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自己动手写CPU电子书

新书推荐: 单片机编程魔法师之高级裸编程思想 Cadence高速电路设计——Allegro Sigrity SI/PI/EMI设计指南(含CD光盘1张) 撕掉处理器“高大上”的标签 有助于深理解计算机组成原理、计算机体系结构 从无到有、从小到大,介绍一款处理器的成长过程 同作者作品推荐:步步惊“芯”——软核处理器内部设计分析

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作       者:雷思磊

出  版  社:电子工业出版社

出版时间:2014-09-01

字       数:41.3万

所属分类: 科技 > 计算机/网络 > 硬件

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《自己动手写CPU(含CD光盘1张)》使用Verilog HDL 设计实现了一款兼容MIPS32指令集架构的处理器——OpenMIPS。OpenMIPS 处理器具有两个版本,分别是教学版和实践版。教学版的主要设计思想是尽量简单,处理器的运行情况比较理想化,与教科书相似,便于使用其行教学、学术研究和讨论,也有助于学生理解课堂上讲授的知识。实践版的设计目标是能完成特定功能,发挥实际作用。 《自己动手写CPU(含CD光盘1张)》分为三篇。第一篇是理论篇,介绍了指令集架构、Verilog HDL的相关知识。第二篇是基础篇,采用增量模型,实现了教学版OpenMIPS处理器。首先实现了仅能执行一条指令的处理器,从这个最简单的情况出发,通过依次添加,实现逻辑操作指令、移位操作指令、空指令、移动操作指令、算术操作指令、转移指令、加载存储指令、协处理器访问指令、异常相关指令,最终实现了教学版OpenMIPS处理器。第三篇是阶篇,通过为教学版OpenMIPS添加Wishbone总线口,从而实现了实践版OpenMIPS处理器,并与SDRAM控制器、GPIO模块、Flash控制器、UART控制器、Wishbone总线互联矩阵等模块组成一个小型SOPC,然后下载到FPGA芯片以验证实现效果,最后为实践版OpenMIPS处理器移植了嵌式实时操作系统μC/OS-II。 《自己动手写CPU(含CD光盘1张)》适合计算机专业的学生、FPGA发人员、处理器设计者、嵌式系统应用发工程师、MIPS平台发人员以及对处理器内部的实现感兴趣的读者阅读,也可以作为高等院校计算机原理、计算机体系结构等课程的实践参考书。 《自己动手写CPU(含CD光盘1张)》使用Verilog HDL 设计实现了一款兼容MIPS32指令集架构的处理器——OpenMIPS。OpenMIPS 处理器具有两个版本,分别是教学版和实践版。教学版的主要设计思想是尽量简单,处理器的运行情况比较理想化,与教科书相似,便于使用其行教学、学术研究和讨论,也有助于学生理解课堂上讲授的知识。实践版的设计目标是能完成特定功能,发挥实际作用。 《自己动手写CPU(含CD光盘1张)》分为三篇。第一篇是理论篇,介绍了指令集架构、Verilog HDL的相关知识。第二篇是基础篇,采用增量模型,实现了教学版OpenMIPS处理器。首先实现了仅能执行一条指令的处理器,从这个最简单的情况出发,通过依次添加,实现逻辑操作指令、移位操作指令、空指令、移动操作指令、算术操作指令、转移指令、加载存储指令、协处理器访问指令、异常相关指令,最终实现了教学版OpenMIPS处理器。第三篇是阶篇,通过为教学版OpenMIPS添加Wishbone总线口,从而实现了实践版OpenMIPS处理器,并与SDRAM控制器、GPIO模块、Flash控制器、UART控制器、Wishbone总线互联矩阵等模块组成一个小型SOPC,然后下载到FPGA芯片以验证实现效果,最后为实践版OpenMIPS处理器移植了嵌式实时操作系统μC/OS-II。 《自己动手写CPU(含CD光盘1张)》适合计算机专业的学生、FPGA发人员、处理器设计者、嵌式系统应用发工程师、MIPS平台发人员以及对处理器内部的实现感兴趣的读者阅读,也可以作为高等院校计算机原理、计算机体系结构等课程的实践参考书。
【推荐语】
新书推荐: 单片机编程魔法师之高级裸编程思想 Cadence高速电路设计——Allegro Sigrity SI/PI/EMI设计指南(含CD光盘1张) 撕掉处理器“高大上”的标签 有助于深理解计算机组成原理、计算机体系结构 从无到有、从小到大,介绍一款处理器的成长过程 同作者作品推荐:步步惊“芯”——软核处理器内部设计分析
【作者】
雷思磊,理工男,好静,倡导低碳生活,常以环保人士自居,喜读书,自幼笃信“博观而约取厚积而薄发”,是故,所读书籍甚为驳杂,年近而立,尚不确定根本兴趣目标,一日,驻足书架之前,细览所读书籍,惊觉随岁月增长,关注依次从应用编程、操作系统、驱动设计转移至处理器结构,此一脉络极其清晰,遂如醍醐灌顶,幡然醒悟,原来余根本兴趣目标在“底层”,在于从根本上理解世界之运行,遂耗数年时间钻研处理器工作原理,乃有些微收获,拙作当为数年辛苦之小结,然学无止境,科技发展亦日新月异,唯有持续钻研,方能大成,屈子曰:路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。此言甚是,余定谨记而遵行之。
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内容简介

