电子工业出版社-网上书店

本书是编著者结合多年的工程实践、培训经验及积累的资料，并借鉴国内外经典教材、文献和专业网站的文档等编著而成的。本书全面介绍了SoC 的主要构成和设计环节。本书首先介绍了SoC 的构成、设计流程和设计方法学，接着分章介绍了处理器子系统、存储子系统、总线、外设及接口子系统。本书注重基本概念、方法和技术的讨论，加强了对SoC 设计方法学和设计规范的介绍。本书可供从事 SoC 设计的专业工程师、从事芯片规划和项目管理的专业人员，以及相关专业的师生使用。

第1章  SoC设计	1
1.1　SoC的构成	1
1.2　SoC的设计流程	6
1.3　SoC的设计方法学	10
1.3.1  模块化设计	10
1.3.2  层次化设计	13
1.3.3  标准化设计	15
1.3.4  自动化设计	16
小结	17
第2章  处理器子系统	19
2.1　处理器体系结构	20
2.1.1  处理器微架构	22
2.1.2  流水线冲突	28
2.2　缓存	34
2.2.1  缓存结构	34
2.2.2  缓存寻址	36
2.2.3  缓存策略	41
2.2.4  缓存操作	44
2.2.5  缓存层级	46
2.3　处理器系统	48
2.3.1  处理器存储空间映射	48
2.3.2  系统存储空间映射与重映射	49
2.3.3  启动操作	53
2.3.4  中断处理	60
2.3.5  高速缓存一致性	61
2.4　处理器调试和跟踪	66
2.4.1  CoreSight接口	67
2.4.2  DAP	69
2.4.3  CoreSight组件	71
2.4.4  调试和跟踪系统	73
2.5　ARM处理器	79
2.5.1  ARM处理器系列	79
2.5.2  ARM公司的授权方式	83
小结	84
第3章  存储子系统	86
3.1　存储器	87
3.1.1  半导体存储器	87
3.1.2  存储器结构	89
3.1.3  存储器的性能指标	100
3.2　存储子系统的层次	101
3.2.1  内存	101
3.2.2  外存	105
3.2.3  虚拟内存	105
3.3　DRAM	114
3.3.1  DRAM存储组织	115
3.3.2  DRAM的存储原理	119
3.3.3  DDR技术	125
3.4　闪存	137
3.4.1  NOR闪存	138
3.4.2  NAND闪存	140
3.4.3  闪存卡	144
小结	151
第4章  总线	153
4.1　总线的基本概念	154
4.1.1  总线的分类	154
4.1.2  总线的特性及主要技术指标	158
4.2　总线设计	159
4.2.1  总线结构	159
4.2.2  总线构件	161
4.2.3  总线仲裁	165
4.2.4  总线操作和定时	168
4.3　AMBA总线	173
4.3.1  AMBA总线的基本概念	173
4.3.2  AMBA总线的发展历程	183
4.4　通信总线和系统总线	189
4.4.1  PCI总线	189
4.4.2  USB	192
小结	193
第5章  外设及接口子系统	194
5.1　I/O接口	194
5.1.1  I/O接口的基本功能	195
5.1.2  I/O端口编址	196
5.1.3  I/O接口规范	198
5.1.4  传输数据的控制方式	198
5.2　I/O通信	210
5.2.1  I/O通信方式	210
5.2.2  I/O通信时序	213
5.3　芯片接口	214
5.4　串行接口	217
5.4.1  I2C接口	218
5.4.2  SPI	219
5.4.3  UART接口	223
5.5　音频与视频接口	225
5.6　网络接口	234
5.7　系统外设	238
小结	240

