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第1章 概述1

1.1 计算机系统概述1

1.1.1 计算机系统的组成1

1.1.2 计算机存储结构类型5

1.1.3 计算机指令集类型6

1.1.4 单周期、多周期和流水线处理器6

1.2 嵌入式系统与软硬件协作设计8

1.2.1 嵌入式系统概述8

1.2.2 SoC技术及其发展9

1.2.3 软硬件协同设计10

1.3 目标系统MiniSys概述11

思考题12

第2章 MiniSysCPU设计14

2.1 MiniSysCPU结构14

2.1.1 MiniSysCPU体系结构14

2.1.2 MiniSysCPU的寄存器组16

2.1.3 MiniSys的指令系统18

2.1.4 MiniSys指令执行过程分析32

2.2 MiniSysCPU设计40

2.2.1 取指单元的设计41

2.2.2 控制单元的设计44

2.2.3 译码单元及寄存器组的设计45

2.2.4 执行单元的设计50

2.2.5 存储单元的设计56

2.2.6 顶层文件的设计58

思考题61

第3章 MiniSys接口部件设计62

3.1 I/O接口模块设计62

3.1.1 I/O端口地址与I/O地址空间设计62

3.1.2 MiniSysBus与总线控制模块设计64

3.2 中断模块设计68

3.2.1 MiniSys的中断系统68

3.2.2 中断控制逻辑的设计70

3.3 常规接口部件的设计71

3.3.1 4位7段LED数码管控制器71

3.3.2 4×4键盘控制器74

3.3.3 定时/计数器77

3.3.4 PWM控制器84

3.3.5 UART串行通信控制器86

3.3.6 看门狗控制器92

思考题95

第4章 BIOS设计96

4.1 堆栈的实现96

4.2 BIOS的基本功能97

4.2.1 BIOS及其基本功能97

4.2.2 BIOS程序的设计97

4.3 BIOS基本功能设计99

4.3.1 初始化模块99

4.3.2 7段LED数码管显示模块100

4.3.3 键盘功能模块102

思考题106

第5章 汇编器的设计107

5.1 MiniSys汇编语言程序设计107

5.1.1 汇编伪指令107

5.1.2 汇编程序结构109

5.1.3 中断处理程序设计110

5.1.4 MiniSys程序编程还需注意的问题111

5.2 MiniSys汇编语言汇编器112

5.2.1 MiniSys汇编基础113

5.2.2 一个简易汇编器程序114

思考题143

第6章 综合测试与验证145

6.1 测试方法简介145

6.2 对CPU正确性的测试与验证146

6.3 对接口部件的测试与验证153

6.3.1 LED数码管控制器的测试与验证153

6.3.2 4×4键盘控制器的测试与验证154

6.3.3 定时/计数器的测试与验证154

6.3.4 PWM控制器的测试与验证156

6.3.5 UART串行通信控制器的测试与验证157

6.3.6 看门狗控制器的测试与验证158

6.3.7 与CPU联合测试与验证159

6.4 软件系统的测试与验证165

思考题169

第7章 高级设计讨论170

7.1 流水线CPU设计170

7.1.1 流水线的概念170

7.1.2 流水线设计中需解决的关键问题175

7.1.3 流水线的设计178

7.2 乘法和除法运算单元设计180

7.2.1 乘除法指令的扩展与寄存器设置180

7.2.2 乘法运算单元的设计181

7.2.3 除法运算单元的设计182

7.3 浮点运算单元设计185

7.3.1 IEEE 754浮点标准185

7.3.2 数据类型与寄存器扩展186

7.3.3 浮点指令级的扩展186

7.4 Mini C编译器的设计188

7.4.1 MiniC简介188

7.4.2 词法分析工具190

7.4.3 语法分析工具205

7.4.4 编译器设计216

思考题223

第8章 Verilog HDL语言基础224

8.1 Verilog HDL设计初步224

8.1.1 Verilog HDL设计流程简介224

8.1.2 Verilog HDI.语言与C语言的比较225

8.1.3 基本的VerilogHDL模块225

8.2 Verilog语言要素229

8.2.1 词法229

8.2.2 数据类型232

8.2.3 寄存器和存储器234

8.3 Verilog HDL行为语句234

8.3.1 过程语句235

8.3.2 语句块238

8.3.3 赋值语句239

8.3.4 高级程序语句241

8.4 有限状态机246

8.4.1 有限状态机的基本概念246

8.4.2 用Verilog HDL语言设计有限状态机250

8.5 Verilog HDL的描述风格256

8.5.1 门级描述方式256

8.5.2 数据流描述方式260

8.5.3 行为描述方式260

思考题261

附录A Quartus Ⅱ工具的使用262

A.1 Quartus Ⅱ简介262

A.2 Quartus Ⅱ设计流程262

A.2.1 使用图形设计芯片263

A.2.2 使用Verilog语言进行设计275

A.2.3 顶层文件的设计277

A.2.4 器件编程（芯片下载）281

附录B “计算机系统综合设计”设计报告283

参考文献288