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简介
本书旨在向读者介绍并推荐在当今嵌入式系统开发和高性能数字产品
领域应用很广的MIPS系列处理器。全书分为三个部分，结合实例介绍了
MIPS系列处理器的基本原理、基于MIPS处理器的软件开发以及基于MIPS处
理器的硬件系统开发。涉及利用MIPS系列处理器及相关产品和工具进行实
际系统产品开发的各个层次，行文注重图文并茂与实例紧密结合。各个章
节提供的实例由浅人深，并且均在相关平台进行仿真测试通过。本书旨在
通过对MIPS处理器的原理到应用层次的介绍和分析，使读者对MIPS系列处
理器有深入的了解，进而具备利用MIPS系列处理器进行实际应用开发的能
力。
本书适于从事计算机体系结构以及从事设计基于MIPS架构的应用程序
、嵌入式系统、片上系统(SoC)的研究人员，结合自己的知识产权开发RISC
CPU的工程师阅读和参考，还可作为嵌入式系统培训教材、高等院校相关专
业的本科生和研究生计算机体系的教材，同时也适合于想了解当今RISC
CPU的先进设计技术的计算机爱好者。
目录
目录
序言
前言
第1章 引言
1.1 CPU时代
1.2 什么是MIPS CPU
1.3 为什么选择MIPS CPU
1.4 本书适用的读者
1.5 本书的主要内容
1.6 本书的结构
第2章 MIPS体系结构概述
2.1 走进MIPS的世界
2.2 MIPS体系结构的发展
2.2.1 CISC和RISC
2.2.2 MIPS I到MIPS V
2.2.3 MIPS32和MIPS64
2.2.4 MIPS体系结构的特点
2.3 MIPS处理器核
2.4 MIPS数据类型与寄存器
2.4.1 数据类型
2.4.2 MIPS CPU寄存器概述
2.4.3 MIPS CPU通用寄存器
2.4.4 MIPS CPU特殊功能寄存器
2.4.5 MIPS FPU寄存器
2.5 MIPS体系存储空间的编址
第3章 MIPS32 4K处理器及流水线
3.1 MIPS32 4K处理器核的组成
3.1.1 执行单元
3.1.2 乘/除单元
3.1.3 系统控制协处理器
3.1.4 存储管理单元
3.1.5 缓存控制器
3.1.6 总线接口单元
3.1.7 功率控制
3.1.8 指令缓存和数据缓存
3.1.9 EJTAG控制器
3.2 MIPS32 4K处理器核的流水线结构
3.2.1 流水线的各阶段
3.2.2 流水线的指令流
3.2.3 分支延时槽
3.2.4 互锁
3.2.5 旁路
第4章 MIPS32指令集
4.1 加载和存储指令
4.1.1 对齐加载和存储指令
4.1.2 非对齐加载和存储指令
4.1.3 链接加载和条件存储指令
4.2 算术指令
4.2.1 ALU立即数和三操作数指令
4.2.2 ALU两操作数指令
4.2.3 移位指令
4.2.4 乘除指令
4.3 跳转和分支指令
4.3.1 在256MB区域中无条件跳转的指令
4.3.2 与PC相关的寄存器比较条件分支指令
4.3.3 与PC相关的零比较条件分支指令
4.4 杂类指令
4.4.1 同步指令
4.4.2 异常指令
4.4.3 条件转移指令
4.4.4 预取指令
4.4.5 空操作指令
4.5 协处理器指令
第5章 系统控制协处理器
5.1 协处理器概述
5.2 CPU控制指令
5.3 CPO寄存器
5.3.1 CP0寄存器概述
5.3.2 Index寄存器(O)
5.3.3 Random寄存器（1，只读）
5.3.4 EntryLOo0和EntryLo1寄存器（2，3，读/写）
5.3.5 Context寄存器（4，读/写）
5.3.6 PageMask寄存器（5，读/写）
5.3.7 Wired寄存器（6，读/写）
5.3.8 BadVAddr寄存器（8，只读）
5.3.9 Count寄存器（9，读／写）
5.3. 10 EntryHi寄存器（10，读／写）
5.3.11 Compare寄存器（11，读/写）
5.3.12 Status寄存器（12，读/写）
5.3.13 Cause寄存器(13)
5.3.14 EPC寄存器（14，读/写）
5.3.15 Prid寄存器（15，只读）
5.3.16 Config寄存器（16，选0）
5.3.17 Configl寄存器（16，选1，只读）
5.3.18 LLAddr寄存器（17，只读）
5.3.19 WatchLo寄存器（18，读/写）
5.3.20 WatchHi寄存器（19，读/写）
