本文首发于【公众号——FPGA探索者】。

1. 原码、补码、反码

1. 十进制数-1，用4位二进制表示的原码、补码、反码分别是（）

A. 1001B0111B1110B

B. 1111B0111B1000B

C. 1111B1110B1000B

D. 1001B1111B1110B

答案：D

解析：

有符号数表示，正数的原码、反码、补码一样，重点是负数采用补码表示。

（1）4位二进制表示负数，最高位是符号位，负数的最高位是1，非负数的的最高位为0；

（2）还剩三位表示数据大小，3 bit的1是3’b001，考虑符号位4’b1001，负数要用补码表示，补码是反码+1；

（3）反码：3’b110，考虑符号位为4’b1110；

（4）补码：3’b110+3’b001 = 3’b111；

（5）补码加上符号位：4’b1111；

重点：原码取反得到反码时，是去掉符号位的其他位取反，最后再补上符号位；

2. 验证覆盖率

2. 下面哪种不属于验证覆盖率

A. 状态覆盖率   

B. 翻转覆盖率  

C. 条件覆盖率  

D. 循环覆盖率

答案：D

解析：

验证覆盖率：代码覆盖率+功能覆盖率

代码覆盖率有：语句（行）覆盖率、状态（状态机）覆盖率、翻转覆盖率、条件覆盖率、分支覆盖率等；

功能覆盖率需要设置覆盖点、覆盖组等；

 

3. 跨时钟域

3. 下面哪个不属于跨时钟域数据传递的基本方法

A. 使用握手协议

B. 使用多级触发器缓冲

C. 信号通路上插入islocation

D. 使用FIFO

答案：C

解析：

C中的isolation的用途：电源上的隔离，低功耗用途

 

单bit：

慢——>快：打拍；

快——>慢：握手；

 

多bit：

异步FIFO，握手，DMUX；

连续变化的地址数据可以用格雷码；

 

4. 低功耗问题

4. 下列功耗措施哪个可以降低峰值功耗？

A. 静态模块级clock gating

B. memory shut down

C. power gating

D. 大幅度提高HVT比例

答案：D

解析：

功耗 = 静态功耗+ 动态功耗；峰值功耗是运行中的瞬时最大功耗，主要是动态功耗；

A. 明显是降低静态功耗；

B. 存储器关断技术，在不使用存储器的时候让存储器低功耗，降低静态功耗；

C. 电源关断技术，与静态功耗有关；

D. HVT是高阈值电压晶体管（High Voltage Threshold），在供电电压一定的情况下，高阈值的晶体管开启的慢，相应的降低了数据的翻转率，降低动态功耗；并且高阈值晶体管还降低了漏电流，降低静态功耗；

 

5. FIFO深度计算

5. 有一个FIFO设计，输入时钟100 MHz，输出时钟80 MHz，输入数据模式是固定的，其中1000个时钟中有800个时钟传输连续数据，另外200个空闲，请问为了避免FIFO下溢/上溢，最小深度是多少

A 320

B 80

C 160

D 200

答案：C

解析：

（1）因为题目说的是“输入数据模式是固定的”，所以不用考虑“背靠背”情况，即不考虑在2000个时钟里有1600个时钟连续传输数据，只考虑1000个时钟里连续有800个时钟传数据；

（2）在连续传输的800个时钟里，写入100MHz，每个写入时钟周期是1 / (100MHz) = 10 ns，共需要800 / (100 MHz) = 800 * 10 ns；

（3）读出时钟80MHz，读出时钟周期1 / (80MHz) = 12.5 ns，在写入800个数据的 800*10 ns的时间段内，能够读出 800*10 / 12.5 = 640个；

（4）需要FIFO深度：800-640 = 160个；

 

简便计算：

数据量 * （1 - 读时钟频率 / 写时钟频率）

800 * （1-80MHz/100MHz）=800*（1-4/5）=800*1/5=160

6. 跨时钟域、格雷码

6. 假设一个3 bit计数器（计数范围0-6），工作在58 MHz时钟域下，要把此计数器的值传递到另一个异步100 MHz时钟域，以下不正确的是

A 使用异步FIFO

B 锁存+握手信号

C 使用格雷码

D 使用DMUX电路

答案：C

解析：

计数值，连续变化的计数值，多bit：

（1）异步FIFO没问题，单bit、多bit、时钟快慢、数据类型不论，通吃；

（2）锁存+握手没问题，单bit、多bit均可，时钟快慢均可，典型握手例子：AXI总线；

（3）格雷码看似没问题，实际有问题，问题出在计数值是0~6，奇数个计数值，没办法保证格雷码编码后相邻数据仅1 bit不同，这里0计数到6再回到0重新计数，0和6用格雷码表示时不止1位不同；

