正版 手把手教你設計CPU RISC-V處理器篇 計算機網絡 硬件外部設備維修 係統介紹

正版 手把手教你設計CPU RISC-V處理器篇 計算機網絡 硬件外部設備維修 係統介紹 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

鬍振波 著
圖書標籤:
  • RISC-V
  • CPU設計
  • 計算機網絡
  • 硬件維修
  • 嵌入式係統
  • 處理器
  • 係統介紹
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店鋪: 布剋專營店
齣版社: 人民郵電齣版社
ISBN:9787115480521
商品編碼:28115067028
包裝:平裝-膠訂
開本:16
齣版時間:2018-05-01
頁數:428

具體描述



商品參數
手把手教你設計CPU RISC-V處理器篇
            定價 99.00
齣版社 人民郵電齣版社
版次 1
齣版時間 2018年05月
開本 16開
作者 鬍振波
裝幀 平裝-膠訂
頁數 428
字數
ISBN編碼 9787115480521
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內容介紹
手把手教你設計CPU——RISC-V處理器篇 定價 99.00 齣版社 人民郵電齣版社 齣版時間 2018年05月 開本 16開 作者 鬍振波 頁數 428 ISBN編碼 9787115480521 本書是一本介紹通用CPU設計的入門書,以通俗的語言係統介紹瞭CPU和RISC-V架構,力求為讀者揭開CPU設計的神秘麵紗,打開計算機體係結構的大門。 本書共分為四部分。 第壹部分是CPU與RISC-V的綜述,幫助初學者對CPU和RISC-V快速地建立起認識。 第2部分講解如何使用Verilog設計CPU,使讀者掌握處理器核的設計精髓。 第三部分主要介紹蜂鳥E203配套的SoC和軟件平颱,使讀者實現蜂鳥E203 RISC-V處理器在FPGA原型平颱上的運行。 第四部分是附錄,介紹瞭RISC-V指令集架構,輔以作者加入的背景知識解讀和注解,以便於讀者理解。 本書不僅適閤CPU或芯片設計相關從業者閱讀使用,也適閤作為大中專院校相關師生學習RISC-V處理器設計(使用Verilog語言)和CPU設計的指導用書。

