本書是普通高等教育"十一五*規劃教材、普通高等教育精品教材。本書結合SoC設計的整體流程，對SoC設計方法學及如何實現進行了全面介紹。全書共15章，主要內容包括：SoC設計緒論、SoC設計流程、SoC設計與EDA工具、SoC系統結構設計、IP復用的設計方法、RTL代碼編寫指南、同步電路設計及其與異步信號交互的問題、綜合策略與靜態時序分析方法、SoC功能驗證、可測性設計、低功耗設計、后端設計、SoC中數模混合信號IP的設計與集成、I/O環的設計和芯片封裝、課程設計與實驗。書中不僅融入了很多來自于工業界的實踐經驗，還介紹了SoC設計領域的*成果，可以幫助讀者掌握工業化的解決方案，使讀者能夠及時了解SoC設計方法的*進展。本書提供中英文電子課件。
序 一
2007年是晶體管發明60周年，2008年是集成電路發明50周年。也許連晶體管的發明人威廉?肖克利（William Shockley）和集成電路的發明人杰克?基爾比（Jack Kilby）當初也沒有意識到，他們的發明能夠對后世產生如此重大和深遠的影響，以至于今天我們的生活中晶體管和集成電路無處不在。1965年戈登?摩爾（Gordon Moore）提出了著名的摩爾定律（Moores Law），準確地預言了其后40多年集成電路技術的發展。盡管今天在面臨功耗等諸多挑戰的時候，人們對摩爾定律還能持續多久產生了一些疑問，但也沒有人懷疑它在未來20年中還會一直有效。
即使對集成電路技術一無所知的人，也很容易計算出226是一個多么巨大的數字�；仡櫦呻娐吩谶^去的40多年中以集成度每18個月翻一番的速度成長的過程，我們今天無論如何也不該再簡單地使用芯片這個單詞了，因為它已經無法準確地描述今天集成電路的復雜度和功能。在絞盡腦汁用小規模、中規模、大規模、甚大規模、超大規模和特大規模等形容詞來描述集成電路復雜度的過程中，人們發現已經找不到更合適的形容詞了，似乎語言的能力在高速發展的集成電路技術面前也有些黔驢技窮。上世紀末逐漸被人們所采用的系統級芯片（SoC，System on Chip）預示著這個行業在快速發展40年后，正在出現一個量變到質變的突破。
2003年也許注定就是一個不平凡的年份，在亞洲國家遭受非典影響的同時，全球集成電路產業也悄悄地經歷了一個痛苦、但是意義深遠的變革。這次變革雖然沒有驚天動地，但足以讓集成電路產業來重新審視我們過去研究和預言過無數次的未來。我們曾經非常熟悉、且深信不移集成電路產業發展的動力，如以工藝能力為中心的工藝技術進步驅動產業發展，等比例縮小驅動性能提升和成本下降，提高性能是芯片追求的主要目標和動態功耗主導芯片功耗等，除了等比例縮小仍然是成本下降的主要手段之外，其他的都發生了深刻的變化。例如，以設計能力為核心的系統設計技術成為驅動產業發展的主要力量，創新驅動性能提升，芯片的功耗不再取決于動態功耗，而取決于靜態功耗等。面對這些變化，我們一方面不得不感嘆技術進步的迅猛和知識更新換代的頻繁，另外一方面也驚訝地發現，我們要面對的不再是傳統芯片的設計問題，包括軟件、通信、應用等諸多系統層面的問題也成為我們必須面對和克服的挑戰。不少有識之士在不斷地提醒著我們SoC中的S（System）比C（Chip）更重要，這是因為了解S是設計C的先決條件。顯然，SoC的設計者不僅要掌握芯片的設計技術，更要了解和掌握系統的知識。