5.3.21 Debug寄存器(23)
5.3.22 DEPC寄存器(24，读/写)
5.3.23 ErrCtl寄存器(26，读/写)
5.3.24 TagLo寄存器（28，选O，读/写）
5.3.25 DataLo寄存器（28，选1，读/写）
5.3.26 ErrorEPC寄存器(30，读/写)
5.3.27 DeSave寄存器(31，读/写)
第6章 存储管理
6.1 存储管理单元MMU概述
6.2 虚拟存储空间的分段
6.2.1 用户模式
6.2.2 内核模式
6.2.3 调试模式
6.3 地址转换单元TLB
6.3.1 联合地址转换单元JTLB
6.3.2 指令地址转换单元ITLB
6.3.3 数据地址转换单元DTLB
6.3.4 地址转换过程
6.3.5 TLB指令
6.3.6 TLB寄存器
6.3.7 页大小和替换算法
6.4 固定映射
第7章 高速缓存
7.1 高速缓存概述
7.2 缓存的组织结构
7.3 缓存的工作原理
7.3.1 指令缓存
7.3.2 数据缓存
7.4 替换策略
7.5 缓存指令
第8章 MIPS异常
8.1 精确异常
8.2 异常分类
8.3 异常解释
8.4 异常处理
8.4.1 异常入口向量地址
8.4.2 各种异常对应的ExcCode
8.4.3 异常处理流程
8.4.4 异常处理的C代码介绍
第9章 MIPS汇编语言程序设计
9.1 MIPS汇编程序简单示例及其处理过程介绍
9.2 MIPS汇编程序结构
9.3 MIPS汇编程序语句格式
9.3.1 规则概要
9.3.2 数据定义
9.3.3 寻址方式
9.4 汇编程序伪操作
9.4.1 段选择伪操作
9.4.2 数据定义和对齐伪操作
9.4.3 标记的属性
9.4.4 函数伪操作
9.4.5 汇编控制伪操作
9.4.6 其他伪指令
9.5 程序举例
第10章 MIPS应用程序
10.1 启动程序
10.1.1 启动过程介绍
10.1.2 启动代码实例
10.2 MIPS ABI简介
10.3 MIPS函数调用规范
10.3.1 堆栈与函数参数
10.3.2 寄存器与参数传递
10.3.3 函数返回值
10.3.4 堆栈布局、栈帧以及调试信息
10.3.5 实例
10.4 目标文件格式
10.5 Linux应用程序
10.6 实践中的要点
10.6.1 关于C版本
10.6.2 关于编译器
10.6.3 其他
第11章 MIPS程序调试
11.1 EJTAG与调试
11.1.1 EJTAG介绍
11.1.2 EJTAG的功能
11.1.3 调试需要用到的寄存器
11.2 调试模式
11.2.1 调试模式指令集
11.2.2 调试模式下的地址空间
11.2.3 调试模式下对处理器资源的处理
11.3 调试异常
11.3.1 调试异常的种类
11.3.2 调试异常的优先级
11.3.3 调试异常处理
11.3.4 调试模式中的异常处理
第12章 SDE编程环境
12.1 SDE概述
12.2 使用快速入门
12.3 SDE的目标平台
12.4 调试器的使用
12.4.1 使用MIPSsim仿真器进行调试
12.4.2 使用GNU仿真器进行调试
12.4.3 RAM版本与ROM版本程序
12.5 profile——剖析程序的执行
12.5.1 profile简介
12.5.2 profile的编译选项
12.5.3 使用MIPSsim进行profile
12.5.4 使用GNU仿真器进行profile
12.6 SDE与调试器
12.6.1 调试器举例
12.6.2 在SDE下进行调试
第13章 MIPS开发平台
13.1 Malta开发平台
13.1.1 Malta概述
13.1.2 基于Malta的软硬件开发工具
13.1.3 Malta主板的基本特征
13.1.4 Malta主板的系统结构
13.1.5 Malta平台的使用
13.2 SEAD-Ⅱ开发平台
13.2.1 SEAD-Ⅱ概述
13.2.2 SEAD-Ⅱ模块与总线
13.2.3 SEAD-Ⅱ平台的使用
第14章 硬件接口
14.1 4K处理器核的接口
14.1.1 时钟接口
14.1.2 初始化接口
14.2 总线接口
第15章 仿真及验证模型
15.1 SmartModel仿真模型
15.1.1 SmartModel仿真库
15.1.2 MIPS核的SmartModel仿真模型
15.2 MIPS32 4K系列BFM模型
15.2.1 BFM模型简介
15.2.2 BFM模型的组成
15.2.3 BFM模型的事务处理流程
