本书为普通高等教育“十一五”**级规划教材。
系统芯片(System On a Chip,简称SOC)是微电子技术发展的一个新的里程碑。本书介绍在EDA工具的平台上,进行以系统级设计为核心的系统芯片的设计方法。本书从基本单元电路设计出发,以VHDL语言为基本设计手段,讨论了各种典型的数字集成系统的设计,以及系统芯片实现的两种基本途径:半定制的高密度可编程逻辑器件(HDPLD)的实现和全定制的专用集成电路(ASIC)的实现。
本书主要内容包括:集成电路工艺及版图基础,CMOS数字电路,硬件描述语言VHDL及数字系统的设计,系统集成芯片的体系结构,高密度可编程逻辑器件,可编程系统芯片(SOPC),专用集成电路设计和可测试结构设计。全书语言流畅,循序渐进地讨论了系统芯片各方面的内容。每章后附有习题,供课后练习。
本书可作为高等院校电子信息类高年级本科生与研究生的教材,也可作为相关领域工程技术人员的参考资料。

序
前言
第1章绪论
1.1系统芯片是微电子技术发展的必然
1.2电子设计自动化技术和硬件描述语言
1.2.1电子设计自动化技术发展概述
1.2.2Top.Down设计方法
1.2.3硬件描述语言
第2章CMOS数字集成电路
2.1引言
2.2集成电路的主要生产工艺
2.2.1晶片准备
2.2.2制版
2.2.3光刻
2.2.4氧化
2.2.5淀积
2.2.6腐蚀
2.2.7扩散
2.2.8导体和电阻
2.3CMOS反相器及其版图
2.3.1MOS晶体管及其版图
2.3.2CMOS反相器的结构及其
版图
2.4设计规则与工艺参数
2.4.1设计规则的内容与作用
2.4.2几何规则
2.4.3电学规则
2.5CMOS数字电路的特征
2.5.1标准逻辑电平
2.5.2逻辑扇出特性
2.5.3容性负载及其影响
2.5.4CMOS电路的噪声容限
2.6CMOS逻辑门
2.6.1CMOS或非门
2.6.2CMOS与非门
2.6.3多输入CMOS逻辑门
2.7NMOS传输晶体管与CMOS传输门
2.7.1NMOS传输晶体管
2.7.2CMOS传输门
习题
第3章硬件描述语言VHDL
3.1引言
3.2vHDL的基础知识
3.2.1vHDL程序的结构
3.2.2VHDL.常用资源库中的程序包
3.2.3VHDL的词法单元
3.2.4数据对象和类型
3.2.5表达式与运算符
3.3VHDL结构体的描述方式
3.3.1结构体的行为描述
3.3.2结构体的RTL描述
3.3.3结构体的结构化描述
3.4结构体的子结构形式
3.4.1进程
3.4.2复杂结构体的多进程组织方法
3.4.3块
3.4.4子程序
3.5顺序语句和并发语句
3.5.1顺序语句
3.5.2并发语句
3.6VHDL中的信号和信号处理
3.6.1信号的驱动源
3.6.2信号的延迟
3.6.3仿真周期和信号的8延迟
3.6.4信号的属性函数
3.6.5带属性函数的信号
3.7VHDL的其他语句
3.7.1ATTRIBUTE描述与定义语句
3.7.2ASSERT语句
3.7.3TEXTIO
3.8多值逻辑
3.8.1三态数值模型
3.8.2多值逻辑
3.9元件例化
3.9.1设计通用元件
3.9.2构造程序包
3.9.3元件的调用
3.10配置
3.10.1默认配置
3.10.2元件的配置
3.10.3块的配置
3.10.4结构体的配置
习题
第4章基本数字逻辑单元的设计
4.1组合逻辑电路设计
4.1.1f]电路
4.1.2三态缓冲器和总线缓冲器
4.1.3编码器、译码器和选择器
4.1.4运算器的设计
4.1.5算术逻辑运算单元
4.2时序逻辑电路设计
4.2.1触发器
4.2.2锁存器
4.2.3寄存器
4.2.4计数器
4.3存储器
4.3.1概述
4.3.2只读存储器
4.3.3随机存取存储器
4.3.4先进后出堆栈
4.4有限状态机
习题
第5章数字系统的层次结构设计
5.1硬件的算法模型
5.1.1先进先出堆栈的算法模型.
