自己動手寫CPU

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。

章節說明: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。