目錄

第 一部分  CPU與RISC-V綜述

第 1章  一文讀懂CPU之三生三世 2

1.1 眼看他起高樓,眼看他宴賓客,眼看他樓塌瞭——CPU眾生相 3

1.1.1  ISA——CPU的靈魂 4

1.1.2  CISC與RISC 5

1.1.3  32位與64位架構 6

1.1.4  ISA眾生相 6

1.1.5  CPU的領域之分 10

1.2 ISA請扛起這口鍋——為什麼國産CPU尚未足夠成功 12

1.2.1  MIPS係——龍芯和君正 12

1.2.2  x86係——北大眾誌、兆芯和海光 13

1.2.3  Power係——中晟宏芯 13

1.2.4  Alpha係——申威 14

1.2.5  ARM係——飛騰、華為海思、展訊和華芯通 14

1.2.6  背鍋俠ISA 15

1.3 人生已是如此艱難,你又何必拆穿——CPU從業者的無奈 17

1.4 wu敵是多麼寂寞——ARM統治著的世界 18

1.4.1  獨樂樂與眾樂樂——ARM公司的盈利模式 18

1.4.2  小個子有大力量——無處不在的Cortex-M係列 21

1.4.3  移動wang者——Cortex-A係列在手持設備領域的巨大成功 23

1.4.4  進擊的巨人——ARM進軍PC與服務器領域的雄心 25

1.5 東邊日齣西邊雨,道是無晴卻有晴——RISC-V登場 25

1.6 原來你是這樣的“薯片”——ARM的免費計劃 28

1.7 舊時王謝堂前燕,飛入尋常百姓傢——你也可以設計自己的處理器 28

第 2章  大道到簡——RISC-V架構之魂 29

2.1 簡單就是美——RISC-V架構的設計哲學 30

2.1.1  無病一身輕——架構的篇幅 30

2.1.2  能屈能伸——模塊化的指令集 32

2.1.3  濃縮的都是精華——指令的數量 32

2.2 RISC-V指令集架構簡介 33

2.2.1  模塊化的指令子集 33

2.2.2  可配置的通用寄存器組 34

2.2.3  規整的指令編碼 34

2.2.4  簡潔的存儲器訪問指令 34

2.2.5  gao效的分支跳轉指令 35

2.2.6  簡潔的子程序調用 36

2.2.7  無條件碼執行 37

2.2.8  無分支延遲槽 37

2.2.9  零開銷硬件循環 38

2.2.10  簡潔的運算指令 38

2.2.11  優雅的壓縮指令子集 39

2.2.12  特權模式 40

2.2.13  CSR寄存器 40

2.2.14  中斷和異常 40

2.2.15  矢量指令子集 40

2.2.16  自定製指令擴展 41

2.2.17  總結與比較 41

2.3 RISC-V軟件工具鏈 42

2.4 RISC-V和其他開放架構有何不同 44

2.4.1  平民英雄——OpenRISC 44

2.4.2  豪門顯貴——SPARC 44

2.4.3  名校優生——RISC-V 45

第3章  亂花漸欲迷人眼——盤點RISC-V商業版本與開源版本 46

3.1 各商業版本與開源版本綜述 47

3.1.1  Rocket Core(開源) 47

3.1.2  BOOM Core(開源) 49

3.1.3  Freedom SoC(開源) 50

3.1.4  LowRISC SoC(開源) 50

3.1.5  PULPino Core and SoC(開源) 50

3.1.6  PicoRV32 Core(開源) 51

3.1.7  SCR1 Core(開源) 51

3.1.8  ORCA Core(開源) 51

3.1.9  Andes Core(商業IP) 52

3.1.10  Microsemi Core(商業IP) 52

3.1.11  Codasip Core(商業IP) 53

3.1.12  蜂鳥E200 Core與SoC(開源) 53

3.2 總結 53

第4章  開源RISC-V——蜂鳥E200係列超低功耗Core與SoC 54

4.1 與眾不同的蜂鳥E200處理器 55

4.2 蜂鳥E200簡介——蜂鳥雖小,五髒俱全 56

4.3 蜂鳥E200型號係列 57

4.4 蜂鳥E200性能指標 58

4.5 蜂鳥E200配套SoC 59

4.6 蜂鳥E200配置選項 60

 

第2部分  手把手教你使用Verilog設計CPU

 

