CPU/SOC及外围电路应用设计:基于FPGA/CPLD

第1章 简易单片机的结构及其开发模拟测试.1

1-1 cpld设置cpu的hdl描述硬件结构说明2

1-1-1 cpld设置cpu的hdl使用lpm模块简介2

1-1-2 cpld设置cpu的hdl使用寄存器简介3

1-1-3 程序存储器的设置设计及取指(fetch)4

1-1-4 程序存储器的取指(fetch)7

1-1-5 cpu内部寄存器及数据的运算控制示意图7

1-1-6 cpu的hdl描述i/o设置及prom设置控制10

1-1-7 riscpu3.tdf完整电路描述11

1-2 riscpu3.tdf电路测试及模拟16

1-3 riscpu3结构特性讨论22

1-4 流水线处理结构的高速riscpu4简介24

1-4-1 riscpu4流水线的指令取指fetch/dec解码25

1-4-2 riscpu4流水线的运算单元读取及解码(op/rd)电路27

1-4-3 riscpu4流水线解码(op/rd)控制信号输出电路28

1-4-4 riscpu4流水线执行exe控制电路30

1-4-5 riscpu4流水线完整电路描述31

1-4-6 riscpu4流水线电路功能的模拟检测41

1-4-7 数据相依冒险的自动检测处理44

1-4-8 实例46

.1-4-9 结论47

第2章 灵活性指令码的单片机结构及开发模拟测试50

2-1 16位pd程序存储器44个精简指令risc单片机指令结构简介50

2-2 44个精简指令risc单片机的i/o构建及其与cpu的连接简介54

2-2-1 16位具输入比较和捕捉功能的计数计时器ctc 54

2-2-2 12位的脉冲宽调变pwm外围电路56

2-2-3 ppio外围电路及cntp16和pwm12 对应i/o寄存器寻址联结控制57

2-2-4 中断的处理及连接58

2-3 具有相当功能的单片机riscpu8电路设计与描述61

2-3-1 riscpu8.tdf的alu运算处理62

2-3-2 riscpu8.tdf的解码及控制control信号运算处理65

2-3-3 riscpu8.tdf的程序转移及寄存器数据回写wb运算处理66

2-4 riscpu8.tdf的完整程序描述处理69

2-5 riscpu8.tdf的程序编写及模拟测试80

2-6 riscpu8.tdf的程序编写及实例测试89

2-6-1 ep1k50tc1443主机板和sncplde3测试实验器介绍89

2-6-2 riscpu8的程序编写及实例测试91

第3章 soc及强化外围的单片机结构和开发模拟测试95

3-1 soc强化外围模块电路精简指令risc单片机简介95

3-2 硬件乘除法器及外加存储器的读写设置及连接和模拟测试95

3-2-1 硬件乘除法器的设计设置及连接95

3-2-2 外加存储器的读写控制设置及连接98

3-2-3 乘除法器及外加存储器的读写模拟测试100

3-2-4 精简指令riscpua的整体架构104

3-2-5 讨论105

3-3 键盘扫描及7段led显示和lcd字形显示器接口电路106

3-3-1 硬件键盘扫描接口电路的设计107

3-3-2 4位7段led扫描显示及硬件键盘扫描接口电路的连接112

3-3-3 lcd显示模块的驱动接口电路及其连接115

3-4 简易的vga屏幕显示控制接口电路125

3-4-1 简易的色条产生器(color bar generator)128

3-4-2 简易的字形显示器(character generator)129

3-5 简易串行非同步uart接口电路134

3-5-1 波特率产生器(baudrate generator)135

3-5-2 uart的发送tx控制电路138

3-5-3 uart的接收rx控制电路141

3-5-4 uart的整合电路146

3-6 i2c串行同步传输电路157

3-7 sci串行同步传输电路170

3-8 模拟比较器175

3-9 adc转换电路176

3-10 高速的adc转换读取及寄存181

3-10-1 adc的转换及读取控制设置181

3-10-2 adc转换读取并予解码扫描显示于7段led的控制183

3-10-3 高速的adc纪录储存后予以输出显示控制185

3-11 电路的测试及实例188

3-12 结论193

第4章 jtag及dma和qep，db死区接口电路194

4-1 jtag接口电路简介194

4-1-1 jtag的边界电路扫描(boundary scan)194

4-1-2 jtag的电路结构198

4-1-3 简易的jtag的电路结构设置设计和模拟200

4-2 直接存储器读写dma(direct memory access)接口电路212

4-3 四象限编码器qep检测及死区(dead band)控制接口电路226

4-3-1 四象限编码器qep(quard encoder port)检测226

4-3-2 死区(dead band)控制设置电路230

4-3-3 四象限编码器qep(quard encoder port)检测计数接口电路232

4-4 实验测试与实例236

第5章 通用型单片机指令架构分析及特性简介239

5-1 通用型单片机239

5-2 改良型8051单片机系列239

5-3 强化型risc avr单片机系列241

5-4 全世界8位mcu居于第二位的pic系列产品248

5-4-1 含有模拟放大器opa及dac接口的特殊pic单片机252

5-4-2 含有can及adc，pwm控制运算的mcu单片机254

5-4-3 具有dsp的运算的dsp mcu单片机256

5-5 ti单片机msp430芯片系列268

5-5-1 msp430f14x的电路结构简介269

5-5-2 msp430f14x的指令模态结构简介270

5-5-3 msp430f14x特殊外围电路简介277

5-6 dsp单片机龙头ti的tms320c54x系列279

5-6-1 tms320c542的cpu结构280

5-6-2 tms320c542寻址模式及其对应数据转载指令格式分析和分类282

5-6-3 tms320c54x的流水线(pipeline)指令运算284

