内容简介
本书系统介绍了超大规模集成电路（VLSI）与嵌入式系统的设计与应用。全书共分为4个部分：第1部分主要介绍决策图（DD），DD广泛使用计算机辅助设计（CAD）软件进行综合电路和形式验证；第2部分主要涵盖多值电路的设计架构，多值电路能够改进当前的VLSI设计；第3部分涉及可编程逻辑器件（PLD），PLD可以被编程，用于在单个芯片中为VLSI和嵌入式系统整合复杂的逻辑函数。第4部分集中介绍用于嵌入式系统的数字电路设计架构，最后还结合大量实例介绍VLSI与嵌入式系统的应用。
本书适合从事超大规模集成电路与嵌入式系统设计及应用的从业者，也可供院校集成电路相关专业师生学习参考。
目录
缩略语
第1部分 决策图 001
第1章 共享多端二元决策图 003
1.1 引言 003
1.2 预备知识 004
1.3 SMTBDD(k ) 的一个优化算法 008
1.3.1 权重计算程序 009
1.3.2 SMTBDD(3) 的优化 011
1.4 小结 011
参考文献 012
第2章 多输出函数 014
2.1 引言 014
2.2 多输出函数的二元决策图 015
2.2.1 共享二元决策图和多端二元决策图 016
2.2.2 用于特征函数的二元决策图 016
2.2.3 各种二元决策图的比较 019
2.3 紧凑型BDD for CF 的构造 019
2.3.1 问题描述 020
2.3.2 输出变量的排序 020
2.3.3 基于交错采样方案的输入变量排序 021
2.3.4 输入变量和输出变量的交错 022
2.3.5 变量排序算法 024
2.4 小结 024
参考文献 024
第3章 多输出函数的共享多值决策图 026
3.1 引言 026
3.2 决策图 027
3.2.1 二元决策图 027
3.2.2 多值决策图 027
3.3 紧凑型SMDD 的构造 029
3.3.1 二进制输入变量的配对 029
3.3.2 输入变量的排序 032
3.4 小结 033
参考文献 033
第4章 多值决策图最小化的启发式算法 035
4.1 引言 035
4.2 基本性质 036
4.3 多值决策图 037
4.4 多值决策图的最小化 040
4.4.1 二值输入的配对 040
4.4.2 多值变量的排序 041
4.5 小结 043
参考文献 043
第5章 多输出函数的时分复用实现——基于共享多端多值决策图 045
5.1 引言 045
5.2 多输出函数的决策图 045
5.2.1 共享二元决策图 046
5.2.2 共享多值决策图 047
5.2.3 共享多端多值决策图 047
5.3 时分复用实现 049
5.3.1 基于SBDD 的TDM 实现 049
5.3.2 基于SMDD 的TDM 实现 050
5.3.3 基于SMTMDD 的TDM 实现 050
5.3.4 TDM 实现的比较 052
5.4 SMTMDD 的精简 052
5.5 决策图大小的上限 053
5.6 小结 053
参考文献 053
第6章 多输出开关函数——基于多值伪克罗内克决策图 055
6.1 引言 055
6.2 定义和基本性质 057
6.3 伪克罗内克决策图 057
6.3.1 二值伪克罗内克决策图 058
6.3.2 多值伪克罗内克决策图 058
6.4 四值伪克罗内克决策图的优化 058
6.4.1 二值输入变量的配对 058
6.4.2 四值变量的排序 060
6.4.3 展开的选择 061
6.5 小结 062
参考文献 063
第2部分 多值电路设计架构 064
第7章 多值触发器——基于传输管逻辑 066
7.1 引言 066
7.1.1 传输管逻辑实现多值触发器 066
7.1.2 传输管逻辑实现带二进制编译码的多值触发器 067
7.2 无二进制编译码的多值触发器 068
7.2.1 传输管和阈值门的特性 069
7.2.2 用阈值门实现多值逆变器 070
7.2.3 用多值传输管逻辑实现多值触发器 071
7.3 小结 073
参考文献 073
第8章 多值多输出逻辑电路——基于电压模式传输管 074
8.1 引言 074
8.2 基本定义和术语 075
8.3 方法 075
8.3.1 二进制逻辑函数到多值逻辑函数的转换 075
8.3.2 函数的配对 077
8.3.3 输出阶段 077
8.4 小结 080
参考文献 081
第9章 多值输入二值输出函数 082
9.1 引言 082
9.2 基本定义 083
9.3 二值变量转换为多值变量 084
9.4 小结 092
参考文献 093
第10章 数字模糊运算——基于多值Fredkin 门 094
10.1 引言 094
10.2 可逆逻辑 095
10.2.1 可逆门和经典数字逻辑 095
10.2.2 多值Fredkin 门 096
