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本書聚焦于數(shù)字片上系統(tǒng)(SoC)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，從數(shù)字集成電路的發(fā)展歷程與基礎(chǔ)知識(shí)入手，首先介紹了硬件描述語言Verilog HDL的設(shè)計(jì)規(guī)則和核心EDA工具VIVADO與Design Compiler的使用方法，隨后詳細(xì)討論了數(shù)字SoC設(shè)計(jì)、驗(yàn)證過程中的關(guān)鍵技術(shù)，并對難點(diǎn)問題進(jìn)行了歸納和總結(jié)。此外，本書提供了多個(gè)數(shù)字SoC設(shè)計(jì)、驗(yàn)證的實(shí)際案例，循序漸進(jìn)地向讀者展示了數(shù)字SoC從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、仿真、驗(yàn)證再到綜合實(shí)現(xiàn)的全流程。
本書內(nèi)容由淺入深，能使讀者深刻了解數(shù)字SoC設(shè)計(jì)過程和基本方法，既適合作為微電子與集成電路專業(yè)的高年級本科生及從事數(shù)字SoC領(lǐng)域研究的研究生的教材，又可為從事相關(guān)技術(shù)的初期從業(yè)人員提供技術(shù)參考。

進(jìn)入21世紀(jì)以來，以片上系統(tǒng)（System on Chip，SoC）為代表的數(shù)字集成電路技術(shù)進(jìn)入了飛速發(fā)展階段。SoC技術(shù)經(jīng)過工業(yè)界、學(xué)術(shù)界的深入研究與反復(fù)實(shí)踐，其兼顧軟件靈活性與硬件高效性的優(yōu)勢已經(jīng)日益顯著并獲得了廣泛認(rèn)可。隨著半導(dǎo)體制造工藝技術(shù)的進(jìn)步，單顆SoC的晶體管集成規(guī)模不斷擴(kuò)大。與此同時(shí)，隨著SoC技術(shù)的應(yīng)用場景變得更為廣泛，SoC所需集成的功能日趨復(fù)雜化。因此，掌握復(fù)雜SoC的設(shè)計(jì)能力尤為重要。
近年來，我國半導(dǎo)體行業(yè)暴露出“缺芯少魂”的軟肋。雖然歷經(jīng)數(shù)年的努力追趕，我國已經(jīng)基本掌握了半導(dǎo)體行業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，但一些關(guān)鍵技術(shù)仍與世界一流水平存在差距，實(shí)現(xiàn)我國半導(dǎo)體行業(yè)的“自主可控”道阻且長。與此同時(shí)，隨著我國信息技術(shù)水平的不斷深化與發(fā)展，集成電路產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長、高新技術(shù)不斷取得新進(jìn)展的重要支柱。可以預(yù)見，在未來相當(dāng)長的時(shí)間里，芯片技術(shù)仍是制約我國發(fā)展的“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)。然而，我國半導(dǎo)體行業(yè)面臨技術(shù)水平相對落后、關(guān)鍵技術(shù)依賴國際產(chǎn)業(yè)鏈、國內(nèi)現(xiàn)有從業(yè)人員技術(shù)水平參差不齊、國內(nèi)相關(guān)人才儲(chǔ)備不足的困境。在可預(yù)見的未來，我國面臨半導(dǎo)體行業(yè)與世界其他國家脫鉤的風(fēng)險(xiǎn)。因此，加快我國半導(dǎo)體行業(yè)關(guān)鍵技術(shù)人才的培養(yǎng)迫在眉睫。
目前我國缺少以工程實(shí)踐為導(dǎo)向的關(guān)于SoC技術(shù)的教材與參考書，基于多年來的科研與教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)國內(nèi)高等院校中數(shù)字集成電路領(lǐng)域的理論知識(shí)與工程實(shí)踐存在一定脫節(jié)。本書的編寫初衷是在數(shù)字SoC設(shè)計(jì)領(lǐng)域，架構(gòu)一座連接本科生、研究生教學(xué)課程至工業(yè)界成熟解決方案的橋梁，形成從理論知識(shí)到工程實(shí)踐的清晰脈絡(luò)。因此，本書所希望覆蓋的讀者人群包括完成微電子與集成電路專業(yè)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)的高年級本科生、從事數(shù)字SoC設(shè)計(jì)方向研究的研究生與相關(guān)領(lǐng)域的初期從業(yè)人員。