如果题目是计数范围0~7，在格雷码没问题；

（4）DMUX没问题，主要利用单bit的跨时钟实现多bit的跨时钟；

 

7. 有符号数加法、补码

7. X和Y均为补码表示的二进制，其中X=10010010B，Y=10001011B，下列选项中X+Y正确的是

A. 110011101B

B. 011100011B

C. 111100010B

D. 100011101B

答案：D

解析：

有符号数+有符号数，可以用位拼接符做符号位扩展以后再加；

（1）X = 8’b1001_0010 = -110；

（2）Y = 8’b1000_1011 = -117；

（3）X+Y = {X[7], X} + {Y[7], Y} = 9’b1_1001_0010 + 9’b1_1000_1011 = 9’b1_0001_1101 = -227；

 

第二种解法比较复杂：把两个有符号数都转换成十进制，加完得到-227，再转回有符号表示；

 

8. 时钟相关概念

8. 时钟的占空比指的是

A. 时钟的变化速度

B. 时钟的变化范围

C. 低脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值

D. 高脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值

答案：D

解析：无需解析，概念问题。

 

9. 时序问题、最大时钟频率计算

9. D触发器Tsetup=3ns，Thold=1ns，Tck2q=1ns，该D触发器最大可运行时钟频率是

A. 1GHZ

B. 250MHZ

C. 500MHZ

D. 200MHZ

答案：B

解析：

Tclk >= Tsetup + Tck2q = 4 ns；所以最大运行时钟250 MHz。

Thold与时钟的最大频率无关。

 

10. 低功耗问题

10. 逻辑电路低功耗设计中，无效方法是

A 采用慢速设计

B 减少信号翻转

C 采用较慢速的时钟

D 提高阈值电压

答案：A

解析：

A. 不一定；

B. 降低翻转率，可以降低动态功耗；

C. 降低时钟频率，可以降低动态功耗；

D. 使用高阈值电压晶体管HVT，降低漏电流，可以降低静态功耗；

 

11. Verilog语法

11. 以下verilog运算符优先级由高到低正确的是

A. ! ,&, ^, |, &&

B. ^, !,&,|,&&

C. !,|,&,&&,^

D. &,|,&&,^,!

答案：A

解析：

12. 低功耗问题

12. 在RTL设计阶段，降低功耗的常用设计方法是

A 门级电路的功耗优化

B 门控时钟

C 降低电路漏电流

D 多阈值电压

答案：A

解析：

以上都是低功耗方法，但是注意题目要求是在“RTL设计阶段”，所以是B，在代码设计时插入门控时钟。

 

A. 门级电路的功耗优化（Gate Level Power Optimization），对门级网表层次优化，也叫体系结构级，主要有电源门控、多阈值、多电压、异步设计等；

 

B. RTL级：门控时钟（对时钟的使能），信号使能（对数据的使能），流水线，状态机编码（格雷码、独热码编码）等；

数字IC笔试题（7）——低功耗设计【静态功耗】【动态功耗】

 

13. Verilog语法

13. 下面哪个不是循环关键字

A. repeat

B. forever

C. while

D. fork

答案：D

解析：

fork...join，注意与begin...end的区别

 

14. 形式验证

14. netlist（网表）一般通过什么手段进行验证其正确性

A. 随机验证

B. RTL验证

C. 形式验证

D. 网表验证

答案：C

解析：

形式验证+静态时序分析

功能上：形式验证

时序上：STA静态时序分析

 

15. 数字电路基础、真值表、卡诺图

15.下图为组合逻辑Y=f（x1,x2,x3,x4）的真值表，请根据真值表选择Y的逻辑表达式

A. (~x2)x3 + x3x4;

B. (~x2)x3 + x1x3x4;

C. x2x3 + x1(~x3)x4;

D. (~x2)x3 + x1(~x3)x4;

答案：D

解析：

卡诺图化简

16. 无符号数除法

16.无符号二进制除法1110111B/1001B的结果是

A 商：1101B ， 余数：110B

B 商：1101B ， 余数：110B

C 商：1101B ， 余数：10B

D 商：101B ， 余数：10B

答案：C

解析：

 

实在不会做就换算成十进制去除，然后把商和余数再变到二进制；

17. 组合逻辑竞争冒险

17.组合逻辑电路的冒险现象是由于（）引起的；

A. 电路未达到最简

B. 电路存在延时

C. 逻辑门类型不同

D. 电路有多个输出

答案：B

解析：概念问题，无需解析。