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自己動手寫CPU
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出版社: |
碁峰資訊
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| 出版日期: |
2015/06 |
| 頁數: |
656 |
| 尺寸: |
17x23 |
| ISBN: |
9789863476429 |
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商品簡介 |
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VerilogHDL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、VerilogHDL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。
序
自1971年世界上第一款單晶片微處理器4004誕生已逾40多年，使用“日新月異”來形容這40多年處理器的發展變化亦不爲過，無論是速度、整合度，還是架構等釵h方面都有了前人難以想像的變化。不過可惜的是，處理器設計製造一直都是高科技行業，輕易無法涉足。大多數人對處理器的直觀印象就是一個銀白色的小晶片，有釵h接腳，至於裡面是如何工作的，則不甚瞭解，更不用說自己製作處理器了。
幸運的是，在處理器發展的同時，可程式設計邏輯裝置也在持續發展。可程式設計邏輯裝置不僅是技術的革新，也帶來了觀念的革新、設計流程的革新。如今透過編寫程式碼可以在可程式設計邏輯裝置上實現十分複雜的電路設計，比如處理器。於是，普羅大衆也能有機會瞭解處理器內部的實現原理，甚至參與處理器的設計、研發。
實際上，目前已經有很多可以下載到可程式設計邏輯裝置上執行的處理器，這些處理器稱爲軟核心處理器，例如：NiosII、OR1200、LEON3、OpenSparc等，這些軟核心處理器有的是開源的，有的不是開源的。筆者在前期深入嬝炊F幾款開源軟核心處理器的程式碼，包括：OC8051、OR1200、LEON3。其中，OC8051是OpenCores提供的一款8位元兩階管線處理器，與Intel8051相容，是CISC（ComplexInstructionSetComputer）類型，採用VerilogHDL編寫程式碼。OR1200是OpenCores提供的一款32位元五階管線處理器，是RISC（ReducedInstructionSetComputer）類型，也採用Verilg程式碼。LEON3是由GaislerResearch公司設計發布的一款32位元七階管線處理器，也是RISC類型，但採用的是VHDL編寫程式碼。
透過嬝炊W述開源軟核心處理器的程式碼，一方面消除了筆者對處理器的神秘印象，另一方面也激發了筆者強烈的創作衝動，陸游曾言：紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。是啊！爲何不自己也寫入一個處理器？於是世間又多了一款開源處理器OpenMIPS。OpenMIPS是具有哈佛架構的32位元五階管線純量處理器，相容MIPS32架構，這樣可以使用現有的MIPS編譯開發環境。它分爲教學版和實踐版兩個版本，每個版本都使用VHDL和VerilogHDL兩種語言編寫。
本書以VerilogHDL編寫的版本爲例，詳細介紹了OpenMIPS從無到有、從小到大、一步一步成長完善的過程。
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VerilogHDL
介紹了FPGA、VerilogHDL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... |
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