计算机组成原理与接口技术 基于MIPS架构实验教程 第2版
作者：左冬红编著
出版时间：2019年版
丛编项： 高等学校电子信息类专业系列教材
内容简介
本书配合《计算机组成原理与接口技术——基于MIPS架构》一书而编写，特点是以实验为主，在简要介绍基本原理的基础上，详细地阐述了各个实验设计、实现等具体过程。本书实验内容分为三部分：MIPS汇编程序设计、基于FPGA的原型计算机系统设计以及基于IP核的嵌入式计算机系统设计。本书介绍了MIPS模拟器QtSpim、Mars，Xilinx FPGA开发套件Vivado、SDK等开发工具的使用，并通过一个个具体实验案例，帮助读者在掌握基本原理的基础上，动手实践计算机软硬件接口技术。同时，本书还在各类实验案例基础上设置了不同难易程度的实验任务及思考题，可以满足不同层次的学习需求。
目录
目录
第1篇MIPS汇编程序设计
第1章QtSpim汇编程序开发环境
1.1QtSpim简介
1.2QtSpim菜单栏简介
1.2.1File菜单
1.2.2Simulator菜单
1.2.3其余菜单
1.3QtSpim汇编、调试程序示例
1.3.1QtSpim用户程序入口
1.3.2QtSpim汇编查错
1.3.3QtSpim查看程序存储映像
1.3.4QtSpim调试查错
第2章MARS汇编程序开发环境
2.1MARS界面简介
2.2MARS菜单栏简介
2.2.1File菜单
2.2.2Run菜单
2.2.3Settings菜单
2.3MARS汇编、调试程序
2.3.1汇编语言源程序编辑
2.3.2汇编器
2.3.3查看程序存储映像
2.3.4运行程序
第3章MIPS汇编语言
3.1MIPS汇编程序结构
3.2系统功能调用
3.3伪指令
3.4常用宏汇编指令
第4章MIPS汇编语言程序示例
4.1常用C语句汇编指令实现示例
4.1.1if语句
4.1.2while语句
4.1.3for语句
4.1.4switch语句
4.2子程序设计示例
4.2.1子程序结构
4.2.2递归子程序设计
4.3MIPS汇编语言程序设计实验任务
4.4思考题
第2篇基于FPGA的原型计算机系统设计
第5章Vivado开发工具简介
5.1FPGA设计流程简介
5.2EDA工具Vivado简介
第6章单周期类MIPS微处理器实验
6.1简单指令集MIPS微处理器设计
6.1.1MIPS微处理器数据通路
6.1.2MIPS微处理器控制器
6.2简单指令集MIPS微处理器各模块实现方案
6.2.1存储器
6.2.2寄存器文件
6.2.3运算电路
6.2.4多路复用器
6.2.5位宽扩展
6.2.6控制器
6.3MIPS微处理器实验实现过程示例
6.3.1实验环境
6.3.2创建工程
6.3.3基于IP核新建存储器模块
6.3.4Verilog语言描述其余模块
6.3.5模块功能仿真
6.3.6顶层模块
6.3.7RTL分析
6.3.8引脚约束
6.3.9整体仿真
6.3.10MIPS微处理器综合
6.3.11debug IP核插入
6.3.12MIPS微处理器实现
6.3.13下载编程及测试
6.4实验任务
6.5思考题
第7章存储器映像IO接口设计
7.1存储器映像IO接口原理
7.2存储器映像IO接口实现方案
7.3实验示例
7.3.1实验设备简介
7.3.2新建项目并添加原有代码
7.3.3新建IO接口模块Verilog代码
7.3.4IO接口模块仿真
7.3.5IO接口模块集成
7.3.6汇编源程序示例
7.3.7输入/输出设备引脚约束
7.3.8下载编程测试
7.4实验任务
7.5思考题
第8章VGA接口设计
8.1VGA接口显示原理
8.1.1VGA接口时序
8.1.2VGA显示控制器
8.2VGA控制器实现
8.2.1显示存储器
8.2.2计数器
8.2.3控制逻辑
8.2.4显示存储器地址产生
8.2.5视频数据复用器
8.2.6像素时钟产生
8.3实验示例
8.3.1实验要求
8.3.2实验板VGA接口简介
8.3.3创建工程并添加已有设计代码
8.3.4显示存储器模块
8.3.5计数器模块
8.3.6控制逻辑模块
8.3.7显示存储器地址产生模块
8.3.8VGA控制器模块
8.3.9像素时钟产生模块
8.3.10修改IO接口模块