前言

写作背景

写作目的

适合谁读

内容安排

本书特色

光盘内容

致谢

写作体会

第一篇 理论篇

第1章 处理器与MIPS

1.1 计算机的简单模型

1.2 架构与指令集

1.3 MIPS指令集架构的演变

1.4 MIPS32指令集架构简介

1.5 本书的目标与组织方式

第2章 可编程逻辑器件与Verilog HDL

2.1 可编程逻辑器件概述

2.2 基于PLD的数字系统设计流程

2.3 Verilog HDL简介

2.4 Verilog HDL中模块的结构

2.5 Verilog HDL基本要素

2.6 Verilog HDL行为语句

2.7 电路设计举例

2.8 仿真

2.9 本章小结

第二篇 基础篇

第3章 教学版OpenMIPS处理器蓝图

3.1 系统设计目标

3.2 教学版OpenMIPS处理器接口

3.3 文件说明

3.4 实现方法

第4章 第一条指令ori的实现

4.1 ori指令说明

4.2 流水线结构的建立

4.3 验证OpenMIPS实现效果

4.4 MIPS编译环境的建立

4.5 第一条指令实现小结

第5章 逻辑、移位操作与空指令的实现

5.1 流水线数据相关问题

5.2 OpenMIPS对数据相关问题的解决措施

5.3 测试数据相关问题的解决效果

5.4 逻辑、移位操作与空指令说明

5.5 修改OpenMIPS以实现逻辑、移位操作与空指令

5.6 测试程序1——测试逻辑操作实现效果

5.7 测试程序2——测试移位操作与空指令实现效果

5.8 小结

第6章 移动操作指令的实现

6.1 移动操作指令说明

6.2 移动操作指令实现思路

6.3 修改OpenMIPS以实现移动操作指令

6.4 测试程序

第7章 算术操作指令的实现

7.1 简单算术操作指令说明

7.2 简单算术操作指令实现思路

7.3 修改OpenMIPS以实现简单算术操作指令

7.4 测试简单算术操作指令实现效果

7.5 流水线暂停机制的设计与实现

7.6 乘累加、乘累减指令说明

7.7 乘累加、乘累减指令实现思路

7.8 修改OpenMIPS以实现乘累加、乘累减指令

7.9 测试乘累加、乘累减指令实现效果

7.10 除法指令说明

7.11 除法指令实现思路

7.12 修改OpenMIPS以实现除法指令

7.13 测试除法指令实现效果

7.14 数据流图的修改

第8章 转移指令的实现

8.1 延迟槽

8.2 转移指令说明

8.3 转移指令实现思路

8.4 修改OpenMIPS以实现转移指令

8.5 测试转移指令的实现效果

第9章 加载存储指令的实现

9.1 加载存储指令说明

9.2 加载存储指令实现思路

9.3 修改OpenMIPS以实现加载存储指令

9.4 修改最小SOPC

9.5 测试程序

9.6 链接加载指令ll、条件存储指令sc说明

9.7 ll、sc指令实现思路

9.8 修改OpenMIPS以实现ll、sc指令

9.9 测试ll、sc指令实现效果

9.10 load相关问题

9.11 修改OpenMIPS以解决load相关问题

9.12 测试load相关问题解决效果

9.13 小结

第10章 协处理器访问指令的实现

10.1 协处理器介绍

10.2 协处理器CP0中的寄存器

10.3 协处理器CP0的实现

10.4 协处理器访问指令说明

10.5 协处理器访问指令实现思路