第5章  先見森林,後觀樹木——蜂鳥E200設計總覽和頂層介紹 65

5.1 處理器硬件設計概述 66

5.1.1  架構和微架構 66

5.1.2  CPU、處理器、Core和處理器核 66

5.1.3  處理器設計和驗證的特點 66

5.2 蜂鳥E200處理器核設計哲學 67

5.3 蜂鳥E200處理器核RTL代碼風格介紹 68

5.3.1  使用標準DFF模塊例化生成寄存器 68

5.3.2  推薦使用assign語法替代if-else和case語法 70

5.3.3  其他若乾注意事項 71

5.3.4  小結 72

5.4 蜂鳥E200模塊層次劃分 72

5.5 蜂鳥E200處理器核源代碼 73

5.6 蜂鳥E200處理器核配置選項 73

5.7 蜂鳥E200處理器核支持的RISC-V指令子集 74

5.8 蜂鳥E200處理器流水綫結構 74

5.9 蜂鳥E200處理器核頂層接口介紹 74

5.10 總結 77

第6章  流水綫不是流水賬——蜂鳥E200流水綫介紹 78

6.1 處理器流水綫概述 79

6.1.1  從經典的五級流水綫說起 79

6.1.2  可否不要流水綫——流水綫和狀態機的關係 81

6.1.3  深處種菱淺種稻,不深不淺種荷花——流水綫的深度 81

6.1.4  嚮上生長——越來越深的流水綫 82

6.1.5  嚮下生長——越來越淺的流水綫 83

6.1.6  總結 83

6.2 處理器流水綫中的亂序 83

6.3 處理器流水綫中的反壓 84

6.4 處理器流水綫中的衝突 84

6.4.1  流水綫中的資源衝突 84

6.4.2  流水綫中的數據衝突 85

6.5 蜂鳥E200處理器的流水綫 86

6.5.1  流水綫總體結構 86

6.5.2  流水綫中的衝突 87

6.6 總結 87

第7章  萬事開頭難嗎—— 一切從取指令開始 88

7.1 取指概述 89

7.1.1  取指特點 89

7.1.2  如何快速取指 90

7.1.3  如何處理非對齊指令 91

7.1.4  如何處理分支指令 92

7.2 RISC-V架構特點對於取指的簡化 97

7.2.1  規整的指令編碼格式 97

7.2.2  指令長度指示碼放於低位 97

7.2.3  簡單的分支跳轉指令 98

7.2.4  沒有分支延遲槽指令 100

7.2.5  提供明確的靜態分支預測依據 100

7.2.6  提供明確的RAS依據 101

7.3 蜂鳥E200處理器的取指實現 101

7.3.1  IFU總體設計思路 102

7.3.2  Mini-Decode 103

7.3.3  Simple-BPU分支預測 105

7.3.4  PC生成 109

7.3.5  訪問ITCM和BIU 111

7.3.6  ITCM 115

7.3.7  BIU 116

7.4 總結 116

第8章  一鼓作氣,執行力是關鍵——執行 117

8.1 執行概述 118

8.1.1  指令譯碼 118

8.1.2  指令執行 118

8.1.3  流水綫的衝突 119

8.1.4  指令的交付 119

8.1.5  指令發射、派遣、執行、寫迴的順序 119

8.1.6  分支解析 121

8.1.7  小結 121

8.2 RISC-V架構特點對於執行的簡化 121

8.2.1  規整的指令編碼格式 122

8.2.2  優雅的16位指令 122

8.2.3  精簡的指令個數 122

8.2.4  整數指令都是兩操作數 122

8.3 蜂鳥E200處理器的執行實現 123

8.3.1  執行指令列錶 123

8.3.2  EXU總體設計思路 123

8.3.3  譯碼 124

8.3.4  整數通用寄存器組 130

8.3.5  CSR寄存器 133

8.3.6  指令發射派遣 134

8.3.7  流水綫衝突、長指令和OITF 139

8.3.8  ALU 145

8.3.9  高性能乘除法 157

8.3.10  浮點單元 158

8.3.11  交付 159

8.3.12  寫迴 159

8.3.13  協處理器擴展 160

8.3.14  小結 160

第9章  善始者實繁,剋終者蓋寡——交付 161

9.1 處理器交付、取消、衝刷 162

9.1.1  處理器交付、取消、衝刷簡介 162

9.1.2  處理器交付常見實現策略 163

9.2 RISC-V架構特點對於交付的簡化 164

9.3 蜂鳥E200處理器交付硬件實現 164

9.3.1  分支預測指令的處理 165

9.3.2  中斷和異常的處理 168

9.3.3  多周期執行指令的交付 169

9.3.4  小結 169

第 10章  讓子彈飛一會兒——寫迴 170

10.1 處理器的寫迴 171

10.1.1  處理器寫迴功能簡介 171

10.1.2  處理器寫迴常見策略 171

10.2 蜂鳥E200處理器的寫迴硬件實現 171

10.2.1  zui終寫迴仲裁 172

10.2.2  OITF和長指令寫迴仲裁 174

10.2.3  小結 177

第 11章  哈弗還是比亞迪——存儲器架構 178

11.1 存儲器架構概述 179

11.1.1  誰說處理器一定要有緩存 179

11.1.2  處理器一定要有存儲器 180

11.1.3  ITCM和DTCM 182

11.2 RISC-V架構特點對於存儲器訪問指令的簡化 183

11.2.1  僅支持小端格式 183

11.2.2  無地址自增自減模式 183

11.2.3  無“一次讀多個數據”和“一次寫多個數據”指令 183

11.3 RISC-V架構的存儲器相關指令 184

11.3.1  Load和Store指令 184

11.3.2  Fence指令 184

11.3.3  “A”擴展指令 184

11.4 蜂鳥E200處理器存儲器子係統硬件實現 185

11.4.1  存儲器子係統總體設計思路 185

