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数字ic设计面试基础知识适用于芯片集成大佬,
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第一章 数字芯片流程 ......................................................................................................................5
第二章 数字电路基础 ......................................................................................................................6
2.1 逻辑函数化简 ......................................................................................................................6
2.2 竞争 冒险 ............................................................................................................................7
2.3 组合逻辑设计 ......................................................................................................................8
2.3.1 译码器........................................................................................................................8
2.3.2 奇偶校验电路............................................................................................................9
2.3.3 数据比较器..............................................................................................................10
2.3.4 全加器、半加器、超前进位加法器......................................................................10
2.4 CMOS 门电路....................................................................................................................11
2.5 反相器知识 ........................................................................................................................12
2.5.1 反相器结构..............................................................................................................12
2.5.2 噪声容限..................................................................................................................12
2.5.3 转换时间、传播延时..............................................................................................13
第三章 数字集成电路 ....................................................................................................................14
3.1 同步电路、异步电路 ........................................................................................................14
3.2 复位电路 ............................................................................................................................15
3.2.1 同步复位、异步复位..............................................................................................15
3.2.2 异步复位同步释放..................................................................................................15
3.3 D 触发器与 Latch ..............................................................................................................16
3.3.1 锁存器的危害..........................................................................................................16
3.4 FPGA ..................................................................................................................................17
3.5 门控时钟 ............................................................................................................................18
3.5.1 基于锁存器的门控时钟..........................................................................................18
3.5.2 基于触发器的门控时钟..........................................................................................18
3.6 CMOS 门的功耗..............................................................................................................19
3.6.1 动态功耗..................................................................................................................19
3.6.2 静态功耗..................................................................................................................19
3.7 低功耗设计 ........................................................................................................................20
3.7.1 系统级......................................................................................................................20
3.7.2 体系结构级..............................................................................................................20
3.7.3 RTL 级 .....................................................................................................................20
3.7.4 晶体管级..................................................................................................................20
3.8 独热码(one hot) ............................................................................................................20
第四章 静态时序分析 ....................................................................................................................22
4.1 STA 内容............................................................................................................................22
STA 优缺点 .......................................................................................................................22
4.2 建立、保持时间 ................................................................................................................22
4.2.1 时钟周期约束..........................................................................................................22
4.2.2 保持时间约束..........................................................................................................23
4.3 时钟约束修复 ....................................................................................................................23
4.3.1 Tsetup 建立时间不满足,采用措施......................................................................23
4.3.2 Thold 保持时间修复 ...............................................................................................23
4.4 恢复、去除时间 ................................................................................................................24
4.5 时钟偏差、时钟抖动 ........................................................................................................24
4.6 如何时序收敛 ....................................................................................................................24
4.7 Fanout 优化 ........................................................................................................................25
4.8 亚稳态 ................................................................................................................................25
4.9 静态时序分析 ....................................................................................................................26
4.10 DC 流程..............................................................................................................................26
4.10.1 指定工艺库............................................................................................................26
4.10.2 读入设计文件........................................................................................................26
4.10.3 设定设计的约束条件............................................................................................26
4.10.4 输出报告................................................................................................................28
4.10.5 保存数据................................................................................................................28
4.10.6 脚本案例................................................................................................................28
4.11 输入输出延时.................................................................................................................29
4.11.1 定义........................................................................................................................29
4.12 跨时钟域的 STA ............................................................................................................30
4.12.1 域内........................................................................................................................30
4.12.2 域间........................................................................................................................30
第五章 跨时钟域传输 ....................................................................................................................31
5.1 单 bit 信号跨时钟域传输 ..................................................................................................31
5.1.1 电平信号传输..........................................................................................................31
