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内容介绍

 书名：  CPU设计实战|8079631
 图书定价： 99元
 图书作者： 汪文祥 邢金璋
 出版社：  机械工业出版社
 出版日期：  2021/3/22 0:00:00
 ISBN号： 9787111674139
 开本： 16开
 页数： 374
 版次： 1-1
 内容简介
本书系统介绍了CPU设计的开发过程、各个开发环节的知识要点、开发过程中需要关注的工程问题等内容。通过学习本书，读者可以自行设计出一个具有基本功能的CPU。本书内容循序渐进，从设计CPU所需的基础知识，到设计简单流水线CPU设计、多周期流水线CPU、高速缓存，以及提升主频、运行Linux内核等进阶功能，使读者逐步掌握CPU设计的方法和设计要点。本书适合作为高校计算机及相关专业计算机组成、计算机体系结构等课程的实践教材，也可供对CPU开发感兴趣的读者阅读。
 目录

丛书序言
序
前言
第1章CPU芯片研发过程概述 1
1.1处理器和处理器核 1
1.2芯片产品的研制过程 2
1.3芯片设计的工作阶段 3
第2章硬件实验平台及FPGA设计流程 5
2.1硬件实验平台 5
2.1.1龙芯CPU设计与体系结构教学实验系统 5
2.1.2龙芯计算机系统能力培养远程实验平台 7
2.2FPGA的设计流程 8
2.2.1FPGA的一般设计流程 9
2.2.2基于Vivado的FPGA设计流程 10
2.2.3Vivado使用小贴士 33
2.3任务与实践 35
第3章数字逻辑电路设计基础 36
3.1数字逻辑电路设计与Verilog代码开发 36
3.1.1面向硬件电路的设计思维方式 37
3.1.2行为描述的Verilog编程风格 38
3.1.3自顶向下的设计划分过程 38
3.1.4常用数字逻辑电路的Verilog描述 39
3.2数字逻辑电路功能仿真的常见错误及其调试方法 55
3.2.1功能仿真波形分析 56
3.2.2波形异常类错误的调试 60
3.3进一步使用Vivado 66
3.3.1定制同步RAM IP核 66
3.3.2定制异步RAM IP核 68
3.3.3查看时序结果和资源利用率 69
3.4任务与实践 69
3.4.1实践任务一：寄存器堆仿真 70
3.4.2实践任务二：同步RAM和异步RAM仿真、综合与实现 71
3.4.3实践任务三：数字逻辑电路的设计与调试 72
第4章简单流水线CPU设计 74
4.1设计一个简单的单周期CPU 75
4.1.1设计单周期CPU的总体思路 75
4.1.2单周期CPU的数据通路设计 76
4.1.3单周期CPU的控制信号生成 88
4.1.4复位的处理 91
4.2不考虑相关冲突的流水线CPU设计 92
4.2.1添加流水级间缓存 92
4.2.2同步RAM的引入 93
4.2.3调整更新PC的数据通路 96
4.2.4不考虑相关冲突情况下流水线控制信号的设计 96
4.3CPU设计开发环境（CPU_CDE） 97
4.3.1快速上手CPU设计的开发环境 97
4.3.2CPU设计开发环境的组织与结构 99
4.3.3CPU设计开发环境使用进阶 113
4.4CPU设计的功能仿真调试技术 117
4.4.1为什么要用基于Trace比对的调试辅助手段 117
4.4.2基于Trace比对调试手段的盲区及其对策 119
4.4.3学会阅读汇编程序和反汇编代码 119
4.4.4CPU调试中要抓取的信号以及如何看这些信号 124
4.5指令相关与流水线冲突 125
4.5.1处理寄存器写后读数据相关引发的流水线冲突 126
4.5.2转移计算未完成 127
4.6流水线数据的前递设计 127
4.6.1前递的数据通路设计 128
4.6.2前递的流水线控制信号调整 130
4.6.3前递引发的主频下降 131
4.7任务与实践 131
4.7.1实践任务一：简单CPU参考设计调试 132
4.7.2实践任务二：用阻塞技术解决相关引发的冲突 132
4.7.3实践任务三：用前递技术解决相关引发的冲突 133
第5章在流水线中添加运算类指令 134
5.1算术逻辑运算类指令的添加 134
5.1.1ADD、ADDI和SUB指令的添加 134
5.1.2SLTI和SLTIU指令的添加 135
5.1.3ANDI、ORI和XORI指令的添加 135
5.1.4SLLV、SRLV和SRAV指令的添加 135
5.2乘除法运算类指令的添加 136
5.2.1调用Xilinx IP实现乘除法运算部件 136
5.2.2电路级实现乘法器 140
5.2.3电路级实现除法器 147