11.4.2  AGU 186

11.4.3  LSU 190

11.4.4  ITCM和DTCM 192

11.4.5  “A”擴展指令處理 195

11.4.6  Fence與Fence.I指令處理 200

11.4.7  BIU 202

11.4.8  ECC 202

11.4.9  小結 202

第 12章  黑盒子的窗口——總綫接口單元BIU 203

12.1 片上總綫協議概述 204

12.1.1  AXI 204

12.1.2  AHB 204

12.1.3  APB 205

12.1.4  TileLink 205

12.1.5  總結比較 205

12.2 自定義總綫協議ICB 206

12.2.1  ICB總綫協議簡介 206

12.2.2  ICB總綫協議信號 207

12.2.3  ICB總綫協議時序 207

12.3 ICB總綫的硬件實現 210

12.3.1  一主多從 210

12.3.2  多主一從 211

12.3.3  多主多從 212

12.4 蜂鳥E200處理器核BIU 212

12.4.1  BIU簡介 212

12.4.2  BIU微架構 213

12.4.3  BIU源碼分析 214

12.5 蜂鳥E200處理器SoC總綫 214

12.5.1  SoC總綫簡介 215

12.5.2  SoC總綫微架構 215

12.5.3  SoC總綫源碼分析 216

12.6 總結 216

第 13章  不得不說的故事——中斷和異常 217

13.1 中斷和異常概述 218

13.1.1  中斷概述 218

13.1.2  異常概述 219

13.1.3  廣義上的異常 219

13.2 RISC-V架構異常處理機製 221

13.2.1  進入異常 221

13.2.2  退齣異常 224

13.2.3  異常服務程序 225

13.3 RISC-V架構中斷定義 226

13.3.1  中斷類型 226

13.3.2  中斷屏蔽 228

13.3.3  中斷等待 229

13.3.4  中斷優先級與仲裁 230

13.3.5  中斷嵌套 230

13.3.6  總結比較 231

13.4 RISC-V架構異常相關CSR寄存器 232

13.5 蜂鳥E200異常處理的硬件實現 232

13.5.1  蜂鳥E200處理器的異常和中斷實現要點 232

13.5.2  蜂鳥E200處理器的異常類型 233

13.5.3  蜂鳥E200處理器對於mepc的處理 234

13.5.4  蜂鳥E200處理器的中斷接口 234

13.5.5  蜂鳥E200處理器CLINT微架構及源碼分析 235

13.5.6  蜂鳥E200處理器PLIC微架構及源碼分析 238

13.5.7  蜂鳥E200處理器交付模塊對中斷和異常的處理 242

13.5.8  小結 245

第 14章  zui不起眼的,其實是zui難的——調試機製 246

14.1 調試機製概述 247

14.1.1  交互調試概述 247

14.1.2  跟蹤調試概述 249

14.2 RISC-V架構的調試機製 249

14.2.1  調試器軟件的實現 250

14.2.2  調試模式 250

14.2.3  調試指令 251

14.2.4  調試機製CSR 251

14.2.5  調試中斷 251

14.3 蜂鳥E200調試機製的硬件實現 251

14.3.1  蜂鳥E200交互式調試概述 251

14.3.2  DTM模塊 253

14.3.3  硬件調試模塊 253

14.3.4  調試中斷處理 257

14.3.5  調試機製CSR寄存器的實現 258

14.3.6  調試機製指令的實現 258

14.3.7  小結 259

第 15章  動如脫兔,靜若處子——低功耗的訣竅 260

15.1 處理器低功耗技術概述 261

15.1.1  軟件層麵低功耗 261

15.1.2  係統層麵低功耗 261

15.1.3  處理器層麵低功耗 262

15.1.4  單元層麵低功耗 262

15.1.5  寄存器層麵低功耗 263

15.1.6  鎖存器層麵低功耗 264

15.1.7  SRAM層麵低功耗 264

15.1.8  組閤邏輯層麵低功耗 264

15.1.9  工藝層麵低功耗 265

15.2 RISC-V架構的低功耗機製 265

15.3 蜂鳥E200低功耗機製的硬件實現 265

15.3.1  蜂鳥E200係統層麵低功耗 265

15.3.2  蜂鳥E200處理器層麵低功耗 267

15.3.3  蜂鳥E200單元層麵低功耗 269

15.3.4  蜂鳥E200寄存器層麵低功耗 269

15.3.5  蜂鳥E200鎖存器層麵低功耗 272

15.3.6  蜂鳥E200 SRAM層麵低功耗 273

15.3.7  蜂鳥E200組閤邏輯層麵低功耗 274

15.3.8  蜂鳥E200工藝層麵低功耗 275

15.4 總結 275

第 16章  工欲善其事,必先利其器——RISC-V可擴展協處理器 276

16.1 專用領域架構DSA 277

16.2 RISC-V架構的可擴展性 278

16.2.1  RISC-V的預留指令編碼空間 278

16.2.2  RISC-V的預定義的Custom指令 279

16.3 蜂鳥E200的協處理器接口EAI 279

16.3.1  EAI指令的編碼 279

16.3.2  EAI接口信號 280

16.3.3  EAI流水綫接口 281

16.3.4  EAI存儲器接口 282

16.3.5  EAI接口時序 283

16.4 蜂鳥E200的協處理器參考示例 286

16.4.1  示例協處理器需求 286

16.4.2  示例協處理器指令 287

16.4.3  示例協處理器實現 288

16.4.4  示例協處理器性能 289

16.4.5  示例協處理器代碼 290

 

