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高等學校電子信息類專業系列教材計算機組成原理與接口技術/左冬紅/基于MIPS架構實驗教程(第2版) 版權信息
- ISBN:9787302512622
- 條形碼:9787302512622 ; 978-7-302-51262-2
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數:暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>>
高等學校電子信息類專業系列教材計算機組成原理與接口技術/左冬紅/基于MIPS架構實驗教程(第2版) 本書特色
配套資源如下: 配套理論教材為《計算機組成原理與接口技術——基于MIPS架構》(清華大學出版社)。 配套實驗源代碼及教學課件(PPT),下載地址為清華大學出版社網站本書頁面。 本書特色如下: 匯編語言程序設計 采用MIPS虛擬機,方便讀者在沒有硬件平臺的環境下進行MIPS匯編程序設計實踐。 原型計算機系統設計 硬件設計采用Verilog硬件描述語言,軟件設計采用匯編語言,強化軟件與硬件之間的聯系,加深對計算機組成原理的認識。 嵌入式計算機系統設計 基于MicroBlaze軟核微處理器,采用模塊化的IP軟核為主要手段實現計算機系統硬件設計;基于Standalone BSP,采用C語言為手段實現計算機系統軟件設計。 接口設計實例多樣化 不僅列舉了各類常見的并行接口設計實例,還給出了各類常見于嵌入式系統的串行接口設計實例及人機接口設計實例。 驗證性實驗與設計性實驗相結合 驗證性實驗幫助讀者深刻理解計算機組成原理,設計性實驗協助讀者進行計算機組成的創新性設計和實踐。 *新的實驗平臺:采用Xilinx Artix7系列FPGA實驗板Nexys4 DDR以及Vivado開發套件。 教育部高等學校電子信息類專業教學指導委員會規劃教材!教育部產學合作育人DIGILENT支持項目教材!華中科技大學課程改革建設教材!配套教學課件!
高等學校電子信息類專業系列教材計算機組成原理與接口技術/左冬紅/基于MIPS架構實驗教程(第2版) 內容簡介
本書配合《計算機組成原理與接口技術——基于MIPS架構》一書而編寫,特點是以實驗為主,在簡要介紹基本原理的基礎上,詳細地闡述了各個實驗設計、實現等具體過程。本書實驗內容分為三部分:MIPS匯編程序設計、基于FPGA的原型計算機系統設計以及基于IP核的嵌入式計算機系統設計。本書介紹了MIPS模擬器QtSpim、Mars,Xilinx FPGA開發套件Vivado、SDK等開發工具的使用,并通過一個個具體實驗案例,幫助讀者在掌握基本原理的基礎上,動手實踐計算機軟硬件接口技術。同時,本書還在各類實驗案例基礎上設置了不同難易程度的實驗任務及思考題,可以滿足不同層次的學習需求。
高等學校電子信息類專業系列教材計算機組成原理與接口技術/左冬紅/基于MIPS架構實驗教程(第2版) 目錄
第1篇MIPS匯編程序設計
第1章QtSpim匯編程序開發環境
1.1QtSpim簡介
1.2QtSpim菜單欄簡介
1.2.1File菜單
1.2.2Simulator菜單
1.2.3其余菜單
1.3QtSpim匯編、調試程序示例
1.3.1QtSpim用戶程序入口
1.3.2QtSpim匯編查錯
1.3.3QtSpim查看程序存儲映像
1.3.4QtSpim調試查錯
第2章MARS匯編程序開發環境
2.1MARS界面簡介
2.2MARS菜單欄簡介
2.2.1File菜單
2.2.2Run菜單
2.2.3Settings菜單
2.3MARS匯編、調試程序
2.3.1匯編語言源程序編輯
2.3.2匯編器
2.3.3查看程序存儲映像
2.3.4運行程序
第3章MIPS匯編語言
3.1MIPS匯編程序結構
3.2系統功能調用
3.3偽指令
3.4常用宏匯編指令
第4章MIPS匯編語言程序示例
4.1常用C語句匯編指令實現示例
4.1.1if語句
4.1.2while語句
4.1.3for語句
4.1.4switch語句
4.2子程序設計示例
4.2.1子程序結構
4.2.2遞歸子程序設計
4.3MIPS匯編語言程序設計實驗任務
4.4思考題