中國是信息產業大國，也是集成電路產業大國。經過數十年的精心組織和發展，中國已經成為全球集成電路產業的重要基地之一�？梢灶A見的是，在未來若干年中，全球集成電路產業向中國轉移的大趨勢將不會改變，這不僅僅是因為中國經濟的發展造就了龐大的市場需求，更是中國本土集成電路產業的進步營造了一個全球不可多得的，優秀的集成電路產業發展環境。以設計為龍頭的產業發展策略在造就了一個生機勃勃的集成電路設計行業的同時，也極大地提升了我國在集成電路領域的創新能力。以移動通信為例，我們在第一代模擬移動通信中只是一個站在圈外的買家，在第二代移動通信的發展中期，我們就參與了關鍵芯片產品的競爭，而在第三代移動通信發展的初期，我們已經成為一個全球不能忽視的重要伙伴。這些有目共睹的變化昭示著中國集成電路產業發展的希望和強勁力量。進入新世紀以來，我們見證了集成電路產業在中國的飛速發展，更感受到產業發展對人才培養的迫切需求。與發達國家相比，我國集成電路設計人才的數量和質量都相差甚遠，根本無法滿足產業發展的需求。因此，我們完全有理由相信今后10年中對于集成電路人才的需求，特別是對高層次集成電路人才的需求將持續升溫。
人才的培養離不開一流的師資和教材。目前，國內高校在集成電路設計教學方面更多的是采用國外引進的專業基礎教材，雖然其中不乏經典之作，但總體來看，這些教材缺乏從系統看芯片的介紹，缺乏對SoC概念的講解，缺乏從工程的角度教會學生做SoC設計的內容，學生也很難將底層器件和上層系統聯系在一起。這造成了國內培養的工程師往往能夠設計一個小的功能模塊，卻很難勝任一個復雜SoC的設計。
本書圍繞SoC設計，全面深入地介紹了有關SoC的知識，著重闡述了SoC設計中廣受關注的系統架構設計，低功耗設計，可測性設計，先進驗證方法和后端設計。內容既包括SoC的概念介紹，常用的微處理器、總線和存儲器，還包括SoC設計的完整流程和工具介紹，以及RTL代碼編寫指南等十分實用的內容，是一本內容全面并具有一定前瞻性的教材及參考書。
本書的主要作者郭煒教授具有在Motorola長期參與芯片設計與項目管理的豐富經歷，以及多年從事科研與教學的經驗，書中不僅介紹了SoC設計領域的最新成果，還融入了很多來自工業界的實踐經驗和案例，可以幫助讀者通過了解工業界實用的解決方案，快速提升對SoC設計的理解，掌握SoC設計的關鍵技術。書中不僅涉及芯片的設計，也包含了封裝等一般集成電路設計教材中大多忽略的內容，使得實用化成為本書的第二個重要特點。
本書沒有遵循一般專著或教材的編寫特點，而是以教會學生實用的設計技術為主線，按照SoC設計流程來組織和安排各個章節的內容，能夠讓初次涉足此領域的學生順著書閱讀，自然地學習和掌握SoC的設計過程，書中給出的實驗大綱和項目進度管理等，不僅進一步充實了本書作為教材的內容，對于學生今后的就業也是不錯的基礎培訓。
過去幾年中，我國越來越多的高等院校擴大了集成電路設計專業的人才培養，因此建設更多、更優秀、實踐性更強的教材迫在眉睫。希望今后能夠看到更多富有工程及教學經驗的人士編寫出更多、更好的教材，為我國集成電路設計人才的培養作出我們應有的貢獻。
（魏少軍）
2007年4月于北京清華大學
序 二
2007年初，我讀了郭煒研究員編寫的《SoC設計方法與實現》一書的手稿，并為之寫序，我當時主要看到的是一個成功的SoC設計者的豐富實踐經驗。今天，我再次先于讀者拜讀《SoC設計方法和實現（第2版）》，明顯看到了作者根據技術的革新與進步，對第1版的技術內容做了大幅度增刪，也明顯看到了沉淀在書稿中的作者在這4年多的時間里積累的教學經驗。
4年多來，傳統的硅基CMOS主流工藝技術仍在不斷改進，應用于不同領域的處理器的集成度還在不斷增加。在晶體管集成度，單位功率性能和功能集成等關鍵指標方面，在新的記錄不斷產生的同時又不斷被打破。高性能數字單元的實現工藝覆蓋了不同的工藝技術，包括65nm、45 nm、40nm、32 nm及SOI CMOS技術。
