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计算机系统设计与开发实验教程

"本书立足计算机系统能力建设,面向关键技术人才培养。 "

作者:秦国锋
丛书名:计算机系列教材
定价:36
印次:1-1
ISBN:9787302672852
出版日期:2024.09.01
印刷日期:2024.09.06

"本书对CPU的设计与性能验证、操作系统的交叉编译、操作系统的移植和应用程序的编译与移植等方面做了充分介绍。全书共分为8章: 第1章为龙芯LS132R CPU介绍;第2章为移植方法详解,具体介绍了龙芯LS132R CPU的IP移植到Nexys 4 FPGA开发板的方法;第3章为龙芯LS132R CPU在Nexys 4 FPGA开发板运行的程序测试方法;第4章为龙芯LS132R CPU在Nexys 4 FPGA开发板移植操作说明;第5章为龙芯LS132R CPU在Nexys 4 FPGA开发板运行的性能验证;第6章为Linux操作系统编译;第7章为基于FPGA N4龙芯CPU软核LS132R的实时系统移植实现,使学生理解和掌握计算机实时操作系统RTOS的移植方法;第8章为RISCV指令集计算机系统设计实现,以RISCV指令集为例介绍了计算机系统的CPU的组成与实现方法,使学生理解和掌握计算机系统流水线CPU工作基本原理和设计方法,同时理解掌握流水线CPU的定量分析方法,并利用TF存储器实现多级存储系统架构,同时进行操作系统与应用程序的编译移植,设计实现符合应用程序运行要求的RISCV指令集的原型计算机。 本书适合作为高等院校计算机相关专业高年级本科生、研究生的教材,以及处理器芯片和操作系统的开发人员、广大科技工作者和研究人员的参考用书。 "

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前言 由芯片、编译器、操作系统与应用软件组成的计算机体系结构正处在不断迭代、急速变革的新时代。计算机体系结构形成由x86架构转向MIPS指令集架构,又从MIPS指令集架构向RISCV指令集转折的发展格局,并将Wintel的垄断格局击破,形成由垄断专制走向开源共享的发展道路。借用西安交通大学王树国校长的话“社会的发展领先学校”,编者作为一线基层的教师,深感真正做到教学实践与社会业界创新同频共振异常艰难,但我们仍需要“不忘初心,牢记使命”竭尽全力传授新理论、新方法、新技术,不负学生,不负国家和人民。 在FPGA设计构建计算机系统是一项充满挑战和艰难的工作,近年来,编者和计算机系统结构教研室老师与计算机专业同学一直在坚持不懈地努力探索,初步实现了这条技术路线,设计实现了基于FPGA的MIPS指令架构和RISCV指令架构的原型系统。学生周涛、李晨扬做了大量的工作,甚至在节假日都在设计调试,还有历届学生如黎可杰、马嘉等积极参与完成了一些应用程序示例,在此对他们表示衷心感谢!同时,感谢龙芯中科提供开源的CPU处理器LS132R的IP核,为本书的实验设计提供了帮助。 该教程是几年来大家研究探索的经验总结,希望能对读者学习和实验实践有所裨益或参考,由于水平有限,书中不足之处请多多指正! 秦国锋2024年2月

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  • 本书对CPU的设计与性能验证、操作系统的交叉编译、操作系统的移植和应用程序的编译与移植等方面作了充分的介绍,使得读者能以较快的速度学习掌握基于MIPS指令系统和RISC-V指令系统的CPU设计验证方法,并进行操作系统的移植,达到快速设计部署两种指令系统的原型计算机系统,并运行自己设计开发的应用程序

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  • 目录

    第1章龙芯LS132R CPU介绍1

    1.1龙芯LS132R结构1

    1.2移植概述2第2章移植方法详解4

    2.1简单AXI通信的编写4

    2.2简单SPI读取的编写 6

    2.3简单makefile的编写7

    2.4简单链接脚本的编写10

    2.5启动文件的编写11

    2.6常用C语言函数的编写17第3章程序测试18

    3.1简单闪烁LED程序测试18

    3.2简单时钟程序测试19

    3.3仿真的一点小技巧20第4章移植操作说明22

    4.1数码管实验22

    4.2flash读取实验28

    4.3AXI通信实验36

    4.4汇编版点亮LED实验43

    4.5C语言版点亮LED实验45

    4.6C语言版时钟实验48第5章CPU性能验证49

    5.1性能验证数学模型及算法程序49

    5.2性能验证程序下板测试过程与实现53

    5.2.1下板过程53

    5.2.2程序性能分析54

    5.3CPU的性能指标定性分析61

    5.3.1性能差异61

    5.3.2现象分析61第6章Linux操作系统编译63第7章基于FPGA N4龙芯CPU软核LS132R的实时系统移植实现67

    7.1引言67

    7.2基于龙芯LS132R软核的SoC设计67

    7.2.1Flash Controller 设计与实现68

    7.2.2外设IP核的复用69

    7.3RTThread Nano系统的移植69

    7.3.1实时操作系统的启动69

    7.3.2时钟节拍的实现70

    7.3.3上下文切换71

    7.3.4堆栈实现71

    7.3.5Uart实现72

    7.4SoC系统测试与性能分...

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