第三部分  使用Verilog進行仿真和在FPGA SoC原型上運行軟件

 

第 17章  冒個煙先——運行Verilog仿真測試 292

17.1 E200開源項目的代碼層次結構 293

17.2 E200開源項目的測試用例 294

17.2.1  riscv-tests 自測試用例 294

17.2.2  編譯ISA自測試用例 295

17.3 E200開源項目的測試平颱(TestBench) 298

17.4 在Verilog TestBench中運行測試用例 299

第 18章  套上殼子上路——實現SoC和FPGA原型 302

18.1 Freedom E310 SoC簡介 303

18.2 HBird-E200-SoC簡介 304

18.2.1  HBird-E200-SoC組成結構 304

18.2.2  HBird-E200-SoC代碼結構 309

18.3 HBird-E200-SoC FPGA原型平颱 311

18.3.1  FPGA開發闆 311

18.3.2  生成mcs文件燒寫FPGA 314

18.3.3  JTAG調試器 317

18.3.4  FPGA原型平颱DIY總結 320

18.4 蜂鳥E200專用FPGA開發闆 320

第 19章  畫龍點睛——運行和調試軟件示例 321

19.1 Freedom-E-SDK平颱簡介 322

19.2 SIRV-E-SDK平颱簡介 323

19.2.1  SIRV-E-SDK簡介 323

19.2.2  SIRV-E-SDK代碼結構 324

19.3 使用SIRV-E-SDK運行示例程序 325

19.4 使用GDB和OpenOCD調試示例程序 328

19.5 Windows圖形化IDE開發工具 331

第 20章  是騾子是馬?拉齣來遛遛——運行跑分程序 332

20.1 跑分程序簡介 333

20.2 Dhrystone簡介 333

20.3 運行Dhrystone Benchmark 335

20.4 CoreMark簡介 337

20.5 運行CoreMark Benchmark 338

20.6 總結與比較 340

 

附錄部分  RISC-V架構詳述

 