为何要写这本书
多年来，编著者在担任团队和项目负责人期间做过一系列技术培训，组织技术培训的原因有很多。一是一些优秀员工被选中担任新项目或新团队的负责人，虽然他们具有良好的职业素养，在以往的工作中也积累了不少SoC设计的知识和经验，很多人对一些IP或部分设计环节尤为熟悉，但普遍缺乏对SoC系统或子系统的完整理解，对SoC设计全流程的认识不足，如何帮助他们尽快进入角色，具备把控团队和项目的技术能力，成为加强团队建设和保证项目顺利进行的关键。二是每年都有刚毕业的新员工加入团队，现有团队也会不断更新，为了维持团队运转和项目开展，需要进行人力资源的调度，相应的技术交流和培训非常有必要，其既可以使员工了解自己负责的部分在整个SoC设计中的作用，又可以使员工清楚项目对相应工作的要求，以及前后相邻工作之间的协作关系，从而发掘职业兴趣，激发工作热情，更快、更好地适应新的工作任务，融入团队。三是通过专业培训，可以加强SoC设计方法学的传播，推广和落实设计规范，强化设计指导，尤其是对一些案例的重点介绍，有助于员工加深印象，形成良好的设计习惯，保证团队设计风格的统一性。四是不同设计环节的团队往往使用不同的工具和专业术语，经常出现交流不畅甚至无法沟通的情形，较为明显的是前端设计工程师与后端设计工程师之间沟通困难，严重的话会直接影响项目的进度和质量，因此需要加强团队的技术沟通能力，技术培训提供了一个机会，通过介绍各个主要设计环节的知识，帮助设计工程师了解彼此的工作，熟悉对方所使用的概念和方法，甚至使用对方的专业术语来描述和讨论问题，从而提高团队的工作质量和效率。
一些技术培训偏重基本概念、原理和方法的介绍，较适合初、中级设计工程师参加；一些技术培训偏重专题的技术交流，较适合中、高级设计工程师参加；还有一些技术培训是跨专业知识的介绍，除设计工程师外，还适合芯片架构师、芯片规划人员和项目管理人员参加。这些技术培训都得到了广大员工的热烈回应，获得了很多积极的反馈。 
近年来，SoC设计产业蓬勃发展，大量公司和新项目都急需优秀的从业人员，加之新人不断进入SoC设计行业，很多人跨越了原本的专业领域，需要进行培训，以便尽快适应新工作。担任新项目和新团队的负责人也需要学习新知识。在朋友和同事的鼓励下，编著者在以往培训经验的基础上，结合多年的工程实践，经过整理、完善和充实资料，编写了本书。
内容选择和组织
目前，市面上已经有很多关于SoC设计的专业书籍，各种期刊和网站上也可以找到大量文章。本书在内容选择和组织上符合读者的需求。本书假定读者已具备电路和电子技术的基本知识，旨在让每位读者都能够对SoC设计有一个基本、正确、全面的了解，为进一步的学习和工作打下坚实的基础。本书偏重专业培训和交流，不是学术专著。
首先，SoC设计的应用领域很广，涉及的IP种类繁多，如果都进行详细介绍和深入讨论，需要极大的篇幅，本书试图兼具深度和广度地介绍SoC设计，使读者尽可能获取芯片的主要知识。芯片架构师、建模工程师、芯片规划和项目管理人员更需要具备的是广阔的技术涉猎范围，但并不需要样样精通，因此本书对部分内容进行了适当剪裁，可以满足他们的需要。芯片设计工程师需要对芯片具有较全面的了解及对各个模块的深入讨论，建议有关读者进一步阅读相关文献。
其次，由于SoC设计需使用多种EDA工具，因此存在不同的供应商和工具版本，甚至使用的专业术语也不一致。本书着重整理和介绍了 EDA 工具所依赖的基本概念和方法，避免成为特定EDA 工具的使用手册，建议对EDA工具感兴趣的读者阅读专门的工具使用手册和参考资料。