10.6 修改OpenMIPS以实现协处理器访问指令

10.7 测试程序

第11章 异常相关指令的实现

11.1 MIPS32架构中定义的异常类型

11.2 精确异常

11.3 异常处理过程

11.4 异常相关指令介绍

11.5 异常处理实现思路

11.6 修改OpenMIPS以实现异常处理

11.7 再次修改最小SOPC

11.8 测试程序

11.9 教学版OpenMIPS处理器实现小结

第三篇 进阶篇

第12章 实践版OpenMIPS处理器设计与实现

12.1 实践版OpenMIPS处理器的设计目标

12.2 Wishbone总线介绍

12.3 实践版OpenMIPS处理器接口

12.4 实践版OpenMIPS处理器的实现思路

12.5 从教学版OpenMIPS到实践版OpenMIPS

12.6 实践版OpenMIPS处理器实现小结

第13章 基于实践版OpenMIPS的小型SOPC

13.1 小型SOPC的结构

13.2 Wishbone总线互联矩阵WB_CONMAX

13.3 GPIO

13.4 UART控制器

13.5 Flash控制器

13.6 SDRAM控制器

13.7 实现基于实践版OpenMIPS的小型SOPC

13.8 本章小结

第14章 验证实践版OpenMIPS处理器

14.1 DE2平台简介

14.2 测试需要的硬件连接

14.3 QuartusII工程建立

14.4 测试步骤说明

14.5 测试一——GPIO实验

14.6 测试二——UART实验

14.7 测试三——模拟操作系统的加载过程

14.8 本章小结

第15章 为OpenMIPS处理器移植μC/OS-II

15.1 为什么需要操作系统

15.2 嵌入式实时操作系统介绍

15.3 μC/OS-II简介

15.4 μC/OS-II特点

15.5 μC/OS-II的几个概念

15.6 μC/OS-II的基本功能

15.7 μC/OS-II的文件体系

15.8 μC/OS-II的移植条件

15.9 C语言中使用汇编代码

15.10 MIPS函数调用规范

15.11 μC/OS-II在OpenMIPS处理器上的移植

15.12 测试程序

15.13 编译指示文件的建立

15.14 OpenMIPS处理器运行移植后的μC/OS-II

15.15 本章小结

附录A 教学版OpenMIPS各个模块的接口说明

A.1 PC模块接口说明

A.2 IF/ID模块接口说明

A.3 ID模块接口说明

A.4 Regfile模块接口说明

A.5 ID/EX模块接口说明

A.6 EX模块接口说明

A.7 DIV模块接口说明

A.8 EX/MEM模块接口说明

A.9 MEM模块接口说明

A.10 MEM/WB模块接口说明

A.11 CP0模块接口说明

A.12 LLbit模块接口说明

A.13 HILO模块接口说明

A.14 CTRL模块接口说明

附录B OpenMIPS实现的所有指令及对应的机器码

B.1 逻辑操作指令

B.2 移位操作指令

B.3 移动操作指令

B.4 算术操作指令

B.5 转移指令

B.6 加载存储指令

B.7 协处理器访问指令

B.8 异常相关指令

B.9 空指令及其他指令

参考文献

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