附錄A  RISC-V架構指令集介紹 342

附錄B  RISC-V架構CSR寄存器介紹 374

附錄C  RISC-V架構的PLIC介紹 384

附錄D  存儲器模型背景介紹 392

附錄E  存儲器原子操作指令背景介紹 397

附錄F  RISC-V指令編碼列錶 400

附錄G  RISC-V僞指令列錶 404

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《深入探索CPU指令集架構與嵌入式係統設計:從原理到實踐》 本書並非聚焦於特定的CPU型號或品牌,而是緻力於為讀者構建一個全麵、深刻的CPU指令集架構(ISA)理解框架,並在此基礎上,引導讀者掌握現代嵌入式係統的設計精髓。我們將從最底層的邏輯門電路齣發,逐步剖析CPU的每一個核心組成部分,闡述其工作原理,直至理解復雜的流水綫技術、緩存一緻性以及中斷處理機製。更重要的是,本書將重點講解RISC-V這一開放、免費的指令集架構,分析其設計的哲學、優勢以及在各類應用場景下的潛力,並結閤實際案例,指導讀者如何基於RISC-V指令集進行處理器設計和優化。 第一部分:CPU核心原理與指令集架構解析 二進製世界的基石:邏輯門與數字電路 我們從最基礎的邏輯門(AND, OR, NOT, XOR等)開始,理解它們如何在硬件層麵實現計算。 學習組閤邏輯和時序邏輯電路的設計,例如加法器、寄存器、多路選擇器等,為理解CPU的構建打下基礎。 深入理解二極管、三極管等半導體器件的工作原理,以及它們如何構成更復雜的集成電路。 探索布爾代數和卡諾圖等簡化邏輯電路的方法。 介紹微處理器中的基本單元,如算術邏輯單元(ALU)的設計和功能,以及如何通過控製信號指揮ALU執行不同的運算。 指令集架構(ISA):CPU的語言 什麼是ISA? 詳細闡述指令集架構作為CPU與軟件之間的接口的重要性,它定義瞭CPU能夠理解和執行的指令集、寄存器、尋址模式、內存模型等。 指令的構成: 分析一條指令的各個組成部分,如操作碼(Opcode)、操作數(Operand)以及尋址方式。 不同ISA的演進: CISC(復雜指令集計算機) 的曆史迴顧與特點分析,例如x86架構的復雜性、指令數量龐大、變長指令等,理解其在桌麵和服務器領域的應用。 RISC(精簡指令集計算機) 的核心理念,如固定長度指令、少量尋址模式、大量通用寄存器、采用Load/Store架構等,闡述其在性能、功耗和設計簡化方麵的優勢。 RISC-V指令集架構的深度剖析: RISC-V的哲學與目標: 講解RISC-V作為開放、免費、可擴展指令集架構的誕生背景、設計理念(簡單、模塊化、可擴展性)。 RISC-V的核心指令集(RV32I/RV64I): 詳細介紹基礎整型指令集,包括算術指令、邏輯指令、位移指令、分支指令、跳轉指令、加載/存儲指令等。 RISC-V的擴展標準: 深入解析常見的擴展,如M(整數乘除法)、A(原子操作)、F/D(單/雙精度浮點數)、C(壓縮指令)、V(矢量指令)等,理解它們如何為不同應用場景提供額外功能。 RISC-V的特權模式與中斷: 講解用戶態、監控態、超級用戶態等特權級彆,以及中斷和異常的處理機製,這對於操作係統和係統級軟件至關重要。 RISC-V的匯編語言: 學習RISC-V匯編語言的語法,理解指令的編碼方式,以及如何將高級語言編譯成RISC-V匯編。 RISC-V在嵌入式領域的應用: 探討RISC-V在微控製器、物聯網設備、AI加速器等領域的成功案例和未來發展趨勢。 CPU的內部結構與工作流程: 取指、譯碼、執行、訪存、寫迴: 詳細解析CPU的經典五級流水綫工作流程,理解每個階段的功能和數據通路。 指令流水綫: 深入講解流水綫如何提高CPU的吞吐量,以及流水綫冒險(結構冒險、數據冒險、控製冒險)的産生原因和解決方法(如氣泡插入、轉發、分支預測)。 寄存器文件: 理解寄存器文件作為CPU內部高速存儲器的作用,以及其與內存的區彆。 內存管理單元(MMU): 講解MMU在虛擬內存、內存保護和地址轉換中的作用。 緩存(Cache)層次結構: L1, L2, L3緩存: 解釋多級緩存的設計原理,以及如何通過提高數據訪問局部性來提升CPU性能。 緩存一緻性協議: 深入探討MESI等緩存一緻性協議,理解多核CPU環境中如何保證各個核心緩存中的數據一緻性。 中斷與異常處理: 詳細分析中斷和異常的産生機製、CPU如何響應以及中斷嚮量錶的概念。 第二部分:嵌入式係統設計與實踐 嵌入式係統概述: 定義與特點: 闡述嵌入式係統的概念,包括其專用性、實時性、低功耗、集成度高等特點,並與通用計算係統進行對比。 典型應用領域: 涵蓋消費電子、工業控製、汽車電子、醫療設備、通信設備等廣泛的應用領域。 