CPU自制入门

第1章　CPU的设计与实现1

1.1 序2

1.2 计算机系统4

1.2.1 　什么是计算机4

1.2.2 　什么是CPU5

第1章　CPU的设计与实现1

1.1 序2

1.2 计算机系统4

1.2.1 　什么是计算机4

1.2.2 　什么是CPU5

专栏 　CPU的位宽8

1.2.3 　什么是内存8

1.2.4 　什么是I/O9

专栏 　字节序10

1.2.5 　什么是总线12

专栏 　总线的优缺点14

1.2.6 　小结14

专栏 　计算机相关书籍14

1.3 数字电路基础15

1.3.1 　什么是数字电路15

1.3.2 　数值表达15

1.3.3 　有符号二进制数16

专栏 　比特和字节17

专栏 　1K字节有多大17

1.3.4 　MOSFET的结构17

1.3.5 　逻辑运算19

1.3.6 　CMOS基本逻辑门电路20

1.3.7 　存储元件21

专栏 　建立时间与保持时间24

1.3.8 　组合电路和时序电路25

1.3.9 　时钟同步设计25

1.3.10 　小结25

专栏 　数字电路相关书籍25

1.4 Verilog HDL语言26

1.4.1 　什么是Verilog HDL26

1.4.2 　电路描述27

专栏 　默认网络类型32

专栏 　组合电路描述中锁存器的推定与Don’t care37

专栏 　正逻辑与负逻辑42

1.4.3 　电路仿真43

专栏 　同步电路中信号变化的时序45

1.4.4 　Verilog HDL的仿真环境50

1.4.5 　小结56

专栏 　Verilog HDL相关书籍56

1.5 系统蓝图57

1.5.1 　目标系统整体介绍57

1.5.2 　关于本章中的代码58

专栏 　字编址与字节位移62

1.6 总线的设计与实现63

1.6.1 　总线的设计63

1.6.2 　总线的实现66

1.6.3 　小结78

1.7 存储器的设计与实现79

1.7.1 　FPGA的RAM区域79

1.7.2 　ROM的设计与实现81

1.7.3 　小结83

专栏 　存储器相关书籍83

1.8 AZ Processor的设计与实现84

1.8.1 　关于CPU84

专栏 　CPI和MIPS值93

1.8.2 　AZ Processor的设计93

专栏 　指令集架构与微架构105

1.8.3 　AZ Processor的实现106

1.8.4 　小结159

专栏 　计算机架构相关书籍159

1.9 I/O的设计与实现162

1.9.1 　定时器162

1.9.2 　UART167

专栏 　UART实例168

1.9.3 　GPIO181

1.9.4 　小结188

专栏 　I/O相关书籍188

1.10 AZPR 　SoC整体连接189

1.10.1 　各模块的连接189

1.10.2 　时钟模块的实现191

1.10.3 　顶层模块的实现193

1.10.4 　小结193

1.11 AZPR SoC的仿真194

1.11.1 　仿真模型的编写194

1.11.2 　Testbench的编写197

1.11.3 　执行仿真200

1.11.4 　小结201

1.12 本章总结202

第2章 电路板的设计与制作203

2.1 序204

2.2 电路板规格206

2.2.1 　电路板名称206

2.2.2 　电路板的构成206

2.2.3 　电路板尺寸206

2.2.4 　电路板层数207

2.2.5 　FPGA选型207

2.2.6 　外围电路的选定208

专栏 　关于FPGA209

专栏 　关于JTAG211

2.3 元件选型212

2.3.1 　元件选型标准212

2.3.2 　元件选型212

2.3.3 　元件的选购218

2.4 电路设计221

2.4.1 　下载规格书222

2.4.2 　配置电路223

2.4.3 　外围电路228

2.4.4 　电源电路232

2.4.5 　电路板设计环境234

2.4.6 　使用Eagle设计电路图236

专栏 　关于ULP241

专栏 　Eagle使用方法相关的书籍/说明书241

2.4.7 　完成的电路图241

2.5 布局设计247

2.5.1 　电路板设计约束条件及布线策略247

2.5.2 　FPGA板的布局设计248

2.5.3 　电源板的布局设计252

2.5.4 　使用Eagle布局254

2.5.5 　完成的布局259

2.6 制作元件库261

2.6.1 　制作Symbol261

2.6.2 　制作Package263

2.6.3 　制作Device264

2.7 电路板3D模型269

2.7.1 　软件使用说明269

2.7.2 　准备3D模型库271

专栏 　关于3D模型库的管理278

2.7.3 　制作电路板模型279

2.8 制作感光板电路板280

2.8.1 　整体流程280

2.8.2 　制作光罩282

2.8.3 　粘合光罩284

2.8.4 　曝光285

2.8.5 　显像288

2.8.6 　蚀刻289

2.8.7 　阻焊剂291

2.8.8 　开孔296

2.8.9 　在背面安装VPort接头时的处理298

2.8.10 　制作通孔299

2.8.11 　飞线300

2.9 使用电路板制造服务302

2.9.1 　电路板制造服务302

2.9.2 　DRC302

2.9.3 　输出Gerber数据305

2.9.4 　检查Gerber数据306

专栏 　执行DFM检查的方法309

专栏 　阻焊层遮罩的印刷设置312

2.9.5 　向P板.com公司下单制板312

专栏 　拼板数据的准备314

2.9.6 　向OLIMEX公司下单制板318

2.10 组装电路板321

2.10.1 　电源板321

2.10.2 　组装FPGA板321

2.11 功能测试323

2.11.1 　识别FPGA323

2.11.2 　诊断程序323

2.12 本章总结326

第3章 编程327

3.1 序328

3.2 开发环境329

3.2.1 　准备工作329

3.2.2 　FPGA开发环境330

3.2.3 　ISE WebPACK331

3.2.4 　UrJTAG359

专栏 　cblsrv-0.1_ft2232370

3.2.5 　交叉汇编程序370

3.2.6 　第一个程序376

3.3 串口通信381

3.3.1 　安装Tera 　Term381

3.3.2 　编写程序382

专栏 　子程序388

专栏 　ASCII码389

3.3.3 　执行程序390

3.4 程序加载器391

3.4.1 　XMODEM协议391

3.4.2 　编写程序393

3.4.3 　编写加载测试程序402

3.4.4 　执行程序403

3.5 中断与异常406

3.5.1 　什么是中断406

3.5.2 　编写程序410

3.5.3 　执行程序414

3.5.4 　什么是异常415

3.5.5 　编写程序415

3.5.6 　执行程序419

3.6 七段数码管420

3.6.1 　什么是七段数码管420

3.6.2 　七段数码管的控制420

3.6.3 　七段数码管计数器概要422

3.6.4 　编写程序423

3.6.5 　执行程序428

3.7 制作一个实用程序429

3.7.1 　功能概要429

3.7.2 　制作程序433

3.7.3 　执行程序446

3.8 结语447

谢辞448

后记449

版权声明450

本节将介绍计算机系统的构成要素及其功能。 什么是计算机 计算机是根据程序进行运算和数据处理的计算机器。近年来，随着PC（Personal Computer，个人电脑）在普通家庭中的广泛普及，计算机对我们的生活产生了深远的影响。如今，不仅是PC，与我们生活息息相关的手机、家电等也广泛应用了计算机。 通常，计算机由以下几部分组成：负责计算和处理数据的CPU、负责存储程序和数据的存储器，以及和外部...

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