5-6-4 tms320c54x的外围电路285

5-6-5 一个良好的dsp开发软件286

5-7 新加坡商cypress 的第一个含有usb外围单片机287

5-7-1 usb接口简介291

5-7-2 新加坡cypress 的psoc单片机291

5-8 专为机电控制的tms320f24x dsp单片机简介294

5-9 练习..299

第6章 多重周期cpu的架构设计开发及模拟测试300

6-1 smcu的架构设计设置及模拟测试300

6-2 实际smcu 的40个指令以vhdl设计设置302

6-3 实际smcu 的测试程序编辑及其对应模拟波形314

6-4 smcu6的综合讨论322

6-5 加入一个16位乘或除16位运算的cpu324

6-5-1 以maxplus2的megawinzard plug瞚n manager建立乘除法器元件库325

6-5-2 引入乘除法器的电路描述326

6-5-3 引入乘除法器的电路模拟及测试330

6-6 讨论及实例332

第7章 mips单一执行周期cpu架构设计设置及模拟测试333

7-1 mips cpu的指令架构说明333

7-2 简化的mips cpu架构设计描述336

7-2-1 fetch取指指令运算描述337

7-2-2 decode指令解码运算描述339

7-2-3 control 控制信号的解码输出描述341

7-2-4 dmemory 数据寄存器的读写控制描述343

7-2-5 指令执行exe 的执行描述 344

7-2-6 完整的简化mips组构描述349

7-3 测试程序的编写356

7-4 在maxplus2的波形编辑模拟环境下作指令执行检测357

7-5 练习和实例363

第8章 流水线mips 设计及转移冒险的处理和测试365

8-1 简介365

8-2 mips流水线处理及设计描述367

8-2-1 mips流水线的取指fetch及程序计数器pc的运算370

8-2-2 mips流水线的指令解码id及寄存器内容的读写374

8-2-3 mips流水线的指令控制信号control输出电路设计描述378

8-2-4 mips流水线的指令执行execute电路设计描述381

8-2-5 mips流水线的数据存储器的读写控制dmemoryp电路设计描述386

8-2-6 mips流水线的整合描述mips2t.vhd的电路设计描述388

8-3 mips流水线cpu的功能模拟及检测394

8-4 流水线对应于数据序执行所产生的数据冒险(harzard)402

8-5 流水线数据冒险(harzard)自动处理的电路结构描述及检测408

8-5-1 在第4层的数据存储器读出lw运算流水线数据冒险自动处理416

8-5-2 如lw运算流水线数据冒险的stall寄存运算模拟测试421

8-6 练习与实例424

第9章 32位存储器及寄存器的流水线mips结构426

9-1 32位存储器及寄存器的流水线mips简介426

9-1-1 取指的ifetc2tt4.vhd的修改426

9-1-2 指令解码及寄存器的数据读写idecodtt4.vhd的修改427

9-1-3 数据存储器读写dmemoryt4.vhd的修改428

9-1-4 程序执行的executtt.vhd的修改428

9-1-5 主构mips4tt.vhd电路的描述430

9-1-6 程序执行模拟测试437

9-2 32位流水线及冒险处理的mips4tt.vhd电路特性443

9-3 lw运算流水线数据冒险做暂停stall处理444

9-4 练习与实例446

第10章 高级mcu结构分析及arm简介448

10-1 tms320c67x dsp单片机结构简介448

10-1-1 tms320c67x dsp单片机流水线运算结构简介451

10-1-2 tms320c6x 系列dsp单片机指令运算码455

10-2 当代极省电且为可变化指令架构的新一代cpu代表arm简介458

10-2-1 earm 7tdmi的特性458

10-2-2 arm 7tdmi的电路架构459

10-3 arm 7tdmi的指令运算架构462

10-4 arm 7tdmi的指令架构465

10-4-1 对应以2到3个运算寄存器作数据处理指令466

10-4-2 对应以寄存器作数据读写及寻址索引指令470

10-4-3 对应以寄存器进行半字符数据及带符号的数据读写及寻址索引指令474

10-4-4 寄存器群进行字符区块对应rn进行存储器间接寻址及索引内容数据读写475

10-4-5 以rn进行内存间接寻址读取数据写入rd后再被rm写入的swp指令478

10-4-6 arm的乘法器及其乘加器指令479

10-4-7 arm差值转移(branch),rx间接转移和pc连接(link)转移指令480

10-4-8 间接寻址内存数据与寄存器内容数据互换swp指令483

10-4-9 arm的软件中断swi指令483

10-4-10 arm的协同处理器(coprocessor)及其对应指令485

10-5 thumb 指令群488

10-5-1 thumb 的alu运算指令群491

10-5-2 thumb 的立即数据运算指令群493

10-5-3 thumb 的寄存器内容数据移位后的数据载存指令493

10-5-4 内存数据与寄存器内容数据载存指令495

10-5-5 以寄存器内容为内存寻址与寄存器内容作读写指令495

10-5-6 以sp(r13)内容为内存寻址与寄存器内容进行读写指令498

10-5-7 以sp(r13)或pc(r15)内容加上10位偏移值来设置寄存器指令499

10-5-8 连续的对应多个寄存器和内存执行数据存取和push/pop指令500

10-5-9 有条件和无条件的程序转移(branch)501

10-5-10 软件设置程序中断swi指令 503

10-6 涵盖arm的系统芯片soc简介503

10-6-1 atmel的at91m404xx系列嵌入式arm芯片504

10-6-2 ti的tms320vc5472系列嵌入式arm及dsp 54x系列soc芯片504

10-6-3 三星电子的ks320c5000系列嵌入式arm系统soc芯片507

10-7 练习...509