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兼容ARM9的软核处理器设计:基于FPGA

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  • 日期: 2017-01-19
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标签: 软核处理器

软核处理器

李新兵  著/2012年4月出版

第一章:  数字电路设计模型

本章主要讲述数字电路设计的基本模型。在进行数字电路设计之前,必须建立一个数字电路模型。这个建模的过程,就是在心中建立一个电路的基本轮廓。在了解了数字电路的基本单元后,运用它们构建大致模型。

1.            最初的模型——带有输入输出的模块

2.            组合逻辑

3.            时序逻辑

4.            同步电路

5.            同步电路时序路径

6.            RTL描述

7.            综合生成电路

第二章:Verilog  RTL编程

本章讲述如何使用Verilog进行RTL编程,讲述如何使用Verilog精炼的进行RTL描述。在对Verilog的描述方法进行了基本归类后,总结了进行RTL设计的基本流程,并在最后,使用一个简单的UART串口设计实例来启发读者完成RTL设计。

1.            Verilog语言与RTL描述

2.            Verilog描述语句对应电路

3.            如何进行RTL设计

4.            RTL设计要点

5.            UART串口通讯设计实例

第三章:Modelsim仿真

本章讲述如何使用Modelsim对Verilog  RTL设计进行仿真验证。验证是设计中重要的一步,Modelsim是最流行的仿真工具,使用Modelsim建立一个测试环境可以对RTL设计进行各种级别的验证测试。

1.            仿真的意义

2.            testbench文件

3.            Modelsim仿真工具使用

4.            UART串口仿真实例

第四章:FPGA开发板原型验证

本章主要讲述如何使用FPGA开发板对设计进行原型验证。FPGA开发板作为数字设计运行的实体,具有实践出真理的价值。掌握FPGA开发板对设计进行验证,对于设计者无比重要。

1.            FPGA内部结构

2.            FPGA开发板

3.            FPGA设计开发流程

4.            FPGA设计内部单元

5.            UART设计在Altera  FPGA的下载执行

6.            UART设计在Xilinx  FPGA的下载执行

第五章:ARM9微处理器编程模型

本章主要对ARM9处理器架构进行介绍,使读者对ARMv4这一套运行在众多智能手机上的流行架构有个切实的了解。本章从建立微处理器的基本模型开始,从实现的角度对ARMv4架构的方方面面进行了探讨。在总结出了7种中断和20条指令后,对于下一章执行做了全面的总结和铺垫。

1.            ARM公司历史

2.            ARM处理器架构

3.            微处理器基本模型

4.            ARMv4架构模式

5.            ARMv4架构内部寄存器

6.            ARMv4架构的异常中断

7.            ARMv4的架构支持的ARM指令集

8.            ARM指令与中断分析

第六章:兼容ARM9微处理器Verilog  RTL设计

本章是本书的核心。讲述了如何在不到1800行的verilog程序里,去实现上一章总结的ARMv4的架构。从现在经典的三级流水线和五级流水线开,对如何有效的实现处理器描述做了全面展开。以此为基础,逐步对兼容ARM9微处理器进行剖析,让读者从处理器内核的实现过程中,学习到Verilog  RTL设计的各种技巧。

1.            确定RTL设计的输入输出端口

2.            经典的三级流水线架构

3.            经典的五级流水线架构

4.            三级流水线改进架构

5.            适于兼容ARM9微处理器的三级架构

6.            影响流水线架构执行的四种状况

7.            第一级:取指阶段的Verilog  RTL实现

8.            第二级:乘法运算阶段的Verilog  RTL实现

9.            第三级:加法运算阶段的Verilog  RTL实现

10.            寄存器组的写入

11.            CPSR/SPSR的写入

12.            数据池的读写

13.            第四级:读操作数据的回写

第七章:Hello  world--兼容ARM9处理器内核运行的第一个程序

本章介绍简单的ROM  code生成流程,并让它在兼容ARM9处理器内核上运行。KEIL是嵌入式开发中流行的工具,它的后续RealView  MDK也因为它良好的特性受到嵌入式设计工程师的欢迎。本章帮助读者编写简单的printf("Hello  world")打印程序,以此为契机,建立简单的SoC设计工程。

1.            基于FPGA的SoC设计流程

2.            使用RealView  MDK编译Hello  World程序

3.            Modelsim仿真输出Hello  World

4.            建立Hello  World的FPGA设计工程

第八章:Dhrystone  Benchmark--兼容ARM9处理器内核性能测试

Dhrystone  Benchmark是为各种嵌入式内核测试“体质”的代码。本章结合ARM公司给出的优化方法,使用RealView  MDK对Dhrystone  2.1代码进行编译。然后使用Modelsim进行仿真,并用FPGA开发板结合串口,打印出真实的测试结果。

1.            Dhrystone  2.1介绍

2.            移植Dhrystone  2.1进行编译

3.            Modelsim仿真运行Dhrystone  Benchmark

4.            在线可编程的FPGA  SoC设计工程

5.            Dhrystone  Benchmark在开发板中运行

第九章:ucLinux仿真--结合Skyeye,启动不带MMU的操作系统

Skyeye是ARM9处理器的软件模拟器,通过它解析ucLinux内核,可以在软件平台上运行嵌入式软件。本章建立了Modelsim的仿真环境,加载同样的ucLinux内核,可以打印出同Skyeye一样的启动信息。在这个过程中,用户可以通过查看波形,从RTL设计工程师的角度解析嵌入式操作系统。

1.            ARM7TDMI-S处理器内核

2.            以ARM7TDMI为核心的单片机

3.            uClinux嵌入式操作系统

4.            SkyEye硬件模拟平台

5.            Modelsim下仿真uClinux启动过程

第十章:Linux  OS--结合mini2440开发板,启动带MMU的嵌入式操作系统

Mini2440  ARM9开发板是一种流行的嵌入式开发工具。本章从开发板中得到含有操作系统及文件系统的NAND  flash的镜像,然后在Modelsim下建立testbench环境,从该镜像中读出bootloader的第一条指令开始,一步步的启动Linux操作系统。这个过程涉及到带MMU功能模块的处理器的工作机理,读者在本章中可以了解到Linux操作系统的硬件工作环境。

1.            ARM920T处理器内核

2.            S3C2440A  32-bit微控制器

3.            Mini2440  ARM9开发板

4.            NAND  flash仿真模型

5.            为兼容ARM9处理器内核增加协处理器指令

6.            建立仿真Linux操作系统的testbench

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评论

yanyieric
还大学时代的一个遗憾
2020-02-11 15:48:48回复
安an
感谢楼主
2019-12-16 19:05:06回复
my_world_123
顶一个,谢楼主分享!
2019-12-04 21:48:16回复
maskBsee
感谢楼主分享,这个书很好.
2019-10-12 09:47:50回复
rongzhai
这本书真心不错
2019-07-16 14:48:42回复
PeriodicLaw
介绍arm处理器编写的好书!感谢分享
2019-06-30 12:48:30回复
我心明月
感谢分享,赞楼主~
2019-02-13 11:06:25回复
201345040106
是fpga嵌入式的好读物
2018-12-25 19:56:05回复
jyjy11
很好的资料。
2018-11-08 17:37:02回复
吴涛雨
还不错!值得读!实用性比较强,如果带开源的总线就好了!
2018-10-22 20:03:52回复
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