15.3 BFM模型的仿真和验证
15.3.1 验证模型的实现
15.3.2 仿真结果与分析
15.4 MIPS32 4K系列VMC模型
15.4.1 VMC模型简介
15.4.2 寄存器观测窗口
15.4.3 VMC模型仿真配置
15.4.4 跟踪文件
15.4.5 实例化多个VMC模型的情况
15.5 VMC模型的仿真和验证
15.5.1 仿真模型的实现
15.5.2 仿真结果与分析
缩略语
参考文献
9w:x
序言
前言
第1章 引言
1.1 CPU时代
1.2 什么是MIPS CPU
1.3 为什么选择MIPS CPU
1.4 本书适用的读者
1.5 本书的主要内容
1.6 本书的结构
第2章 MIPS体系结构概述
2.1 走进MIPS的世界
2.2 MIPS体系结构的发展
2.2.1 CISC和RISC
2.2.2 MIPS I到MIPS V
2.2.3 MIPS32和MIPS64
2.2.4 MIPS体系结构的特点
2.3 MIPS处理器核
2.4 MIPS数据类型与寄存器
2.4.1 数据类型
2.4.2 MIPS CPU寄存器概述
2.4.3 MIPS CPU通用寄存器
2.4.4 MIPS CPU特殊功能寄存器
2.4.5 MIPS FPU寄存器
2.5 MIPS体系存储空间的编址
第3章 MIPS32 4K处理器及流水线
3.1 MIPS32 4K处理器核的组成
3.1.1 执行单元
3.1.2 乘/除单元
3.1.3 系统控制协处理器
3.1.4 存储管理单元
3.1.5 缓存控制器
3.1.6 总线接口单元
3.1.7 功率控制
3.1.8 指令缓存和数据缓存
3.1.9 EJTAG控制器
3.2 MIPS32 4K处理器核的流水线结构
3.2.1 流水线的各阶段
3.2.2 流水线的指令流
3.2.3 分支延时槽
3.2.4 互锁
3.2.5 旁路
第4章 MIPS32指令集
4.1 加载和存储指令
4.1.1 对齐加载和存储指令
4.1.2 非对齐加载和存储指令
4.1.3 链接加载和条件存储指令
4.2 算术指令
4.2.1 ALU立即数和三操作数指令
4.2.2 ALU两操作数指令
4.2.3 移位指令
4.2.4 乘除指令
4.3 跳转和分支指令
4.3.1 在256MB区域中无条件跳转的指令
4.3.2 与PC相关的寄存器比较条件分支指令
4.3.3 与PC相关的零比较条件分支指令
4.4 杂类指令
4.4.1 同步指令
4.4.2 异常指令
4.4.3 条件转移指令
4.4.4 预取指令
4.4.5 空操作指令
4.5 协处理器指令
第5章 系统控制协处理器
5.1 协处理器概述
5.2 CPU控制指令
5.3 CPO寄存器
5.3.1 CP0寄存器概述
5.3.2 Index寄存器(O)
5.3.3 Random寄存器（1，只读）
5.3.4 EntryLOo0和EntryLo1寄存器（2，3，读/写）
5.3.5 Context寄存器（4，读/写）
5.3.6 PageMask寄存器（5，读/写）
5.3.7 Wired寄存器（6，读/写）
5.3.8 BadVAddr寄存器（8，只读）
5.3.9 Count寄存器（9，读／写）
5.3. 10 EntryHi寄存器（10，读／写）
5.3.11 Compare寄存器（11，读/写）
5.3.12 Status寄存器（12，读/写）
5.3.13 Cause寄存器(13)
5.3.14 EPC寄存器（14，读/写）
5.3.15 Prid寄存器（15，只读）
5.3.16 Config寄存器（16，选0）
5.3.17 Configl寄存器（16，选1，只读）
5.3.18 LLAddr寄存器（17，只读）
5.3.19 WatchLo寄存器（18，读/写）
5.3.20 WatchHi寄存器（19，读/写）
5.3.21 Debug寄存器(23)
5.3.22 DEPC寄存器(24，读/写)
5.3.23 ErrCtl寄存器(26，读/写)
5.3.24 TagLo寄存器（28，选O，读/写）
5.3.25 DataLo寄存器（28，选1，读/写）
5.3.26 ErrorEPC寄存器(30，读/写)
5.3.27 DeSave寄存器(31，读/写)
第6章 存储管理
6.1 存储管理单元MMU概述
6.2 虚拟存储空间的分段
6.2.1 用户模式
6.2.2 内核模式
6.2.3 调试模式
6.3 地址转换单元TLB
6.3.1 联合地址转换单元JTLB