第2篇基于FPGA的原型計算機系統設計
第5章Vivado開發工具簡介
5.1FPGA設計流程簡介
5.2EDA工具Vivado簡介
第6章單周期類MIPS微處理器實驗
6.1簡單指令集MIPS微處理器設計
6.1.1MIPS微處理器數據通路
6.1.2MIPS微處理器控制器
6.2簡單指令集MIPS微處理器各模塊實現方案
6.2.1存儲器
6.2.2寄存器文件
6.2.3運算電路
6.2.4多路復用器
6.2.5位寬擴展
6.2.6控制器
6.3MIPS微處理器實驗實現過程示例
6.3.1實驗環境
6.3.2創建工程
6.3.3基于IP核新建存儲器模塊
6.3.4Verilog語言描述其余模塊
6.3.5模塊功能仿真
6.3.6頂層模塊
6.3.7RTL分析
6.3.8引腳約束
6.3.9整體仿真
6.3.10MIPS微處理器綜合
6.3.11debug IP核插入
6.3.12MIPS微處理器實現
6.3.13下載編程及測試
6.4實驗任務
6.5思考題
第7章存儲器映像IO接口設計
7.1存儲器映像IO接口原理
7.2存儲器映像IO接口實現方案
7.3實驗示例
7.3.1實驗設備簡介
7.3.2新建項目并添加原有代碼
7.3.3新建IO接口模塊Verilog代碼
7.3.4IO接口模塊仿真
7.3.5IO接口模塊集成
7.3.6匯編源程序示例
7.3.7輸入/輸出設備引腳約束
7.3.8下載編程測試
7.4實驗任務
7.5思考題
第8章VGA接口設計
8.1VGA接口顯示原理
8.1.1VGA接口時序
8.1.2VGA顯示控制器
8.2VGA控制器實現
8.2.1顯示存儲器
8.2.2計數器
8.2.3控制邏輯
8.2.4顯示存儲器地址產生
8.2.5視頻數據復用器
8.2.6像素時鐘產生
8.3實驗示例
8.3.1實驗要求
8.3.2實驗板VGA接口簡介
8.3.3創建工程并添加已有設計代碼
8.3.4顯示存儲器模塊
8.3.5計數器模塊
8.3.6控制邏輯模塊
8.3.7顯示存儲器地址產生模塊
8.3.8VGA控制器模塊
8.3.9像素時鐘產生模塊
8.3.10修改IO接口模塊
8.3.11頂層模塊集成
8.3.12匯編控制程序
8.3.13整體功能仿真
8.3.14下載編程測試
8.4實驗任務
8.5思考題
第3篇基于IP核的嵌入式計算機系統軟硬件設計
第9章MicroBlaze嵌入式系統平臺
9.1MicroBlaze軟核微處理器
9.1.1MicroBlaze基本結構
9.1.2MicroBlaze中斷系統
9.1.3MicroBlaze總線結構
9.2standalone操作系統
第10章嵌入式*小系統建立流程
10.1嵌入式*小系統硬件構成
10.2*小系統硬件平臺搭建
10.3SDK Hello World程序設計
10.4下載編程測試
10.5實驗任務
10.6思考題
第11章C語言數據類型
11.1C語言常見數據類型
11.2實驗示例
11.2.1C語言數據類型測試工程
11.2.2C語言數據類型程序調試
11.3實驗任務
11.4思考題
第12章程序控制并行IO接口
12.1并行輸入/輸出設備
12.2GPIO IP核工作原理
12.3并行接口電路原理框圖
12.4GPIO IP核配置
12.4.1添加GPIO IP核
12.4.2GPIO IP核屬性配置
12.4.3并行外設GPIO IP核配置示例
12.4.4GPIO API函數簡介
12.5Xilinx C IO讀寫函數
12.6實驗示例
12.6.1實驗要求
12.6.2電路原理框圖
12.6.3硬件平臺搭建
12.6.4接口軟件開發
12.6.5IO讀寫函數程序代碼
12.6.6API函數程序代碼
12.6.7實驗現象
12.7實驗任務
12.8思考題
第13章中斷方式并行接口
13.1中斷系統相關IP核
13.1.1AXI INTC中斷控制器
13.1.2AXI Timer定時計數器
13.2中斷相關IP核配置
13.2.1中斷控制器配置
13.2.2GPIO IP核中斷配置
13.2.3定時計數器配置
13.3IP核API函數
13.3.1中斷控制器API函數
13.3.2定時計數器API函數
13.4中斷程序設計
13.4.1總中斷服務程序
13.4.2中斷程序構成
13.5實驗示例
13.5.1實驗要求
