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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