CPU自制入门

一直以来CPU内部是绝大多数IT工程师难以触及的领域。纵使学习过计算机架构相关课程,自己动手实现CPU也始终遥不可及,因为这涉及计算机系统的最底层——芯片设计。而近年来FPGA芯片产品的发展与普及打破了这一阻碍,利用内部电路可重编程的FPGA,我们几乎可以实现任何逻辑电路,自然也包括CPU。 本书就是在这样一个背景下孕育而生的。本书利用FPGA,为读者开启了一个崭新的自制CPU的世界。全书分为3章,分别介绍计算机系统最底层的3个部分:CPU设计制作、电路板设计制造以及汇编编程。将如此广泛的技术内容以实践的方式融合成一册,该书可谓首屈一指。 本书可以帮助软件工程师深入了解硬件与底层,开发出高效代码。硬件工程师可以在本书基础上设计定制硬件,开发高速计算机系统。相信所有读者都可以在本书的阅读过程中,体会到自制计算机系统的乐趣与热情。 CPU自制入门 ......Page 1 作译者简介 ......Page 2 扉页......Page 3 版权......Page 4 译 者 序......Page 5 声明......Page 6 作 者 序......Page 7 本书的阅读方法......Page 8 目录......Page 10 第1章 CPU的设计与实现......Page 17 1.1 序......Page 18 1.2.1 什么是计算机......Page 20 1.2.2 什么是CPU......Page 21 1.2.3 什么是内存......Page 24 1.2.4 什么是I/O......Page 25 1.2.5 什么是总线......Page 28 1.3.2 数值表达 ......Page 31 1.3.3 有符号二进制数......Page 32 1.3.4 MOSFET的结构......Page 33 1.3.5 逻辑运算......Page 35 1.3.6 CMOS基本逻辑门电路......Page 36 1.3.7 存储元件......Page 37 1.3.10 小结......Page 41 1.4.1 什么是Verilog HDL......Page 42 1.4.2 电路描述......Page 43 1.4.3 电路仿真......Page 59 1.4.4 Verilog HDL的仿真环境......Page 66 1.4.5 小结......Page 72 1.5.1 目标系统整体介绍......Page 73 1.5.2 关于本章中的代码......Page 74 1.6.1 总线的设计......Page 79 1.6.2 总线的实现......Page 82 1.6.3 小结......Page 94 1.7.1 FPGA的RAM区域......Page 95 1.7.2 ROM的设计与实现......Page 97 1.7.3 小结......Page 99 1.8.1 关于CPU......Page 100 1.8.2 AZ Processor的设计......Page 109 1.8.3 AZ Processor的实现......Page 122 1.8.4 小结......Page 175 1.9.1 定时器......Page 178 1.9.2 UART......Page 183 1.9.3 GPIO......Page 197 1.9.4 小结......Page 204 1.10.1 各模块的连接......Page 205 1.10.2 时钟模块的实现......Page 207 1.10.4 小结......Page 209 1.11.1 仿真模型的编写......Page 210 1.11.2 Testbench的编写......Page 213 1.11.3 执行仿真......Page 216 1.11.4 小结......Page 217 1.12 本章总结......Page 218 第2章 电路板的设计与制作......Page 219 2.1 序......Page 220 2.2.3 电路板尺寸......Page 222 2.2.5 FPGA选型......Page 223 2.2.6 外围电路的选定......Page 224 2.3.2 元件选型......Page 228 2.3.3 元件的选购......Page 234 2.4 电路设计......Page 237 2.4.1 下载规格书......Page 238 2.4.2 配置电路......Page 239 2.4.3 外围电路......Page 244 2.4.4 电源电路......Page 248 2.4.5 电路板设计环境......Page 250 2.4.6 使用Eagle设计电路图......Page 252 2.5.1 电路板设计约束条件及布线策略......Page 263 2.5.2 FPGA板的布局设计......Page 264 2.5.3 电源板的布局设计......Page 268 2.5.4 使用Eagle布局......Page 270 2.5.5 完成的布局......Page 275 2.6.1 制作Symbol......Page 277 2.6.2 制作Package......Page 279 2.6.3 制作Device......Page 280 2.7.1 软件使用说明......Page 285 2.7.2 准备3D模型库......Page 287 2.7.3 制作电路板模型......Page 295 2.8.1 整体流程......Page 296 2.8.2 制作光罩......Page 298 2.8.3 粘合光罩......Page 300 2.8.4 曝光......Page 301 2.8.5 显像......Page 304 2.8.6 蚀刻......Page 305 2.8.7 阻焊剂......Page 307 2.8.8 开孔......Page 312 2.8.9 在背面安装VPort接头时的处理......Page 314 2.8.10 制作通孔......Page 315 2.8.11 飞线......Page 316 2.9.2 DRC......Page 318 2.9.3 输出Gerber数据......Page 321 2.9.4 检查Gerber数据......Page 322 2.9.5 向P板.com公司下单制板......Page 328 2. 9.6 向OLIMEX公司下单制板......Page 334 2.10.2 组装FPGA板......Page 337 2.11.2 诊断程序......Page 339 2.12 本章总结......Page 342 第3章 编程......Page 343 3.1 序......Page 344 3.2.1 准备工作......Page 345 3.2.2 FPGA开发环境......Page 346 3.2.3 ISE WebPACK......Page 347 3.2.4 UrJTAG......Page 375 3.2.5 交叉汇编程序......Page 386 3.2.6 第一个程序......Page 392 3.3.1 安装Tera Term......Page 397 3.3.2 编写程序......Page 398 3.3.3 执行程序......Page 406 3.4.1 XMODEM协议......Page 407 3.4.2 编写程序......Page 409 3.4.3 编写加载测试程序......Page 418 3.4.4 执行程序......Page 419 3.5.1 什么是中断......Page 422 3.5.2 编写程序......Page 426 3.5.3 执行程序......Page 430 3.5.5 编写程序......Page 431 3.5.6 执行程序......Page 435 3.6.2 七段数码管的控制......Page 436 3.6.3 七段数码管计数器概要......Page 438 3.6.4 编写程序......Page 439 3.6.5 执行程序......Page 444 3.7.1 功能概要......Page 445 3.7.2 制作程序......Page 449 3.7.3 执行程序......Page 462 3.8 结语......Page 463 谢辞......Page 464 后记......Page 465 封底......Page 467 看完了......Page 468