13.5.2硬件電路原理框圖
13.5.3硬件平臺建立
13.5.4軟件設計
13.5.5IO讀寫函數程序代碼
13.5.6API函數程序代碼
13.5.7實現現象
13.6實驗任務
13.7思考題
第14章并行存儲器接口
14.1并行RAM存儲芯片
14.1.1異步SRAM存儲芯片
14.1.2DDR2 SDRAM存儲芯片
14.2存儲器接口IP核
14.2.1AXI外部存儲控制器EMC
14.2.2存儲器接口生成器IP核MIG
14.3異步SRAM實驗示例
14.3.1實驗要求
14.3.2電路原理框圖
14.3.3硬件平臺搭建
14.3.4SRAM存儲器讀寫測試軟件
14.3.5實驗現象
14.3.6任意指定存儲單元讀寫程序設計
14.4DDR2 SDRAM實驗示例
14.4.1實驗要求
14.4.2電路原理框圖
14.4.3硬件平臺搭建
14.4.4DDR2 SDRAM存儲器讀寫測試軟件
14.4.5實驗現象
14.4.6任意指定存儲單元讀寫程序設計
14.5實驗任務
14.6思考題
第15章串行接口
15.1串行通信協議簡介
15.1.1UART串行通信協議
15.1.2SPI串行通信協議
15.1.3Quad SPI協議
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接口外設
15.4.1DA模塊
15.4.2AD模塊
15.5IP核API函數
15.5.1Uartlite API函數
15.5.2Quad SPI API函數
15.6實驗示例
15.6.1UART通信
15.6.2SPI接口DA轉換
15.6.3SPI接口AD轉換
15.7實驗任務
15.8思考題
第16章DMA技術
16.1DMA控制器簡介
16.1.1CDMA IP核基本結構
16.1.2CDMA IP核寄存器
16.1.3CDMA IP核簡單DMA傳輸流程
16.2實驗示例
16.2.1實驗要求
16.2.2硬件電路原理框圖
16.2.3硬件平臺
16.2.4存儲器到存儲器DMA傳輸控制程序
16.2.5存儲器到IO接口數據傳輸控制程序
16.2.6IO接口到存儲器DMA數據傳輸控制程序
16.2.7實驗現象
16.3實驗任務
16.4思考題
第17章自定義AXI總線從設備接口IP核
17.1AXI總線從設備IP核創建流程和代碼框架
17.1.1AXI總線從設備IP核創建流程
17.1.2自定義IP核代碼框架
17.2自定義AXI總線簡單并行IO接口IP核實驗示例
17.2.1實驗要求
17.2.2并行接口IP核設計
17.2.3并行接口IP核測試嵌入式系統
17.3自定義AXI總線UART串行接口IP核實驗示例
17.3.1實驗要求
17.3.2實驗條件
17.3.3UART串行接口IP核設計
17.3.4UART IP核測試嵌入式系統
17.4自定義AXI總線語音輸入/輸出接口IP核實驗示例
17.4.1實驗要求
17.4.2實驗條件
17.4.3PDM語音輸入IP核設計
17.4.4PWM語音輸出IP核設計
17.4.5語音輸入/輸出IP核測試嵌入式系統
17.5實驗任務
17.6思考題
第18章VGA顯示接口
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函數
18.2VGA接口嵌入式系統
18.3實驗示例
18.3.1實驗要求
18.3.2硬件平臺搭建
18.3.3IO讀寫函數輸出圖形程序示例
18.3.4API函數輸出字符程序示例
18.3.5IO讀寫函數輸出圖像程序示例
18.3.6實驗現象
18.4實驗任務
18.5思考題
第19章傳感器
19.1溫度傳感器ADT7420
19.1.1ADT7420結構
19.1.2ADT7420寄存器
19.1.3ADT7420寫入數據時序
19.1.4ADT7420讀取數據時序
19.1.5復位流程
19.1.6INT和CT輸出
19.2加速度傳感器ADXL362
19.2.1ADXL362基本結構
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核基本結構
19.3.2AXI IIC IP核寄存器
19.3.3數據傳輸控制流程
19.4XADC IP核
19.4.1XADC IP核基本結構