10.3 模糊集与模糊关系 097
10.4 电路 100
10.4.1 多值Fredkin 门模糊运算 100
10.4.2 用于组合模糊关系的脉动阵列结构 101
10.5 小结 102
参考文献 102
第11章 基于查找表的多值多输出逻辑表达式 104
11.1 引言 104
11.2 基本定义和性质 104
11.2.1 乘积项 105
11.2.2 最小乘积和 105
11.2.3 使用Kleenean 系数的多值逻辑乘积和表达式 105
11.3 方法 106
11.3.1 支撑集矩阵 106
11.3.2 配对支撑集矩阵 107
11.4 基于Kleenean 系数的多值多输出函数最小化算法 108
11.5 基于电流模式CMOS 实现多值多输出函数 110
11.6 小结 112
参考文献 112
第3部分 可编程逻辑器件 113
第12章 基于查找表的神经网络
前言/序言
原书前言
超大规模集成是微芯片处理器、集成电路和组件设计中应用最广泛的技术之一。最初设计的微芯片仅集成数千个晶体管，今天超过了数十亿个晶体管。所有这些晶体管都被极度集成并嵌入到一个微芯片中，随着时间的推移，芯片尺寸已经缩小，但仍有能力容纳大量晶体管。在超大规模集成电路中，数十亿晶体管的集成提升了设计方法，也确保了更高的运行速度、更低的功耗、更小的电路尺寸、更高的可靠性和更低的制造成本。超大规模集成电路芯片广泛应用于工程的各个领域，如语音和数据通信网络、数字信号处理、计算机、商业电子、汽车以及嵌入式系统。超大规模集成电路在高性能计算、电信和消费电子领域的重要性一直在快速持续提高。
嵌入式系统是基于微处理器或微控制器的硬件和软件系统，用于大型机械或电气系统中执行特定功能。嵌入式系统不同于通用计算机，后者被设计用于处理广泛的任务。因为嵌入式系统的设计仅用于执行某些任务，设计工程师可以优化尺寸、成本、功耗、可靠性和性能。嵌入式系统的复杂性因其设计的任务而异。其应用范围从数字手表、微波炉到混合动力汽车和航空电子设备等。所有微处理器中，有多达98% 用于嵌入式系统。嵌入式系统便于大规模生产，从而降低了单价。它们高度稳定、可靠，体积非常小，便于在任何地方携带和装载。同时它们的速度也很快，耗电量也较小。此外，它们优化了资源的使用。由于以上原因，嵌入式系统日益普及。
本书主要涵盖两个广泛的主题：超大规模集成电路和嵌入式系统。这两个主题进一步分为四个部分：决策图、多值电路设计架构、可编程逻辑器件和数字电路设计架构。
决策图部分主要涵盖各种类型的决策图，如二元决策图、共享多端二元决策图，基于共享多端多值决策图的多输出函数的时分复用（TDM） 实现，使用多值伪克罗内克（Kronecker） 决策图的多输出开关函数。
具有两个以上逻辑电平的电路被称为多值电路，并且它们具有通过减少芯片上互连来减小面积的潜力。多值电路的设计架构部分主要涵盖多值逻辑（MVL） 的基础，使用传输管逻辑的MVL 触发器，基于电压模式传输管的多值多输出逻辑电路，多值输入二值输出函数，使用多值Fredkin 门的数字模糊运算，使用查找表（LUT） 来降低复杂性的多值多输出逻辑表达式。
可编程逻辑器件（PLD） 是一种用于构建可重构数字电路的电子元件。可编程逻辑器件部分主要包括基于LUT 的神经网络矩阵乘法，使用传输管逻辑的易测试可编程逻辑阵列（PLA），用于译码PLA 输入分配的遗传算法，使用LUT 合并定理的基于FPGA 的乘法器，基于LUT 的BCD 加法器和乘法器的设计，使用鸽笼原理的基于LUT 的矩阵乘法器电路，FPGA 的布局布线算法，基于FPGA 的可编程逻辑控制器（PLC） 和通用的复杂可编程逻辑器件（CPLD） 电路板。
数字电路的设计架构部分主要包括基于商和部分余数的并行计算设计除法器电路，最小化TANT 电路和构造最优TANT 网络的算法，使用神经网络的非对称高基有符号数加法器，使用忆阻器的非易失性6 管静态随机存取存储器和电阻式随机存取存储器的设计，芯片测试自动化系统的容错微处理器和集成框架的设计。
超大规模集成电路与嵌入式系统的一些重要应用也在这本书中得到了很好的讨论：VLSI 的实际实现，如工业工厂中的自主机器人、5G 网络中的VLSI、用于质量控制的智能视觉技术等；嵌入式系统的实际实现，如用于路灯控制的嵌入式系统、自动售货机、用于车辆跟踪的嵌入式系统等。通过这些应用，使读者能更好地了解超大规模集成电路与嵌入式系统。
本书对于超大规模集成电路与嵌入式系统领域的读者，无论其处于初学者还是专家水平，均有所裨益，也适合作为本科生和研究生的教材。本书同样适用于全球范围内这一备受尊崇领域的教职员工及研究人员。此外，对于致力于嵌入式系统行业的专业人士而言，本书也充满吸引力。
Hafiz Md. Hasan Babu
E-mail: hafizbabu@du.ac.bd
