自己動手寫 CPU

雷思磊 / 審校:陳佳新

  • 出版商: 碁峰
  • 出版日期: 2015-06-02
  • 定價: $620
  • 售價: 8.0$496
  • 語言: 繁體中文
  • 頁數: 656
  • ISBN: 9863476420
  • ISBN-13: 9789863476429

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商品描述

 

<內容簡介>

揭開CPU的神祕面紗,幫助您深入了解電腦的組成原理與系統架構
介紹從無到有打造處理器的開發過程

本書將帶領您使用Verilog HDL 設計實現一款兼容MIPS32指令集架構的處理器:OpenMIPS。
全書共分為三篇。第一篇是理論篇,介紹了指令集架構、Verilog HDL的相關知識。第二篇是基礎篇,採用增量模型,實現了教學版OpenMIPS處理器。首先實現了僅能執行一道指令的處理器,從這個最簡單的情況出發,逐步實現邏輯操作指令、移位操作指令、空指令、移動操作指令、算術操作指令、轉移指令、加載儲存指令、協處理器存取指令、異常相關指令,逐步完成教學版OpenMIPS處理器。第三篇是進階篇,透過為教學版OpenMIPS加上Wishbone總線接口,從而實現了實踐版OpenMIPS處理器,並與SDRAM控制器、GPIO模塊、Flash控制器、UART控制器、Wishbone總線互聯矩陣等模塊組成一個小型SOPC,然後下載到FPGA晶片以驗證實現效果,最後為實踐版OpenMIPS處理器移植了嵌入式實時操作系統μC/OS-II。

 

<章節目錄>

第1章 處理器與MIPS
介紹目前主流的指令集架構,由於OpenMIPS採用MIPS32指令集架構,所以本章將特別著重MIPS32指令集架構的說明。

第2章 可程式設計邏輯裝置與Verilog HDL
介紹了FPGA、Verilog HDL的基礎知識,FPGA是可程式設計邏輯裝置的一種,本書的實踐版OpenMIPS處理器就將在FPGA上執行。

第3章 教學版OpenMIPS 處理器藍圖
介紹了教學版OpenMIPS處理器的設計藍圖,包括設計目標、處理器介面,以及最終完成時組成OpenMIPS的各個模組的作用。

第4章 第一條指令ori 的實現
實現了OpenMIPS處理器的第一道指令ori,之所以選擇這條指令作爲第一道指令,就是因爲它夠簡單,指令ori用來實現邏輯“或”運算,透過這道簡單指令的實現,初步建立了OpenMIPS的五階管線架構。

第5章 邏輯、移位操作與空指令的實現
討論並解決了管線資料的相依問題,然後修改第4章的OpenMIPS,實現了MIPS32指令集架構中定義的邏輯、移位操作與空指令。

第6章 移動操作指令的實現
介紹並實作MIPS32指令集架構中定義的移動操作指令。

第7章 算術操作指令的實現
介紹並實作MIPS32指令集架構中定義的算術操作指令。

第8章 轉移指令的實現
介紹並實作MIPS32指令集架構中定義的轉移指令,OpenMIPS支援延遲轉移。

第9章 載入儲存指令的實現
介紹並實作MIPS32指令集架構中定義的載入儲存指令。

第10章 協同處理器存取指令的實現
介紹並實作MIPS32指令集架構中定義的協同處理器CP0,以及協同處理器存取指令。

第11章 異常相關指令的實現
介紹並實作MIPS32指令集架構中定義的異常相關指令,並實現了異常處理。
在每一類指令的實現程式中,都是先介紹該類指令的格式、作用和用法,然後介紹實現思路,接著透過修改程式碼實現該類指令,最後,編寫測試程式,使用模擬的方式驗證實現的正確性。

第12章 實踐版OpenMIPS處理器設計與實現
介紹在教學版OpenMIPS處理器的基礎上,透過Wishbone匯流排介面模組的加入,實現了實踐版OpenMIPS處理器。

第13章 基於實踐版OpenMIPS的小型SOPC
講述設計實現了基於實踐版OpenMIPS處理器的小型可程式設計系統單晶片SOPC的整個過程。

第14章 驗證實踐版OpenMIPS處理器
將第13章實作的小型SOPC下載到實際的硬體平台上,編寫測試程式,驗證實踐版OpenMIPS處理器實現的正確性。

第15章 為OpenMIPS 處理器移植μC/OS-II
介紹了嵌入式即時作業系統μC/OS-II,並將其移植到本書設計的OpenMIPS處理器上,進一步驗證了實踐版OpenMIPS處理器實現的正確性,也爲OpenMIPS處理器發揮實際作用奠定了基礎。

 

<作者介紹>

雷思磊
理工男,好靜,倡導低碳生活,常以環保人士自居,喜讀書,自幼篤信「博觀而約取,厚積而薄發」。是故,所讀書籍甚為駁雜,年近而立,尚不確定根本興趣目標,一日,駐足書架之前,細覽所讀書籍,驚覺隨歲月增長,關注點依次從程式設計、作業系統、驅動程式設計轉移至處理器結構,此一脈絡極其清晰,遂如醍醐灌頂,幡然醒悟,原來根本興趣目標在「底層」,在於從根本上理解世界之運行,遂耗數年時間鑽研處理器工作原理,乃有些微收穫,拙作當為數年辛苦之小結,然學無止境,科技發展亦日新月異,唯有持續鑽研,方能大成,屈子曰:路漫漫其修遠兮,吾將上下而求索。此言甚是,余定謹記而遵行之。