5.3乘除法配套数据搬运指令的添加 154
5.3.1乘法运算实现为单周期的情况 155
5.3.2乘法运算实现为多周期流水的情况 155
5.4任务与实践 156
第6章在流水线中添加转移指令和访存指令 157
6.1转移指令的添加 157
6.1.1BGEZ、BGTZ、BLEZ和BLTZ指令 158
6.1.2J指令 158
6.1.3BLTZAL和BGEZAL指令 158
6.1.4JALR指令 158
6.2访存指令的添加 158
6.2.1LB、LBU、LH和LHU指令的添加 158
6.2.2SB和SH指令的添加 159
6.2.3非对齐访存指令的说明 160
6.2.4LWL和LWR指令的添加 162
6.2.5SWL和SWR指令的添加 164
6.3任务与实践 164
第7章例外和中断的支持 166
7.1例外和中断的基本概念 166
7.1.1例外是一套软硬件协同处理的机制 166
7.1.2精确例外 167
7.2MIPS指令系统中与例外相关的功能定义 168
7.2.1CP0寄存器 168
7.2.2例外产生条件的判定 168
7.2.3例外入口 170
7.2.4MFC0和MTC0指令 170
7.2.5ERET指令 170
7.3流水线CPU实现例外和中断的设计要点 170
7.3.1例外检测逻辑 170
7.3.2精确例外的实现 172
7.3.3CP0寄存器 173
7.3.4CP0冲突 179
7.4任务与实践 180
7.4.1实践任务一：添加syscall例外支持 181
7.4.2实践任务二：添加其他例外支持 181
第8章A***线接口设计 184
8.1类SRAM总线 184
8.1.1主方和从方 185
8.1.2类SRAM总线接口信号的定义 185
8.1.3类SRAM总线的读写时序 186
8.1.4类SRAM总线的约束 189
8.2类SRAM总线的设计 189
8.2.1取指设计的考虑 190
8.2.2访存设计的考虑 195
8.3A***线协议 195
8.3.1A***线信号一览 195
8.3.2理解A***线协议 197
8.3.3类SRAM总线接口信号与A***线接口信号的关系 202
8.4类SRAM-AXI的转接桥设计 203
8.4.1转接桥的顶层接口 203
8.4.2转接桥的设计要求 204
8.4.3转接桥的设计建议 204
8.5任务与实践 205
8.5.1实践任务一：添加类SRAM总线支持 205
8.5.2实践任务二：添加A***线支持 208
8.5.3实践任务三：完成AXI随机延迟验证 210
第9章TLB MMU设计 211
9.1TLB模块的基础知识 212
9.1.1TLB的虚实地址转换 212
9.1.2TLB的软件访问 214
9.1.3TLB的软硬件交互机制 215
9.2TLB模块设计的分析 217
9.3TLB相关的CP0寄存器与指令的实现 219
9.4利用TLB进行虚实地址转换及TLB例外 221
9.5任务与实践 222
9.5.1实践任务一：TLB模块设计 222
9.5.2实践任务二：添加TLB相关指令和CP0寄存器 224
9.5.3实践任务三：添加TLB相关例外支持 225
第10章高速缓存设计 226
10.1Cache模块的设计 227
10.1.1Cache的设计规格 227
10.1.2Cache模块的数据通路设计 228
10.1.3Cache模块内部的控制逻辑设计 237
10.1.4Cache的硬件初始化问题 241
10.2将Cache模块集成至CPU中 242
10.2.1Cache命中情况下的CPU流水线适配 242
10.2.2Cache缺失情况下的CPU流水线适配 243
10.2.3Uncache访问的处理 243
10.3CACHE指令 245
10.3.1CACHE指令的定义 245
10.3.2CACHE指令的实现 247
10.4性能测试程序 247
10.4.1Dhrystone 247
10.4.2Coremark 250
10.5Cache的性能 251
10.6任务与实践 252
10.6.1实践任务一：Cache模块设计 252
10.6.2实践任务二：在CPU中集成ICache 254
10.6.3实践任务三：在CPU中集成DCache 255
10.6.4实践任务四：在CPU中添加CACHE指令 256
第11章进阶设计 258
11.1运行Linux内核 258
11.1.1复杂SoC搭建 259
11.1.2CPU的进一步完善 259
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