數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)并非初學(xué)者可以在短時(shí)間內(nèi)快速入門的專業(yè)，一方面，它既要求從業(yè)人員具備扎實(shí)的學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)，以此來分析現(xiàn)有的設(shè)計(jì)案例，掌握成熟的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具；另一方面，它又要求從業(yè)者具備豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過大量的工程實(shí)踐不斷加深對理論的理解。
本書的編寫風(fēng)格緊緊圍繞以上理念展開。第1章對數(shù)字集成電路與SoC進(jìn)行介紹，第2～4章關(guān)于數(shù)字SoC設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的內(nèi)容主要面向剛剛進(jìn)入本領(lǐng)域?qū)W習(xí)的人員，如本科生、低年級研究生。第1章針對行業(yè)發(fā)展歷史與基礎(chǔ)性知識(shí)進(jìn)行了翔實(shí)的介紹，對高年級本科生專業(yè)課中與數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行了針對性的知識(shí)回顧。第2～4章針對數(shù)字SoC設(shè)計(jì)過程中的硬件描述語言與電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具進(jìn)行了詳細(xì)的入門介紹，已經(jīng)具備數(shù)字集成電路基礎(chǔ)知識(shí)的初學(xué)者可以參考其中的案例進(jìn)行一定的初步摸索實(shí)踐。第5章針對數(shù)字SoC設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵步驟、難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行了針對性的詳細(xì)講解。該章的知識(shí)性與技術(shù)性內(nèi)容非常深入，不再贅述淺顯的知識(shí)或常見的問題，因此該章適合高年級的研究生或具備一定開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的從業(yè)人員進(jìn)行學(xué)習(xí)和參考。第6章與第7章講述基于FPGA與ASIC的數(shù)字SoC設(shè)計(jì)，以簡單的片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目為案例，對數(shù)字SoC設(shè)計(jì)的流程進(jìn)行了講解。這兩章內(nèi)容適合已經(jīng)完成前5章學(xué)習(xí)的研究生或具備SoC設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的從業(yè)人員進(jìn)行學(xué)習(xí)和參考。
本書凝結(jié)了北京理工大學(xué)集成電路與電子學(xué)院微電子技術(shù)研究所SoC團(tuán)隊(duì)近10年的集體智慧與經(jīng)驗(yàn)，全書由王衛(wèi)江統(tǒng)稿，由王衛(wèi)江、薛丞博、高巍、張靖奇共同執(zhí)筆完成。感謝同事王興華老師、高巍老師與薛丞博老師提供數(shù)字SoC設(shè)計(jì)領(lǐng)域豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與多年科研教學(xué)材料。感謝來自SoC課題組的博士研究生張靖奇，碩士研究生李澤英、朱翔宇、張拓鋒、李志慧、宣卓、黃彥杰、何祥、陳任陽、孟慶旭、劉美蘭、孔繁聰、蒲康然、李鴻爍、周煒然、蔣宇杰等同學(xué)對本書的編寫和出版工作做出的積極努力。
由于篇幅有限，對于本書中提及與引用的參考文獻(xiàn)作者無法一一列出致謝，他們的工作為本書提供了強(qiáng)有力的理論和工程實(shí)踐的支撐。在此，向他們一并致以由衷的感謝！
由于時(shí)間倉促，不足與錯(cuò)誤之處望讀者批評指正！

王衛(wèi)江
2023年3月

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