计算机组成原理与接口技术 基于MIPS架构PDF电子书下载

第一篇 MIPS汇编程序设计 3

第1章 MIPS汇编程序开发环境 3

1.1 QtSpim简介 3

1.2 菜单栏简介 4

1.2.1 File菜单 4

1.2.2 Simulator菜单 5

1.2.3 其他菜单 6

第2章 MIPS汇编程序 9

2.1 MIPS汇编程序结构 9

2.2 QtSpim系统功能调用 10

2.3 QtSpim伪指令 10

2.4 QtSpim常用宏汇编指令 13

第3章 QtSpim汇编、调试程序示例 17

3.1 QtSpim用户程序入口 17

3.2 QtSpim汇编查错 17

3.3 QtSpim查看程序内存映像 20

3.4 QtSpim调试查错 24

第4章 MIPS汇编程序示例 28

4.1 常用C语句汇编指令实现示例 28

4.1.1 if语句 28

4.1.2 while语句 28

4.1.3 for语句 29

4.1.4 switch语句 29

4.2 子程序设计示例 30

4.2.1 子程序结构 30

4.2.2 递归子程序设计 33

4.3 编程练习 35

第二篇 基于FPGA的计算机原型系统设计 39

第5章 FPGA开发工具Xilinx ISE 39

5.1 FPGA设计流程 39

5.2 ISE功能与应用 40

5.2.1 工程管理器 40

5.2.2 HDL编辑器 42

5.2.3 IP核生成工具 43

5.2.4 测试激励生成器 43

5.2.5 iSim仿真工具 44

5.3 基于ISE开发FPGA的完整过程示例 45

5.3.1 启动ISE 45

5.3.2 新建工程 46

5.3.3 代码输入 47

5.3.4 仿真 49

5.3.5 约束文件编写 52

5.3.6 综合 54

5.3.7 实现 55

5.3.8 编程文件产生 55

5.3.9 编程下载 55

第6章 单周期类MIPS微处理器设计 58

6.1 实验目的 58

6.2 实验环境 58

6.3 实验示例 58

6.4 示例设计原理 58

6.5 示例工程代码 62

6.5.1 新建工程 62

6.5.2 指令存储器ROM模块 63

6.5.3 数据存储器RAM模块 65

6.5.4 符号扩展模块 67

6.5.5 寄存器组模块 69

6.5.6 控制器模块 70

6.5.7 ALU控制译码 72

6.5.8 ALU模块 73

6.5.9 顶层模块 74

6.6 示例代码功能仿真 78

6.6.1 寄存器组仿真 78

6.6.2 控制器仿真 82

6.6.3 顶层仿真 82

6.7 实验任务 88

第7章 存储器映射I/O接口设计 89

7.1 实验目的 89

7.2 实验环境 90

7.3 实验示例 90

7.4 示例设计原理 90

7.4.1 存储器映像I/O寻址原理 90

7.4.2 I/O接口原理 91

7.5 示例工程代码 92

7.5.1 增加I/O接口模块 92

7.5.2 实例化I/O模块 93

7.5.3 修改DRAM模块的连线 94

7.5.4 修改IROM测试指令 94

7.5.5 修改控制器模块和ALU模块 94

7.6 功能仿真 95

7.6.1 I/O模块仿真 95

7.6.2 顶层仿真 97

7.7 综合、实现、生成bit流文件并下载检验 98

7.7.1 配置时序、引脚约束 98

7.7.2 综合、实现、生成bit流文件 102

7.7.3 安装开发板驱动 102

7.7.4 开发板编程 103

7.8 实验任务 106

第8章 简单VGA接口设计 107

8.1 实验目的 107

8.2 实验环境 107

8.3 实验示例 108

8.4 示例设计原理 108

8.5 示例工程代码 110

8.5.1 增加25MHz时钟产生模块 110

8.5.2 增加行列计数器模块 112

8.5.3 增加同步信号及地址产生器模块 112

8.5.4 增加显示存储器模块 112

8.5.5 合成VGA控制器 114

8.5.6 实例化VGA控制器 116

8.5.7 实例化显示存储器 117

8.5.8 实例化显示控制器时钟模块 117

8.5.9 修改指令 118

8.6 功能仿真 118

8.6.1 VGA模块仿真 118

8.6.2 整体功能仿真 119

8.7 综合、实现、产生bit流文件以及下载测试 120

8.7.1 修改引脚约束文件 120

8.7.2 综合并产生bit流文件以及下载测试 121

8.8 实验任务 121

第三篇 基于FPGA的嵌入式计算机系统设计 125

第9章 Xilinx嵌入式系统开发环境 125

9.1 Xilinx嵌入式硬件开发环境XPS 125

9.1.1 XPS使用的特殊文件 125

9.1.2 XPS的图形界面 128

9.1.3 XPS的菜单 132