8.3.11顶层模块集成
8.3.12汇编控制程序
8.3.13整体功能仿真
8.3.14下载编程测试
8.4实验任务
8.5思考题
第3篇基于IP核的嵌入式计算机系统软硬件设计
第9章MicroBlaze嵌入式系统平台
9.1MicroBlaze软核微处理器
9.1.1MicroBlaze基本结构
9.1.2MicroBlaze中断系统
9.1.3MicroBlaze总线结构
9.2standalone操作系统
第10章嵌入式最小系统建立流程
10.1嵌入式最小系统硬件构成
10.2最小系统硬件平台搭建
10.3SDK Hello World程序设计
10.4下载编程测试
10.5实验任务
10.6思考题
第11章C语言数据类型
11.1C语言常见数据类型
11.2实验示例
11.2.1C语言数据类型测试工程
11.2.2C语言数据类型程序调试
11.3实验任务
11.4思考题
第12章程序控制并行IO接口
12.1并行输入/输出设备
12.2GPIO IP核工作原理
12.3并行接口电路原理框图
12.4GPIO IP核配置
12.4.1添加GPIO IP核
12.4.2GPIO IP核属性配置
12.4.3并行外设GPIO IP核配置示例
12.4.4GPIO API函数简介
12.5Xilinx C IO读写函数
12.6实验示例
12.6.1实验要求
12.6.2电路原理框图
12.6.3硬件平台搭建
12.6.4接口软件开发
12.6.5IO读写函数程序代码
12.6.6API函数程序代码
12.6.7实验现象
12.7实验任务
12.8思考题
第13章中断方式并行接口
13.1中断系统相关IP核
13.1.1AXI INTC中断控制器
13.1.2AXI Timer定时计数器
13.2中断相关IP核配置
13.2.1中断控制器配置
13.2.2GPIO IP核中断配置
13.2.3定时计数器配置
13.3IP核API函数
13.3.1中断控制器API函数
13.3.2定时计数器API函数
13.4中断程序设计
13.4.1总中断服务程序
13.4.2中断程序构成
13.5实验示例
13.5.1实验要求
13.5.2硬件电路原理框图
13.5.3硬件平台建立
13.5.4软件设计
13.5.5IO读写函数程序代码
13.5.6API函数程序代码
13.5.7实现现象
13.6实验任务
13.7思考题
第14章并行存储器接口
14.1并行RAM存储芯片
14.1.1异步SRAM存储芯片
14.1.2DDR2 SDRAM存储芯片
14.2存储器接口IP核
14.2.1AXI外部存储控制器EMC
14.2.2存储器接口生成器IP核MIG
14.3异步SRAM实验示例
14.3.1实验要求
14.3.2电路原理框图
14.3.3硬件平台搭建
14.3.4SRAM存储器读写测试软件
14.3.5实验现象
14.3.6任意指定存储单元读写程序设计
14.4DDR2 SDRAM实验示例
14.4.1实验要求
14.4.2电路原理框图
14.4.3硬件平台搭建
14.4.4DDR2 SDRAM存储器读写测试软件
14.4.5实验现象
14.4.6任意指定存储单元读写程序设计
14.5实验任务
14.6思考题
第15章串行接口
15.1串行通信协议简介
15.1.1UART串行通信协议
15.1.2SPI串行通信协议
15.1.3Quad SPI协议
15.2串行通信接口IP核原理
15.2.1Uartlite IP核
15.2.2Quad SPI IP核
15.3串行通信IP核配置
15.3.1Uartlite IP核配置
15.3.2Quad SPI IP核配置
15.4SPI接口外设
15.4.1DA模块
15.4.2AD模块
15.5IP核API函数
15.5.1Uartlite API函数
15.5.2Quad SPI API函数
15.6实验示例
15.6.1UART通信
15.6.2SPI接口DA转换
15.6.3SPI接口AD转换
15.7实验任务
15.8思考题
第16章DMA技术
16.1DMA控制器简介
16.1.1CDMA IP核基本结构
16.1.2CDMA IP核寄存器
16.1.3CDMA IP核简单DMA传输流程