19.4.2XADC IP核寄存器
19.4.3外部模擬信號輸入電路
19.5溫度和加速度測量實驗示例
19.5.1實驗要求
19.5.2電路原理框圖
19.5.3硬件平臺搭建
19.5.4IO讀寫函數溫度監測程序示例
19.5.5IO讀寫函數加速度監測程序示例
19.5.6實驗現象
19.6XADC 4路AD轉換實驗示例
19.6.1實驗要求
19.6.2電路原理框圖
19.6.3硬件平臺搭建
19.6.4API函數XADC控制程序示例
19.6.5實驗現象
19.7實驗任務
19.8思考題
附錄
附錄ANexys4 DDR實驗板簡介
A.1Nexys4 DDR實驗板整體布局
A.2電源模塊
A.3FPGA編程模式
A.4存儲器
A.5100/10Mbps以太網接口
A.6USB轉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溫度傳感器
A.13加速度傳感器
A.14數字語音輸入
A.15單聲道數字語音輸出
附錄BNexys4 DDR實驗板Vivado引腳約束文件
附錄CNexys4實驗板簡介
C.1Nexys4實驗板整體布局
C.2Nexys4存儲器
附錄DNexys4實驗板Vivado引腳約束文件
附錄ENexys4和Nexys4 DDR實驗板描述文件安裝
附錄FNexys4 DDR實驗板外設接口電路原理圖
附錄GNexys4實驗板外設接口電路原理圖
附錄H以太網接口Echo Server工程示例
H.1搭建具有以太網的嵌入式系統硬件平臺
H.2TCP/IP Server例程
H.3實驗現象
附錄I實驗報告要求
附錄J實驗報告范例——MIPS匯編程序設計
高等學校電子信息類專業系列教材計算機組成原理與接口技術/左冬紅/基于MIPS架構實驗教程(第2版) 節選
第3章 CHAPTER 3 MIPS匯編語言 3.1MIPS匯編程序結構 MIPS匯編程序一般定義兩個段,即數據段和代碼段,并以空白行表示匯編程序的結束,如圖31所示。main表示代碼段程序入口地址,且聲明為全局標號,可以被SPIM內核調用! ≡摮绦虻墓δ転榻邮沼脩糨斎氲臄祿﨨,計算1~N的序列和,并顯示結果。且循環執行,直到用戶輸入0。運行結果如圖32所示。 圖31MIPS匯編語言程序結構 圖32運行結果 3.2系統功能調用 系統功能調用實質是產生軟件異常,內核代碼根據產生的異常功能號進行相應處理。表31列舉了SPIM常用系統功能調用。 表31常用系統功能調用 功 能 描 述功能號($v0)輸 入 參 數輸 出 參 數 顯示整數1$a0: 整數值 顯示字符串直到字符串結束符04$a0: 字符串首地址 讀入整數5$v0: 輸入的整數值 讀入字符串8$a0: 內存空間首地址 $a1: 內存空間長度 退出10 系統功能調用使用步驟為: (1) 將功能號保存到$v0中! 。2) 配置好輸入參數! 。3) 運行syscall指令! 。4) 處理輸出參數! ±3.1采用系統功能調用顯示$t0中的十進制數,編寫程序段! 〕绦蚨稳鐖D33所示! ±3.2采用系統功能調用讀入十進制數并判斷是否小于等于0,若不小于等于0則將$t0置為0,編寫程序段。 程序段如圖34所示! D33十進制輸出程序段 圖34十進制數輸入程序段 值得注意的是,系統功能調用整數輸入/輸出都是十進制形式,而且不判斷輸入數據是否合法。如果要以二進制、十六進制形式輸入/輸出整數,則需要通過以下兩個步驟: (1) 字符串輸入、輸出! (2) 字符串、數值互換! 【唧w實現可參考后續例程。 ……
高等學校電子信息類專業系列教材計算機組成原理與接口技術/左冬紅/基于MIPS架構實驗教程(第2版) 作者簡介
左冬紅 博士,華中科技大學湖北省智能互聯網技術重點實驗室現代網絡通信技術研究室教師。主要研究領域為無線網絡技術、流媒體分發技術、嵌入式家庭媒體網關設備等。歷年承擔“微機原理與接口技術”、“數字電子技術”等課程的教學工作,多次承擔華中科技大學“微機原理與接口技術”課程相關的教學改革研究項目,并于2013年承擔了湖北省教學改革研究項目——“微處理器與接口技術課程建設”。發表與微機原理及接口技術相關的教學改革研究論文多篇。
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