5.1.2布思一位补码乘法器的算法
模型
5.2芯片系统的划分
5.2.1并行接口8255
5.2.2布思二位补码乘法器的结构化
设计
5.3系统间互连的表示
5.4系统的仿真和测试
5.4.1概述
5.4.2仿真程序的设计方法
5.4.3TEXlO建立测试程序
习题
第6章SOC的体系结构
6.1SOC的结构
6.1.1引言
6.1.2SOC的硬件结构
6.1.3嵌入式软件
6.2SOC中的嵌入式精简指令集处理器
6.2.1概述
6.2.2RISC的定义与特点
6.2.3RISC的指令特点
6.2.4RISC的并行处理技术
6.2.5RISC/DSF结构
6.2.6RISC核的设计
6.3嵌入处理器ARM的体系结构
6.3.1概述
6.3.2ARM7系列处理器
6.3.3ARM9系列处理器
6.3.4ARM9E系列处理器
6.3.**RMl0系列处理器
6.3.6ARMll系列处理器
6.4嵌入式处理器MIPS324Kc的体系结构
6.4.1概述
6.4.2MIPS324Kc嵌入式处理器
6.5SOC的互连机制
6.5.1概述
6.5.2AMBA总线
6.5.3CoreConnect总线
6.5.4Wishbone总线
6.5.5OCp总线
6.5.6虚拟元件接口
6.6带ARM核的嵌入式系统芯片
举例
6.6.1LPC2100系列高性能微控制器
6.6.2A1191SAM7X系列高性能微控制器
6.6.3AT91RM9200高性能微控制器
6.7嵌入式实时操作系
6.7.1实时操作系统
6.7.2嵌入式实时操作系统概述
6.7.3实时多任务调度
6.7.4信号与信号量
习题
第7章可编程逻辑器件
7.1概述
7.1.1可编程逻辑器件的发展
7.1.2用户再构造电路和可编程ASIC
电路
7.1.3可编程逻辑器件的分类
7.2可编程逻辑器件的编程元件
7.2.1熔丝型开关
7.2.2反熔丝开关
7.2.3浮栅编程技术
7.3PAL与GAL器件的电路结构
7.3.1PLD的电路表示方法
7.3.2PLD的基本电路结构
7.3.3PAL器件的电路结构
7.3.4通用阵列逻辑GAL
7.4ispLSI系列CPLD
7.4.1概述
7.4.2ispLSI1000系列CPLD的结构特点
7.4.3ispLSICPLD的测试和编程特性
7.4.4ispLSI2000系列CPLD的结构
7.4.5ispLSI3000系列CPLD
7.4.6ispLsI5000V系列CPLD的结构和
工作原理
7.4.7ispLsl8000/V系列CPLD的结构
和工作原理
7.5现场可编程门阵列
7.5.1概述
7.5.2XC4000系列FPGA的结构和
工作原理
7.5.3Spartan系列FPGA
7.6基于HDPLD的系统设计实现
7.6.1设计实现概述
7.6.2器件的选择
7.6.3HDPLD的设计流程
习题
第8章可编程系统芯片
8.1可编程系统芯片概述
8.2Virtex-Ⅱ系列FPGA的结构和
性能
8.2.1概述
8.2.2Virtex-II系列FPGA的总体
结构
8.2.3Virtex-II系列FPGA的可构造
逻辑模块
8.2.418Kbit可选RAM模块
8.2.5嵌入式乘法器
8.2.6全局时钟多路缓冲器
8.2.7数字时钟管理器
8.2.8输入输出模块
8.2.9有源互连技术
8.3嵌入式RISC处理器软核MicroBlaze
8.3.1嵌人式处理器软核MicroBlaze
概况
8.3.2嵌入式处理器软核MicroBlaze的
结构
8.3.3嵌入式处理器软核MicroBlaze的
接口信号
8.4Virtex—IIPro系列可编程片上系统
芯片
8.4.1Virtex—IIPro系列SOPC概况
8.4.2嵌入式PowerPc405处理器核
8.4.3极速双向串行传送器
习题
第9章专用集成电路设计
9.1引言
9.2门阵列和门海阵列设计
9.2.1门阵列设计
9.2.2门海阵列
9.2.3门阵列和门海阵列的设计流程
9.3标准单元设计
9.4设计检验
9.4.1设计规则检查
9.4.2电学规则检查
9.4.3版图与电路图一致性检查
9.5后仿真
习题
第10章可测试性结构设计
10.1大规模集成电路可测试设计的
意义
10.2可测试性基础
10.2.1故障模型
10.2.2可测试性分析
10.2.3测试矢量生成
lO.2.4故障模拟
10.3集成电路的可测试性结构设计
10.3.1专门测试设计
10.3.2扫描测试设计
10.3.3内建自测试技术
10.3.4系统级测试技术——边界扫描
测试技术
习题
附录
附录AVHDL标准包集合文件
附录BIP核一览表
参考文献