5.1.2 边沿检测同步器(慢到快)..................................................................................31
5.1.3 脉冲信号传输(快到慢)......................................................................................32
5.1.4 结绳法......................................................................................................................33
5.2 多 bit 信号跨时钟域传输 ..................................................................................................33
5.2.1 格雷码......................................................................................................................33
5.2.2 握手协议..................................................................................................................33
5.2.3 异步 FIFO................................................................................................................34
5.2.4 异步双口 RAM .......................................................................................................34
5.3 同步 FIFO...........................................................................................................................34
5.4 异步 FIFO...........................................................................................................................35
5.4.1 读写指针表示..........................................................................................................35
5.4.2 读空、写满判断......................................................................................................35
5.4.3 指针同步延迟的影响..............................................................................................36
5.4.4 FIFO 深度 ................................................................................................................37
第六章 片上系统 ............................................................................................................................38
6.1 流水线设计 ........................................................................................................................38
6.2 Cache ..................................................................................................................................38
6.2.1 Cache 一致性问题:...............................................................................................38
6.3 多处理机 Cache 一致性问题 ............................................................................................39
6.3.1 监听协议..................................................................................................................39
6.3.2 目录协议..................................................................................................................39
6.3.3 Cacheline..................................................................................................................39
6.3.4 MESI ........................................................................................................................40
6.4 DMA...................................................................................................................................40
6.5 SDRAM ..............................................................................................................................40
6.6 FLASH................................................................................................................................40
6.7 I2C ....................................................................................................................................41
6.8 SPI.......................................................................................................................................41
第七章 Verilog ................................................................................................................................43
7.1 逻辑值 ................................................................................................................................43
7.2 ~ 按位取反 ........................................................................................................................43
7.3 Task 和 function .................................................................................................................43
7.4 无损定点化 ........................................................................................................................45
第八章 RTL 代码............................................................................................................................46
8.1 序列检测器 ........................................................................................................................46
8.2 偶数分频器 ........................................................................................................................47
8.2.1 二分频电路..............................................................................................................47
8.2.2 任意偶分频..............................................................................................................47
8.3 奇数分频器 ........................................................................................................................48
8.4 PWM...................................................................................................................................50
8.5 脉冲展宽 ............................................................................................................................51
8.6 按键消抖 ..........................................................................................................................52
8.7 无毛刺切换时钟 ..............................................................................................................53
8.8 串并转换 ..........................................................................................................................53
8.9 异步双口 RAM ..................................................................................................................55
第九章 附录 笔试题 ......................................................................................................................56
9.1.1 相关笔试题..............................................................................................................56
9.2 串行总线 ............................................................................................................................57
9.3 环形振荡器 ........................................................................................................................58
9.4 两个噪声源叠加后的均方根噪声幅度 ............................................................................58
9.5 傅里叶变换 ........................................................................................................................58
9.6 DFT 可测性设计................................................................................................................58
9.7 互调串扰耦合 ....................................................................................................................59
9.8 线与逻辑 ............................................................................................................................59
9.9 取对数函数 ........................................................................................................................59
9.10 取绝对值.........................................................................................................................60
第一章 数字芯片流程
芯片设计分为前端设计和后端设计,前端设计(也称逻辑设计)和后端设计(也称物理设
计)并没有统一严格的界限,涉及到与工艺有关的设计就是后端设计。
一、需求分析
产品要解决什么问题,预测未来 3-5 年的走势和趋向,确保芯片是有卖点和前瞻性,面向
未来。
客户向 fabless(芯片设计公司)提出设计要求,包括芯片需要达到的具体功能和性能方面
的要求,让架构师可以进行细化。
二、功能架构设计
架构师将系统功能进行分解和细化,形成 spec 规范,将设计参数化、具体化。
包括处理器架构的选择:ARM、RISC-V;
总线接口选择:AHB、AXI、APB;
软硬件功能的划分:硬件速度快,性能高,灵活性差。软件速度慢、性能差灵活性高开发
周期短。
性能参数:引脚选择,电压频率、工艺选择、功耗和温度范围。
三、RTL 编码
使用硬件描述语言(VHDL,Verilog HDL)将模块功能以代码来描述实现。
图形输入工具:Cadence 的 composer
四、功能仿真验证(前仿)
功能仿真,对 RTL 级的代码进行设计验证,检验设计功能的正确性,是否满足规格中的
所有要求。
仿真工具:Modelsim、VCS
五、逻辑综合
基于特定的工艺库,设定电路的面积、时序等目标参数的约束条件,将设计的 RTL 级代
码映射为门级网表 netlist。逻辑综合需要基于特定的综合库,不同的库中,门电路基本标准单
元(standard cell)的面积,时序参数是不一样的。
综合完成后需要再次做仿真验证(这个也称为后仿真,之前的称为前仿真)。
逻辑综合工具:Design Compiler
六、STA 静态时序分析
在时序上对电路进行验证,检查电路是否存在建立时间(setup time)和保持时间(hold
time)的违例。
STA 工具:Synopsys 的 Prime Time。(PT)
七、形式验证 Formality
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