4年多來，SoC設計中所涉及的新器件、新結構迅速出現，模擬SoC的設計需求越來越多。數字技術的迅速發展和壯大，曾使人們一度忘記了真正的世界其實是模擬的世界!今天，為了滿足模擬SoC信號處理的精度需求，大量使用了將數字信號處理模塊嵌入到模擬電路模塊的設計方法，利用這類技術研發的電路的性能已經可以與傳統方式設計的高性能模擬集成電路相比擬，甚至有的已經超越了后者。
4年多來，得益于先進的納米尺度CMOS工藝技術及電路結構和實現技術的不斷創新，無線通信電路模塊的數據傳輸速率在不斷提高。采用CMOS工藝的射頻單元技術和電路技術發展迅速，利用載波頻率為120GHz的頻帶，近距離無線通信的收發器可以實現10Gb/s的收發速率，這種無線鏈接的數據速率已經與傳統的有線解決方案的速率十分接近。隨著無線多媒體通信對數據通信速率的要求越來越高，SoC設計越來越多地要包含射頻單元。
4年多來，無論是面向高性能計算的SoC，還是面向低功耗消費電子產品的SoC，都發展迅速，系統中越來越多地要嵌入不同類型的存儲單元。隨著工藝的特征尺寸發展到32nm或28nm以下，SoC中包含的存儲容量越來越大，性能越來越強，但是工藝尺寸縮小也使得包含嵌入式存儲器的SoC設計面臨越來越多的技術難題和挑戰。
4年多來，隨著工藝水平的發展，處理器的系統集成度越來越高，從而在SoC設計時對系統級的功耗優化和有效的電源管理提出了更加苛刻的要求。由于低功耗的需要，SoC設計者有時不得不放棄對高工作頻率的追求，轉而通過集成多個工作頻率較低的處理器核來并行執行任務。利用這種計算模式，在不需要運算時可以關掉某些處理器核或使之進入休眠模式，以降低系統功耗。
經過4年多的技術演變，SoC設計者面臨的設計問題、應用對象、可用設計元素及SoC設計方法與實現技術本身都已發生了很大變化。我很高興地看到，郭煒研究員的及時修訂體現了這種技術演變。
《SoC設計方法與實現》第1版付梓時，郭煒研究員剛剛離開工業界，到大學執教，甚至可以說，她是SoC設計的專家，卻是SoC設計人才培養（教學工作）的新手。我很高興地看到，本書的修訂在實驗環節上做了大幅度的補充，充分反映了郭煒研究員的教學經驗。
《SoC設計方法與實現（第2版）》能更好地適應復雜SoC設計工作的需求，能夠幫助讀者掌握有關集成電路設計SoC技術工業化的解決方案，使讀者能夠及時了解SoC設計方法的最新進展，是一本內容全面、將理論與實踐有機結合的教材及技術參考書，相信不論是高校的在校學生，還是SoC設計的入門者和有經驗的工程師都可以從本書中獲取有益的知識！
（王志華）
2011年5月于清華大學
第3版前言
隨著對產品快速市場化和多樣性需求的增加，半導體產業已經由技術驅動進入應用驅動階段。創新周期越來越短，技術開發和產業化的邊界日趨模糊，技術更新和成果轉化更加快捷，產業更新換代不斷加快。面向系統應用的新型SoC，融合計算、通信和多媒體等多種應用，由CPU DSP FPGA 硬件加速器 I/O等組成的混合架構，在能夠滿足多種功能的需求的同時，對成本和能效提出了更高的要求。在新的挑戰面前，SoC設計方法也在不斷地發展�；贔PGA的SoC設計，由于它的可重
郭煒，研究員。1982年獲大連海事大學電子工程學士學位。1991年獲美國路易斯安娜州立大學電子工程學碩士學位。19912003年，任職于Motorola公司芯片設計部首席主任工程師（Principal Staff Engineer），研發項目負責人。成功地主持和負責過多個大規模SoC設計項目的研發工作，具有豐富的IC設計及項目管理經驗。20042007年，在上海交通大學從事集成電路設計相關的科研與教學工作。2007年至今任天津大學研究員，長期從事計算機系統結構與設計、SoC設計、微處理器設計、多媒體處理技術等領域的教學、科研及產業化開拓。
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