǒng)功能，達(dá)到真正的SystemonChip（SoC）。例如現(xiàn)在任何一臺(tái)智能手機(jī)的處理器芯片，其處理能力就遠(yuǎn)超上世紀(jì)80年代的大型計(jì)算機(jī)。同時(shí)芯片也朝各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域和各種應(yīng)用場景演進(jìn)，例如可穿戴式芯片，微機(jī)械（MEMS）芯片等。無論集成電路如何發(fā)展，但其最核心的部分，仍然沒有改變，那就是“集成”，其所衍生出來的各種學(xué)科，大都是圍繞著“集成什么”、“如何集成”、“如何處理集成帶來的利弊”這三個(gè)問題來開

5、展的。所以讀者在學(xué)習(xí)和思考如何進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)時(shí)，必須站在芯片整體解決方案的競爭力、芯片設(shè)計(jì)生產(chǎn)的復(fù)雜度、整體芯片團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)能力的角度進(jìn)行思考。最典型的例子就是MTK的終端芯片解決方案，正是由于該芯片整體解決方案的競爭力超強(qiáng)，所以橫掃了具備很強(qiáng)通信終端芯片設(shè)計(jì)能力的TI與Broadcom等公司的對(duì)應(yīng)產(chǎn)品。1.2.1.1集成電路的定義集成電路的正式定義是指，把一定數(shù)量的常用電子元件，如電阻、電容、晶體管等，以及這些元件之間的連線，通過半導(dǎo)體工藝集成在一起的具有特定功能的電路。圖1-1就是一個(gè)典型的集成電路芯片，集成了大量的功能部件，包括模擬電路、數(shù)

6、字電路以及CPU。圖1-1典型集成電路芯片2通信IC設(shè)計(jì)樣稿節(jié)選作者：李慶華版權(quán)所有，轉(zhuǎn)載請(qǐng)標(biāo)明出處集成電路可以分為模擬芯片、數(shù)字芯片和數(shù)/?；旌闲酒箢?。?數(shù)字集成電路是基于數(shù)字邏輯（布爾代數(shù)）設(shè)計(jì)和運(yùn)行的，用于處理數(shù)字信號(hào)的集成電路。根據(jù)集成電路的定義，也可以將數(shù)字集成電路定義為：將元器件和連線集成于同一半導(dǎo)體芯片上而制成的數(shù)字邏輯電路或系統(tǒng)。根據(jù)數(shù)字集成電路中包含的門電路或元、器件數(shù)量，可將數(shù)字集成電路分為小規(guī)模集成（SSI）電路、中規(guī)模集成（MSI）電路、大規(guī)模集成（LSI）電路、超大規(guī)模集成VLSI電路、特大規(guī)模集成（ULSI）

7、電路等。?模擬集成電路主要是指由電容、電阻、晶體管等組成的模擬電路集成在一起用來處理模擬信號(hào)的集成電路。與通信信號(hào)處理相關(guān)的模擬集成電路，主要包括：射頻電路（RF）、功率放大器（PA與LNA）、鎖相環(huán)（PLL）、模擬濾波器、電源管理芯片等。通常模擬芯片與數(shù)字芯片需要密切配合才能實(shí)現(xiàn)一個(gè)完善的功能電路。因此，每個(gè)從事算法和通信芯片設(shè)計(jì)的讀者，都應(yīng)當(dāng)熟悉上述幾類模擬芯片的工作特性，并能根據(jù)模擬器件做出有針對(duì)性的設(shè)計(jì)。模擬集成電路的主要構(gòu)成單片包括：放大器、濾波器、反饋電路、基準(zhǔn)源電路、開關(guān)電容電路等。?數(shù)?；旌闲酒瑒t是同一芯片中既包含數(shù)字電路又

8、包含模擬電路，當(dāng)前消費(fèi)電子和無線通信的主芯片通常都是此類芯片。圖1-2例子為無線通信芯片（CMMB）的版圖框架，該芯片架構(gòu)有一定的代表性。3通信IC設(shè)計(jì)樣稿節(jié)選作者：李慶華版權(quán)所