16.2实验示例
16.2.1实验要求
16.2.2硬件电路原理框图
16.2.3硬件平台
16.2.4存储器到存储器DMA传输控制程序
16.2.5存储器到IO接口数据传输控制程序
16.2.6IO接口到存储器DMA数据传输控制程序
16.2.7实验现象
16.3实验任务
16.4思考题
第17章自定义AXI总线从设备接口IP核
17.1AXI总线从设备IP核创建流程和代码框架
17.1.1AXI总线从设备IP核创建流程
17.1.2自定义IP核代码框架
17.2自定义AXI总线简单并行IO接口IP核实验示例
17.2.1实验要求
17.2.2并行接口IP核设计
17.2.3并行接口IP核测试嵌入式系统
17.3自定义AXI总线UART串行接口IP核实验示例
17.3.1实验要求
17.3.2实验条件
17.3.3UART串行接口IP核设计
17.3.4UART IP核测试嵌入式系统
17.4自定义AXI总线语音输入/输出接口IP核实验示例
17.4.1实验要求
17.4.2实验条件
17.4.3PDM语音输入IP核设计
17.4.4PWM语音输出IP核设计
17.4.5语音输入/输出IP核测试嵌入式系统
17.5实验任务
17.6思考题
第18章VGA显示接口
18.1VGA接口控制器TFT IP核
18.1.1工作原理
18.1.2TFT IP核配置
18.1.3TFT IP核API函数
18.2VGA接口嵌入式系统
18.3实验示例
18.3.1实验要求
18.3.2硬件平台搭建
18.3.3IO读写函数输出图形程序示例
18.3.4API函数输出字符程序示例
18.3.5IO读写函数输出图像程序示例
18.3.6实验现象
18.4实验任务
18.5思考题
第19章传感器
19.1温度传感器ADT7420
19.1.1ADT7420结构
19.1.2ADT7420寄存器
19.1.3ADT7420写入数据时序
19.1.4ADT7420读取数据时序
19.1.5复位流程
19.1.6INT和CT输出
19.2加速度传感器ADXL362
19.2.1ADXL362基本结构
19.2.2ADXL362寄存器
19.2.3ADXL362 SPI接口命令
19.2.4配置流程
19.3AXI IIC IP核
19.3.1AXI IIC IP核基本结构
19.3.2AXI IIC IP核寄存器
19.3.3数据传输控制流程
19.4XADC IP核
19.4.1XADC IP核基本结构
19.4.2XADC IP核寄存器
19.4.3外部模拟信号输入电路
19.5温度和加速度测量实验示例
19.5.1实验要求
19.5.2电路原理框图
19.5.3硬件平台搭建
19.5.4IO读写函数温度监测程序示例
19.5.5IO读写函数加速度监测程序示例
19.5.6实验现象
19.6XADC 4路AD转换实验示例
19.6.1实验要求
19.6.2电路原理框图
19.6.3硬件平台搭建
19.6.4API函数XADC控制程序示例
19.6.5实验现象
19.7实验任务
19.8思考题
附录
附录ANexys4 DDR实验板简介
A.1Nexys4 DDR实验板整体布局
A.2电源模块
A.3FPGA编程模式
A.4存储器
A.5100/10Mbps以太网接口
A.6USB转UART接口
A.7USB HID host接口
A.8VGA接口
A.9基本IO接口
A.10PMOD接口
A.11Micro SD卡插槽
A.12温度传感器
A.13加速度传感器
A.14数字语音输入
A.15单声道数字语音输出
附录BNexys4 DDR实验板Vivado引脚约束文件
附录CNexys4实验板简介
C.1Nexys4实验板整体布局
C.2Nexys4存储器
附录DNexys4实验板Vivado引脚约束文件
附录ENexys4和Nexys4 DDR实验板描述文件安装
附录FNexys4 DDR实验板外设接口电路原理图
附录GNexys4实验板外设接口电路原理图
附录H以太网接口Echo Server工程示例
H.1搭建具有以太网的嵌入式系统硬件平台
H.2TCP/IP Server例程
H.3实验现象
附录I实验报告要求
附录J实验报告范例——MIPS汇编程序设计
