数字IC设计笔试题汇总（一）

快秋招了，这篇博客记录了一些最近看见的数字IC设计相关的笔试题，我的答案不一定对，仅供参考

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1. 用100MHz的时钟A去采样200MHz的时钟B（与A无关）产生的8bit信号是同步采样还是异步采样？采样时需要注意哪些问题？怎样解决？

慢时钟信号对快时钟信号的采样应为异步采样。200MHz下产生的信号长度为5ns，而100MHz时钟的周期为10ns（10ns采样一次），所以如果只采用同步采样的话，可能会难以捕捉到信号；

需要注意的问题：即使是异步采样，如果A持续产生8bit信息，可能导致B无法及时采样到这些信息（时钟A输出一个信息为5ns，B为10ns）；

怎样解决：根据具体的电路特性，引入一个FIFO存储来不及被B采样的信息。

2. 用100MHz的时钟A去采样50MHz的时钟B（与A无关）产生的1bit信号是同步采样还是异步采样？采样时需要注意哪些问题？怎样解决？

快时钟信号对慢时钟信号的采样应为同步采样。50MHz下产生的信号长度为20ns，而100MHz时钟的周期为10ns（10ns采样一次），所以采用同步采样完全可以捕捉到50Mhz产生的信号；

需要注意的问题，怎样解决：暂时想不到有啥需要注意的，想到了再来补充；

3. 请画出CMOS反相器的电路图，是否可以PMOS和NMOS位置互换？原因是？

不能互换; MOS管通常在电路中起到开关的作用，其他条件不变的情况下，栅极的电压大小，决定了漏极和漏极之间电流的大小；对于NMOS（下方MOS管），当栅极（A）的电压大于一定的值就会导通，而对于PMOS（上方MOS管），栅极（A）的电压小于一定的值就会导通。当A为高电平时，NMOS管导通，PMOS管截止，Y为低电平；当A为高电平时，NMOS截止，PMOS导通，Y为高电平；从而实现反相器的功能。若NMOS和PMOS互换，则A为高电平时，Y也为高电平，A为低电平时，Y也为低电平，无法起到反相器的作用。

4. 是否了解（激光雷达的）测距基本原理，可举例简速；

根据发送和接收信号的时间差来计算距离。发送端A在$t_1$时刻发射出一道光或者声波信号，遇到B后被反射回来，A接收到反射信号的时间为$t_2$，假设发射出的信号速度为$c$，则A与B之间的距离为 $s=c\ast (t_2-t_1)$

5. 芯片领域常用的名词解释：DSP? DMA? SIMD? Noc? 传统经典RISC架构的CPU有哪5级流水？

• DSP: 数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP），简单来说就是处理数字信号的芯片；
• DMA：DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问) 允许外部设备和存储器之间直接读写数据，不需要通过CPU干预。
• SIMD: 全称Single Instruction Multiple Data，单指令多数据流，能够复制多个操作数，并把它们打包在大型寄存器的一组指令集。简单来就是一个指令能处理多个操作数，比如 $a=[1,2,3,4],b=[5,6,7,8]$,执行SIMD的指令可直接完成$c=a+b$;
• Noc: 片上网络（NoC:Network-on-Chip)是一种针对多核SoC设计的新型片上通信架构, 是在单个芯片上实现的基于网络通信的电子系统，其形态是集成电路芯片。
• 传统经典RISC架构CPU的5级流水： 取指，译码，执行，访存，回写；

6. CPU中，MMU基本作用？WatchDog基本作用？从计算机体系结构方面说一两个影响中断嵌套深度的因素？CPU复位需要注意哪两种时序问题？

• MMU基本作用：MMU是Mermory Management Unit（内存管理单元），当CPU访问某个内存地址时，MMU负责将CPU想访问内存的虚拟地址（或逻辑地址）转换为物理地址；
• WatchDog的作用：看门狗，简单来说就是，设计一个定时器，该定时器内部的计数器随时间递增，当增加到某个值时，系统强制复位，而当程序正常运行时，每隔一段时间就会将该定时器清零，这样系统就不会被复位，而当程序出现故障，无法正常运行时，自然难以及时清理计数器，这是WatchDog(看门狗)就会将系统强制复位，从而解决程序跑飞的问题。
• 中断嵌套深度的因素：中断或更高级的中断来临时，系统将当前执行的程序的位置保存到堆栈中，当更高级的中断的程序执行完毕后，再陆续从堆栈中取出程序地址，继续执行之前未完成的指令，因此，堆栈的容量影响中断嵌套的深度。

7. 请写出常用的低功耗设计思路

• a. Power gating 电源门控技术： 就是关闭暂时不用的模块，比较简单粗暴；
• b. 多电压供电技术：简单来说，就是对不同的模块，根据其特性分配不同的电压，从而达到降低整体功耗的效果；
• c. clock gating 门控时钟技术：只保留当前运行的模块的时钟信号，对于其他模块的时钟信号始终为0，从而减少系统的触发器的无效翻转，从而降低整体功耗；
• d. 寄存器传输级降低功耗技术：（1）资源共享。如果实现计算较多的逻辑，一定要共享计算结果，防止在不同位置重复计算；（2）去除多余的转换。

8. 请简要解释什么是MOS管的动态功耗，静态功耗；

动态功耗：动态功耗指芯片在工作中，晶体管处于跳变状态所产生的功耗 。
静态功耗：静态功耗是指漏电流功耗，是电路状态稳定时的功耗。
简单来说，就是系统内各个电平信号变换翻转产生的功耗就是动态功耗，系统内各个位置电平不变时，产生的功耗为静态功耗；

9. 请简述sram相关问题，a. Single-port sram（单端口）和dual-port sram（真-双端口）的差别；b.Two-port sram（伪双端口sram）和dual-port sram的差别（指可以支持同时读写的双端口sram）

RAM类型	官方解释	数据读写接口数量	地址接口数量
单端口	允许通过一个端口对存储进行读写访问	1	1
伪双端口	提供了两个端口A和B， 通过端口A进行写访问，通过端口B进行读访问	1	2
双端口	提供两个端口A和B, 这两个端口都可以对存储进行读写操作	2	2

10. 请简述以下两种RTL语句的区别，然后比较他们之间的优劣。

（a）assign OUT1 = (SEL === 0) ? IN1 : IN2;
（b）always(*)
             if(SEL === 0)
                 OUT1 = IN1;
             else
                 OUT1 = IN2;

(b)中，OUT1为reg类型，always(*)表示对所以输入信号电平敏感，如果SEL未发生变化，那么初始OUT1为不稳定态，而(a)中的OUT1为wire类型，OUT1初始会通过判断SEL赋值；

PS: 实际综合出的电路，这两种写法并无区别，虽然b中需要将OUT1定义为reg类型，但综合后仍为wire