再次，对于本书中各个章节所涉及的主题，从基本概念到复杂的应用场景均需要相当大的篇幅才能介绍全面，编著者在进行技术培训时发现，一般初、中级设计工程师对基本概念和方法较有兴趣，这些内容符合他们的工作需求，而中、高级设计工程师通常承担复杂的设计任务，更关注复杂的应用场景，如果放在一起介绍，听众往往会失去耐心和重点。鉴于此，编著者将两者进行了适度切分，本书偏重基本概念和方法的介绍，而同步编写的《SoC设计高级教程》则偏重复杂应用场景的介绍，并添加了一些专题内容。
最后，SoC设计是一个硬件实现过程，本书提供了大量的图表，配合文字叙述，帮助读者理解并建立SoC的硬件实现图像。
内容体系
本书共5章，主要介绍了SoC的系统组成。其中，第1章介绍了SoC的构成、设计流程和设计方法学；第2章介绍了处理器体系结构、缓存、处理器系统、处理器调试和跟踪、ARM处理器；第3章介绍了存储器、存储子系统的层次、DRAM和闪存；第4章介绍了总线的基本概念、总线设计、AMBA总线、通信总线和系统总线；第5章介绍了I/O接口、I/O通信、芯片接口、串行接口、音频与视频接口、网络接口、系统外设。
在阅读和学习本书的过程中，建议读者同步查阅其配套书籍《SoC 设计基础教程——技术实现》，以便获得更全面和深入的知识。
本书的后继——《SoC设计高级教程》介绍了SoC设计的专门知识和先进技术。
本书覆盖内容较多，读者可以按章节顺序阅读，也可以根据兴趣和需要挑选阅读。
补充阅读
在国内外的专业网站上，有很多对SoC设计的专业介绍、心得、总结和翻译资料，覆盖了几乎所有IP、EDA工具和设计环节，编著者列出了成书过程中参考过的文献，感兴趣的读者可扫描前言后面的二维码进一步阅读。
本书读者
本书的读者主要是从事SoC设计的专业工程师、从事芯片规划和项目管理的人员。通过阅读本书，SoC架构设计师和芯片设计工程师将加深对SoC和SoC设计全流程的了解，IP设计工程师可以加深对全芯片和其他模块的设计方法及流程的了解。此外，本书也为芯片规划和项目管理人员提供了技术细节。
本书的部分内容可以用作大学的教学内容和企业的培训内容，供老师、具有电子技术知识的高年级本科生和研究生，以及从事SoC设计的专业人员阅读。
结语
虽然编著者动笔时充满了热情和勇气，但是在写作过程中不断遭遇挫折，甚至有些难以为继：一方面是工作量超出了编著者最初的估计，有些内容也超出了编著者的认知和经验；另一方面是写作期间的工作变动和任务调整影响了写作进度，有些内容只能忍痛舍弃。所幸终于成文，非常感谢所有予以支持的朋友和同事。
限于编著者水平，书中难免存在错误和疏漏之处，欢迎读者予以指正，以便再版时修正。
致谢
本书初稿曾经供小范围读者阅读，他们给出了很多建议。在修改稿的基础上，多位技术专家认真审读了全文，并提出了很多修改意见。审阅专家有徐华锋（第1章、第5章）、刘少永（第2章、第3章）、郭彬（第3章）、张斯沁（第3章）、李涛（第4章）、韩彬（第5章）。另外，众多朋友花费时间，帮忙制作了大量插图，他们（按笔画排序）是马腾、王一涛、王利静、王魏、巨江、田宾馆、刘洋、刘浩、孙浩威、李季、李涛、李敬斌、杨天赐、杨慧、肖伊璠、张广亮、张珂、陆涛、周建文、胡永刚、柳鸣、韩彬、焦雨晴、谭永良、樊萌、黎新龙等。没有他们的付出，本书难以成文出版，编著者在此向他们深深致谢。
在本书选题和撰写过程中，得到了电子工业出版社牛平月老师的大力帮助和支持，在此致以衷心的感谢！


本书参考文献和延伸阅读请扫码获取。


本书提供两个附录：附录A专业术语的中英文对照和附录B设计术语索引，请扫码获取。

本书配套资源下载

对不起，暂无音视频资源！

SoC设计基础教程——系统架构