从算法到电路:数字芯片算法的电路实现

目 录序前言第1章 芯片算法与数字电路设计 11.1 芯片研发的流程 11.1.1 芯片公司的分类 11.1.2 芯片设计流程 21.2 芯片数字电路设计与算法的关系 41.2.1 预研阶段 41.2.2 系统架构确定阶段 51.2.3 实际电路设计阶段 51.3 芯片验证与算法的关系 61.3.1 普通验证 61.3.2 算法验证 61.4 算法工具和数字开发工具 71.5 数字开发工程师掌握算法知识的必要性 81.5.1 算法的具象化 81.5.2 算法的定点化 8第2章 数字电路设计的算法基础 102.1 电路中有符号数的表示 102.1.1 无符号的信号对应的实体电路 102.1.2 有符号的信号对应的实体电路 112.1.3 补码罗盘 122.1.4 补码的优势 122.2 信号位宽 132.2.1 无符号整数信号的位宽 132.2.2 无符号浮点信号的位宽 132.2.3 有符号信号的位宽 142.2.4 特殊取值范围的位宽处理 142.2.5 MSB和LSB 142.2.6 信号的范围和精度 152.2.7 信号变化范围的确定 152.2.8 运算结果的位宽 162.3 溢出保护 192.3.1 什么是溢出 192.3.2 是否需要溢出保护 192.3.3 无符号信号的溢出保护 202.3.4 有符号信号的溢出保护 222.4 截位与四舍五入 242.4.1 截位的数学本质 242.4.2 四舍五入的设计方法 252.5 浮点数在电路中的定点化 272.6 signed声明和注意事项 282.7 从算法到RTL实现的转化流程 32第3章 加法电路设计 333.1 实现加法器的方法 333.2 全加器的实现 343.3 超前进位加法器的实现 373.4 逻辑优化和面积对比 393.5 浮点数加法的电路实现 403.6 有符号数加法的电路实现 45第4章 乘法电路设计 484.1 用综合器实现乘法电路 484.2 基于加法迭代的乘法电路 534.3 基于CORDIC的乘法电路 634.3.1 CORDIC原理 644.3.2 线性坐标系对CORDIC通式的简化 724.3.3 线性坐标系旋转模式下的CORDIC运算 734.3.4 算法建模 744.3.5 电路实现 804.4 不同实现方式的面积与性能比较 854.5 浮点乘法的电路实现 854.6 有符号数乘法的电路实现 88第5章 除法电路设计 915.1 用综合器实现除法电路 925.2 线性迭代除法电路 975.2.1 算法建模 975.2.2 电路实现 1055.3 基于CORDIC的除法电路 1125.3.1 线性坐标系向量模式下的CORDIC运算 1125.3.2 算法建模 1135.3.3 电路实现 1205.4 不同实现方式的面积与性能比较 1235.5 复数除法电路 1255.5.1 复数的原理和应用 1255.5.2 复数除法方案 1265.5.3 电路实现 127第6章 常用数字信号处理电路设计 1316.1 基于CORDIC的正余弦波发生器 1316.1.1 圆坐标系对CORDIC通式的简化 1316.1.2 圆坐标系旋转模式下的CORDIC运算 1326.1.3 算法建模 1336.1.4 电路实现 1426.2 基于查表法的正余弦波发生器 1476.2.1 查表法的优缺点 1476.2.2 查表数据的构造以及用脚本生成Verilog格式的方法 1486.2.3 查表法结构设计 1516.2.4 查表法与CORDIC法的面积对比 1536.2.5 查表法对算法电路设计的启示 1546.3 反正切运算电路 1556.3.1 圆坐标系向量模式下的CORDIC运算 1556.3.2 算法建模 1566.3.3 电路实现 1616.4 复数求模电路 1626.4.1 算法原理 1626.4.2 算法建模 1636.4.3 电路实现 170第7章 滤波器基础概念 1747.1 频率和相位 1747.2 信息的传递方式 1787.3 带宽 1837.4 滤波器的作用 1857.5 滤波器的功能类型 1867.6 滤波器关注的指标 1867.7 滤波器的响应特性 1887.8 滤波器的结构类型 1907.9 FIR滤波器的结构 1917.10 系统函数 1937.11 一拍延迟对应的Z变换 1947.12 在已知频域响应的前提下求FIR的抽头系数 1957.13 相移滤波和频谱奇对称 1967.14 频谱复制情况下的抽头 2017.15 使用频域扫描方式获取滤波器抽头的应用场景 202第8章 滤波器电路设计 2038.1 低通滤波器 2038.1.1 滤波器设计工具 2038.1.2 设计命题说明 2098.1.3 抽头个数和数值的确定 2108.1.4 自动生成滤波器电路 2138.1.5 手工编写滤波器电路 2158.1.6 低通滤波器的验证 2198.2 高通