CPU自制入门

作品简介

本书教读者制作原创的计算机系统。第1章以介绍CPU为主，同时介绍如何制作存储程序与数据的内存、输入与输出的I/O以及将这些模块连接起来的总线，这些模块可以组合成一个简单的计算机系统。为了让这个计算机系统运转起来，第2章介绍电路板的设计和制作。第3章为这个计算机系统编写程序，并上机测试。本书可以帮助软件工程师了解硬件与底层，开发出高效代码。硬件工程师可以在该书基础上设计定制硬件，开发高速计算机系统。相信读者可以在本书的阅读过程中，体会到自制计算机系统的乐趣。

水头一寿（KAZUTOSHI SUITOU），庆应义塾大学硕士毕业。现在在庆应义塾大学攻读博士学位。目前从事实时嵌入式系统的系统LSI相关研究和开发。兴趣为音乐、摄影、自行车等。在RESPON小组担任逻辑设计工作。

米泽辽（RYO YONEZAWA），庆应义塾大学硕士毕业后，进入东芝株式会社半导体与存储子公司工作。目前从事高速串行接口IP的开发。兴趣为电子制作、家庭服务器管理等。在RESPON小组担任电路板设计与封面设计工作。

藤田裕士（YUJI FUJITA），庆应义塾大学硕士毕业后，进入日本电气株式会社工作。目前从事固件开发工作。兴趣为音乐欣赏、吉他演奏等。在RESPON小组担任软件设计工作。

赵谦（译者），2007年于青岛科技大学取得学士学位。2008年至今在日本熊本大学攻读博士学位。目前从事容错性FPGA架构及其CAD相关研究与开发。在FPGA领域著名国际会议FPGA、FPL以及ICFPT等发表过多篇学术论文。

作品目录

• 译者序
• 声明
• 作者序
• 本书的阅读方法
• 第1章　CPU的设计与实现
• 1.1　序
• 1.2　计算机系统
• 1.2.1　什么是计算机
• 1.2.2　什么是 CPU
• 1.2.3　什么是内存
• 1.2.4　什么是 I/O
• 1.2.5　什么是总线
• 1.2.6　小结
• 1.3　数字电路基础
• 1.3.1　什么是数字电路
• 1.3.2　数值表达
• 1.3.3　有符号二进制数
• 1.3.4　MOSFET 的结构
• 1.3.5　逻辑运算
• 1.3.6　CMOS 基本逻辑门电路
• 1.3.7　存储元件
• 1.3.8　组合电路和时序电路
• 1.3.9　时钟同步设计
• 1.3.10　小结
• 1.4　Verilog HDL 语言
• 1.4.1　什么是 Verilog HDL
• 1.4.2　电路描述
• 1.4.3　电路仿真
• 1.4.4　Verilog HDL 的仿真环境
• 1.4.5　小结
• 1.5　系统蓝图
• 1.5.1　目标系统整体介绍
• 1.5.2　关于本章中的代码
• 1.6　总线的设计与实现
• 1.6.1　总线的设计
• 1.6.2　总线的实现
• 1.6.3　小结
• 1.7　存储器的设计与实现
• 1.7.1　FPGA 的 RAM 区域
• 1.7.2　ROM 的设计与实现
• 1.7.3　小结
• 1.8　AZ Processor 的设计与实现
• 1.8.1　关于 CPU
• 1.8.2　AZ Processor 的设计
• 1.8.3　AZ Processor 的实现
• 1.8.4　小结
• 1.9　I/O 的设计与实现
• 1.9.1　定时器
• 1.9.2　UART
• 1.9.3　GPIO
• 1.9.4　小结
• 1.10　AZPR SoC 整体连接
• 1.10.1　各模块的连接
• 1.10.2　时钟模块的实现
• 1.10.3　顶层模块的实现
• 1.10.4　小结
• 1.11　AZPR SoC 的仿真
• 1.11.1　仿真模型的编写
• 1.11.2　Testbench 的编写
• 1.11.3　执行仿真
• 1.11.4　小结
• 1.12　本章总结
• 第2章　电路板的设计与制作
• 2.1　序
• 2.2　电路板规格
• 2.2.1　电路板名称
• 2.2.2　电路板的构成
• 2.2.3　电路板尺寸
• 2.2.4　电路板层数
• 2.2.5　FPGA 选型
• 2.2.6　外围电路的选定
• 2.3　元件选型
• 2.3.1　元件选型标准
• 2.3.2　元件选型
• 2.3.3　元件的选购
• 2.4　电路设计
• 2.4.1　下载规格书
• 2.4.2　配置电路
• 2.4.3　外围电路
• 2.4.4　电源电路
• 2.4.5　电路板设计环境
• 2.4.6　使用 Eagle 设计电路图
• 2.4.7　完成的电路图
• 2.5　布局设计
• 2.5.1　电路板设计约束条件及布线策略
• 2.5.2　FPGA 板的布局设计
• 2.5.3　电源板的布局设计
• 2.5.4　使用 Eagle 布局
• 2.5.5　完成的布局
• 2.6　制作元件库
• 2.6.1　制作 Symbol
• 2.6.2　制作 Package
• 2.6.3　制作 Device
• 2.7　电路板 3D 模型
• 2.7.1　软件使用说明
• 2.7.2　准备 3D 模型库
• 2.7.3　制作电路板模型
• 2.8　制作感光电路板
• 2.8.1　整体流程
• 2.8.2　制作光罩
• 2.8.3　粘合光罩
• 2.8.4　曝光
• 2.8.5　显像
• 2.8.6　蚀刻
• 2.8.7　阻焊剂
• 2.8.8　开孔
• 2.8.9　在背面安装 VPort 接头时的处理
• 2.8.10　制作通孔
• 2.8.11　飞线
• 2.9　使用电路板制造服务
• 2.9.1　电路板制造服务
• 2.9.2　DRC
• 2.9.3　输出 Gerber 数据
• 2.9.4　检查 Gerber 数据
• 2.9.5　向 P 板 .com 公司下单制板
• 2.9.6　向 OLIMEX 公司下单制板
• 2.10　组装电路板
• 2.10.1　电源板
• 2.10.2　组装 FPGA 板
• 2.11　功能测试
• 2.11.1　识别 FPGA
• 2.11.2　诊断程序
• 2.12　本章总结
• 第3章　编程
• 3.1　序
• 3.2　开发环境
• 3.2.1　准备工作
• 3.2.2　FPGA 开发环境
• 3.2.3　ISE WebPACK
• 3.2.4　UrJTAG
• 3.2.5　交叉汇编程序
• 3.2.6　第一个程序
• 3.3　串口通信
• 3.3.1　安装 Tera Term
• 3.3.2　编写程序
• 3.3.3　执行程序
• 3.4　程序加载器
• 3.4.1　XMODEM 协议
• 3.4.2　编写程序
• 3.4.3　编写加载测试程序
• 3.4.4　执行程序
• 3.5　中断与异常
• 3.5.1　什么是中断
• 3.5.2　编写程序
• 3.5.3　执行程序
• 3.5.4　什么是异常
• 3.5.5　编写程序
• 3.5.6　执行程序
• 3.6　七段数码管
• 3.6.1　什么是七段数码管
• 3.6.2　七段数码管的控制
• 3.6.3　七段数码管计数器概要
• 3.6.4　编写程序
• 3.6.5　执行程序
• 3.7　制作一个实用程序
• 3.7.1　功能概要
• 3.7.2　制作程序
• 3.7.3　执行程序
• 3.8　结语
• 看完了