龙芯之光：自主可控处理器设计解析

基于自主可控的LoongArch，讲解微处理器设计的过程，主要内容包括：
LoongArch的SoC逻辑设计、逻辑综合、可测试性设计、物理设计和签核。

在内容讲解中，既有理论知识的拆解，又有具体设计实践的操作，对读者掌握处理器的设计很有帮助。
本书适合集成电路专业的师生阅读，也可作为芯片工程师的参考书。

本书基于自主可控的 LoongArch，讲解微处理器设计的过程，内容包括 LoongArch 的 SoC（System on Chip， 单片系统）逻辑设计、逻辑综合、可测试性设计、物理设计和签核。本书既有理论知识的拆解，又有具体设 计实践的操作，这对读者掌握处理器的设计很有帮助。
本书适合本科院校和高职院校集成电路专业的师生阅读，也可作为芯片工程师的参考书。

余菲，现任深圳职业技术大学电子信息工程技术专业主任，深圳市电子学会理事，深圳市人工智能协会理事，深圳市电子协会副理事长单位代表，获得了国家职业教育教师教学创新团队学科带头人、深圳市优秀教师等荣誉。 刘永新，深圳微纳集成电路与系统应用研究院副院长，国家芯火平台深圳平台建设执行总监，集成电路领域高级工程师，关注集成电路领域产教协同育人和自主创新生态建设。 温泉，深圳职业技术大学讲师，研究方向是化合物半导体及器件工艺，参与过多项国家级、省部级科研项目，主要从事集成电路芯片设计的教学和科研工作。 蔡致立，深圳微纳集成电路与系统应用研究院高级工程师，精通集成电路后端设计和自主化多元EDA工具链，主持完成多个项目的物理设计工作。

第 1 章 概述 1
1.1 系统级芯片 1
1.1.1 CPU 内核 1
1.1.2 总线 3
1.1.3 内存 4
1.1.4 定时器 5
1.1.5 介质访问控制器 5
1.1.6 DMA 控制器 5
1.1.7 外围接口 6
1.2 微处理器架构及指令集 7
1.2.1 指令 8
1.2.2 指令集架构 8
1.2.3 微架构 12
1.3 LoongArch 及指令集 13
1.3.1 LoongArch 概述 13
1.3.2 LoongArch 指令集编码 14

第 2 章 LoongArch的SoC逻辑设计 15
2.1 基于 LoongArch的SoC 15
2.1.1 丽湖霸下BX2400的设计目标 15
2.1.2 核心模块设计 16
2.2 明确设计流程 21
2.2.1 集成电路的研制过程 21
2.2.2 数字集成电路的设计流程 21
2.2.3 数字集成电路的设计方法 24
2.3 搭建前端设计的工程环境 25
2.3.1 工具安装与环境配置 25
2.3.2 工程目录 35
2.4 设计文件与开发编译 36
2.4.1 设计文件 36
2.4.2 编译 37
2.4.3 仿真环境的使用 39
2.5 仿真验证与调试 42
2.5.1 逻辑验证 42
2.5.2 模块调试验证 46


第 3 章 逻辑综合 53
3.1 引言 53
3.1.1 逻辑综合工具 54
3.1.2 逻辑综合流程 54
3.2 逻辑综合的实现过程 57
3.2.1 准备输入文件 57
3.2.2 准备脚本 58
3.2.3 执行逻辑综合 65
3.2.4 查看输出文件 67

第 4 章 可测试性设计 71
4.1 引言 71
4.1.1 扫描链 71
4.1.2 BIST 74
4.1.3 DFT 工具 75
4.1.4 DFT 的流程 76
4.2 丽湖霸下 BX2400 的 DFT 79
4.2.1 准备输入文件 79
4.2.2 准备脚本 79
4.2.3 执行 DFT 83
4.2.4 查看输出文件 83

第 5 章 物理设计 85
5.1 引言 85
5.1.1 布图规划生成 85
5.1.2 物理综合 86
5.1.3 时钟树综合 87
5.1.4 时序修复 87
5.1.5 布线连接 88
5.1.6 布线后优化 88
5.2 丽湖霸下BX2400的设计布局生成 89
5.2.1 准备输入文件 89
5.2.2 准备脚本 89
5.2.3 执行设计布局脚本 93
5.2.4 查看输出文件 94
5.3 执行物理综合 96
5.3.1 准备输入文件 96
5.3.2 准备脚本 96
5.3.3 执行物理综合脚本 98
5.3.4 查看输出文件 100
5.4 执行时钟树综合 100
5.4.1 准备脚本 101
5.4.2 执行时钟树综合脚本 103
5.4.3 查看输出文件 104
5.5 执行保持时间修复 104
5.5.1 准备脚本 104
5.5.2 执行保持时间修复脚本 105
5.5.3 查看输出文件 106
5.6 执行布线连接 106
5.6.1 准备脚本 106
5.6.2 执行布线连接脚本 107
5.7 执行布线后优化 110
5.7.1 准备输入文件 110
5.7.2 准备脚本 110
5.7.3 执行布线后优化脚本 111
5.7.4 查看输出文件 114
5.8 执行设计文件输出 114
5.8.1 准备输入文件 114
5.8.2 执行设计文件输出脚本 115
5.8.3 查看输出文件 116

第 6 章 签核 117
6.1 引言 117
6.2 形式验证 118
6.2.1 准备输入文件 119
6.2.2 准备脚本 121
6.2.3 执行形式验证 124
6.2.4 查看输出文件 125
6.3 寄生参数提取 126
6.3.1 准备输入文件 126
6.3.2 执行寄生参数提取 127
6.4 静态时序分析 127
6.4.1 准备输入文件 128
6.4.2 执行静态时序分析 128
6.5 版图合并生成 128
6.5.1 准备输入文件 128
6.5.2 准备脚本 129
6.5.3 执行版图合并生成 130
6.5.4 查看输出文件 131
6.6 物理验证 131
6.6.1 DRC 131
6.6.2 天线效应检查 138
6.6.3 LVS 144
附录 151