6.3.2 指令地址转换单元ITLB
6.3.3 数据地址转换单元DTLB
6.3.4 地址转换过程
6.3.5 TLB指令
6.3.6 TLB寄存器
6.3.7 页大小和替换算法
6.4 固定映射
第7章 高速缓存
7.1 高速缓存概述
7.2 缓存的组织结构
7.3 缓存的工作原理
7.3.1 指令缓存
7.3.2 数据缓存
7.4 替换策略
7.5 缓存指令
第8章 MIPS异常
8.1 精确异常
8.2 异常分类
8.3 异常解释
8.4 异常处理
8.4.1 异常入口向量地址
8.4.2 各种异常对应的ExcCode
8.4.3 异常处理流程
8.4.4 异常处理的C代码介绍
第9章 MIPS汇编语言程序设计
9.1 MIPS汇编程序简单示例及其处理过程介绍
9.2 MIPS汇编程序结构
9.3 MIPS汇编程序语句格式
9.3.1 规则概要
9.3.2 数据定义
9.3.3 寻址方式
9.4 汇编程序伪操作
9.4.1 段选择伪操作
9.4.2 数据定义和对齐伪操作
9.4.3 标记的属性
9.4.4 函数伪操作
9.4.5 汇编控制伪操作
9.4.6 其他伪指令
9.5 程序举例
第10章 MIPS应用程序
10.1 启动程序
10.1.1 启动过程介绍
10.1.2 启动代码实例
10.2 MIPS ABI简介
10.3 MIPS函数调用规范
10.3.1 堆栈与函数参数
10.3.2 寄存器与参数传递
10.3.3 函数返回值
10.3.4 堆栈布局、栈帧以及调试信息
10.3.5 实例
10.4 目标文件格式
10.5 Linux应用程序
10.6 实践中的要点
10.6.1 关于C版本
10.6.2 关于编译器
10.6.3 其他
第11章 MIPS程序调试
11.1 EJTAG与调试
11.1.1 EJTAG介绍
11.1.2 EJTAG的功能
11.1.3 调试需要用到的寄存器
11.2 调试模式
11.2.1 调试模式指令集
11.2.2 调试模式下的地址空间
11.2.3 调试模式下对处理器资源的处理
11.3 调试异常
11.3.1 调试异常的种类
11.3.2 调试异常的优先级
11.3.3 调试异常处理
11.3.4 调试模式中的异常处理
第12章 SDE编程环境
12.1 SDE概述
12.2 使用快速入门
12.3 SDE的目标平台
12.4 调试器的使用
12.4.1 使用MIPSsim仿真器进行调试
12.4.2 使用GNU仿真器进行调试
12.4.3 RAM版本与ROM版本程序
12.5 profile——剖析程序的执行
12.5.1 profile简介
12.5.2 profile的编译选项
12.5.3 使用MIPSsim进行profile
12.5.4 使用GNU仿真器进行profile
12.6 SDE与调试器
12.6.1 调试器举例
12.6.2 在SDE下进行调试
第13章 MIPS开发平台
13.1 Malta开发平台
13.1.1 Malta概述
13.1.2 基于Malta的软硬件开发工具
13.1.3 Malta主板的基本特征
13.1.4 Malta主板的系统结构
13.1.5 Malta平台的使用
13.2 SEAD-Ⅱ开发平台
13.2.1 SEAD-Ⅱ概述
13.2.2 SEAD-Ⅱ模块与总线
13.2.3 SEAD-Ⅱ平台的使用
第14章 硬件接口
14.1 4K处理器核的接口
14.1.1 时钟接口
14.1.2 初始化接口
14.2 总线接口
第15章 仿真及验证模型
15.1 SmartModel仿真模型
15.1.1 SmartModel仿真库
15.1.2 MIPS核的SmartModel仿真模型
15.2 MIPS32 4K系列BFM模型
15.2.1 BFM模型简介
15.2.2 BFM模型的组成
15.2.3 BFM模型的事务处理流程
15.3 BFM模型的仿真和验证
15.3.1 验证模型的实现
15.3.2 仿真结果与分析
15.4 MIPS32 4K系列VMC模型
15.4.1 VMC模型简介
15.4.2 寄存器观测窗口
15.4.3 VMC模型仿真配置
15.4.4 跟踪文件
15.4.5 实例化多个VMC模型的情况
15.5 VMC模型的仿真和验证
15.5.1 仿真模型的实现
15.5.2 仿真结果与分析
缩略语
参考文献
9w:x
MIPS体系结构与编程
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