9.1.4 ChipScope片内调试工具 134

9.2 Xilinx嵌入式软件开发环境 138

9.2.1 SDK软件库 138

9.2.2 SDK图形界面 139

9.2.3 ELF文件结构 141

9.2.4 lscript.ld文件结构 142

9.2.5 SDK菜单 144

9.2.6 编译和链接选项配置 146

9.2.7 SDK软件调试图形界面 148

第10章 基于MicroBlaze的Xilinx嵌入式系统平台 149

10.1 MicroBlaze软核微处理器 149

10.1.1 基本结构 149

10.1.2 中断系统 150

10.1.3 总线结构 152

10.2 Standalone操作系统 157

10.2.1 中断操作类函数 158

10.2.2 异常操作类函数 158

10.2.3 指令缓存操作类函数 158

10.2.4 数据缓存操作类函数 159

第11章 最小系统建立流程 160

11.1 建立工程 160

11.2 工程结构分析 166

11.3 使用SDK设计程序 168

11.4 使用SDK下载程序 172

11.5 使用SDK调试程序 174

第12章 C数据类型实验 176

12.1 实验目的 176

12.2 实验环境 176

12.3 实验要求 176

12.4 示例实验过程 176

12.4.1 修改helloworld程序 177

12.4.2 观察不同数据类型值 177

12.4.3 观察foo结构体的内存映像 181

12.5 实验任务 183

第13章 基于IP核的并行I/O接口实验 184

13.1 实验目的 184

13.2 实验环境 184

13.3 实验要求 185

13.4 相关IP核 185

13.4.1 AXI GPIO 185

13.4.2 AXI INTC 187

13.4.3 AXI Timer 188

13.5 示例实验过程 190

13.5.1 中断方式button按键以及switch输入 190

13.5.2 中断方式走马灯实验 208

13.5.3 7段数码管实验 211

13.5.4 矩阵键盘输入实验 214

13.6 实验任务 219

第14章 定制IP核I/O接口实验 220

14.1 实验目的 220

14.2 实验环境 220

14.3 实验要求 220

14.4 实验原理 220

14.5 示例实验过程 223

14.5.1 定制并添加AXI IP到系统 223

14.5.2 连接AXI外设 230

14.5.3 导入硬件设计到SDK工具 231

14.5.4 添加定制IP核软件驱动 231

14.5.5 使用SDK编写IP核的应用程序 235

14.6 实验任务 236

第15章 并行存储器接口设计 237

15.1 实验目的 237

15.2 实验环境 237

15.3 实验要求 240

15.4 实验基本原理 240

15.5 示例实验过程 242

15.6 实验任务 248

第16章 DMA技术实验 249

16.1 实验目的 249

16.2 实验环境 249

16.3 实验要求 249

16.4 实验原理 249

16.4.1 Xilinx XPS DMA控制器 249

16.4.2 standalone提供的DMA API函数 251

16.4.3 分级存储系统 251

16.5 示例实验过程 252

16.5.1 DMA实验 252

16.5.2 Cache实验 258

16.6 实验任务 262

第17章 串行接口实验 263

17.1 实验目的 263

17.2 实验环境 263

17.2.1 RS 232模块（DCE） 263

17.2.2 D/A模块 264

17.2.3 A/D模块 267

17.3 实验基本原理 268

17.3.1 uart-lite IP核 268

17.3.2 SPI IP核 271

17.4 示例实验过程 273

17.4.1 RS-232接口通信 273

17.4.2 SPI接口D/A转换 275

17.4.3 SPI接口A/D转换 277

17.5 实验任务 280

第18章 人机接口实验 282

18.1 实验目的 282

18.2 实验环境 282

18.2.1 VGA接口 282

18.2.2 PS2模块 283

18.2.3 图像数据转换工具 283

18.3 实验基本原理 284

18.3.1 TFT IP核 284

18.3.2 PS2 IP核 287

18.3.3 键盘工作原理 289

18.3.4 鼠标工作原理 290

18.4 示例实验过程 292

18.4.1 VGA接口实验 292

18.4.2 PS2键盘接口实验 300

18.4.3 PS2鼠标接口实验 307

18.5 实验任务 309

附录COE文件制作过程示例 311

参考文献 314