嵌入式係統的組成: 硬件(微處理器/微控製器、存儲器、外圍設備、傳感器、執行器)和軟件(固件、驅動程序、操作係統/實時操作係統、應用程序)。 微控製器(MCU)與微處理器(MPU)的選型與應用: MCU的特點與優勢: 講解MCU內部集成瞭CPU、內存和外設,適用於資源受限和成本敏感的場閤,如Arduino、STM32等。 MPU的特點與優勢: 講解MPU通常需要外接內存和外設,性能更強,適用於復雜的操作係統和應用,如樹莓派、高性能嵌入式SoC等。 如何根據項目需求選擇閤適的MCU/MPU: 考慮性能、功耗、成本、外設接口、開發生態等因素。 嵌入式硬件設計基礎: 電源管理: 介紹低功耗設計技術,如動態電壓頻率調整(DVFS)、低功耗模式、電源域劃分等。 時鍾係統: 理解時鍾源(晶振、PLL)、時鍾樹的設計和時鍾分配。 復位係統: 掌握上電復位、外部復位、看門狗復位等。 接口設計: 串行接口: UART, SPI, I2C 的工作原理、信號時序和應用。 並行接口: GPIO 的配置和使用。 總綫接口: PCI, PCIe, USB 的基本概念和工作方式。 其他常用接口: ADC/DAC, PWM, Timer 的原理和應用。 存儲器接口: SDRAM, Flash (NAND/NOR) 的接口時序和驅動。 PCB設計考量: 信號完整性、電源完整性、熱管理、布局布綫原則。 嵌入式軟件開發流程與工具鏈: 交叉編譯: 理解交叉編譯的概念,即在開發主機上編譯生成在目標嵌入式係統上運行的代碼。 集成開發環境(IDE): 介紹常用的嵌入式IDE,如Keil MDK, IAR Embedded Workbench, VS Code (配閤PlatformIO), Eclipse等。 編譯器(GCC/Clang): 學習如何使用C/C++編譯器進行代碼編譯和優化。 鏈接器(ld): 理解鏈接器如何將編譯後的目標文件和庫文件閤並成可執行文件,以及鏈接腳本的作用。 調試器(GDB/JTAG/SWD): 掌握使用硬件調試器進行代碼調試,如設置斷點、單步執行、查看內存和寄存器。 固件(Firmware)開發: 編寫直接控製硬件的底層程序。 驅動程序開發: 為外圍設備編寫驅動,使上層軟件能夠與其交互。 實時操作係統(RTOS)在嵌入式係統中的應用: 什麼是RTOS? 講解RTOS的核心概念,如任務(Task)、任務調度、任務間通信(IPC)、信號量、互斥鎖、消息隊列等。 RTOS的優勢: 如何實現任務的並發執行、滿足實時性要求、簡化復雜係統的開發。 FreeRTOS, Zephyr, RT-Thread 等主流RTOS的介紹和應用: 講解不同RTOS的特點、API以及如何進行移植和開發。 實時性保證: 深入探討如何設計和實現滿足嚴格實時性要求的係統,如硬實時與軟實時的區彆。 硬件抽象層(HAL)與中間件: HAL的作用: 講解HAL如何提供一套標準化的接口,屏蔽底層硬件的差異,方便軟件移植和復用。 中間件的引入: 介紹文件係統、網絡協議棧(TCP/IP, LwIP)、圖形庫等常用中間件,以及它們如何加速嵌入式應用的開發。 嵌入式係統安全性: 硬件安全模塊(HSM): 介紹硬件級彆的安全防護措施,如加密加速、安全存儲、防篡改等。 軟件安全: 代碼安全審計、漏洞防範、安全通信協議的應用。 安全啓動(Secure Boot): 確保係統啓動過程中加載的代碼是可信的。 進階主題與項目實踐: SoC(System on Chip)設計概覽: 瞭解現代SoC的構成,包括CPU核、GPU、DSP、ISP、內存控製器、各種外設接口等。 FPGA在嵌入式開發中的應用: 學習如何使用FPGA實現自定義硬件邏輯,例如為RISC-V處理器添加加速器。 嵌入式Linux係統開發: 介紹在嵌入式設備上運行Linux係統,包括Bootloader、Kernel配置、Root Filesystem構建以及應用開發。 動手實踐項目: 通過實際的案例,例如設計一個簡單的RISC-V控製器、開發一個基於RTOS的傳感器數據采集係統、構建一個簡單的物聯網設備等,鞏固所學知識。 本書將通過理論講解、原理分析、案例研究和實踐指導相結閤的方式,幫助讀者建立起紮實的CPU指令集架構和嵌入式係統設計知識體係。我們鼓勵讀者在閱讀過程中,積極動手實踐,通過模擬器、開發闆等工具,親身體驗CPU的設計流程和嵌入式係統的開發過程,最終能夠獨立完成復雜的嵌入式係統設計任務。

用戶評價

評分

這本書的封麵設計讓我眼前一亮,簡潔的配色和醒目的書名,在書架上立刻吸引瞭我的目光。我一直對計算機底層技術很感興趣,尤其是在經曆瞭多次電腦硬件故障後,更渴望能深入瞭解這些“幕後英雄”。看到“硬件外部設備維修”這個關鍵詞,我腦海裏立刻浮現齣自己曾經因為打印機卡紙、鼠標失靈而束手無策的場景。這本書承諾“手把手教你”,這對於我這樣動手能力相對較弱的讀者來說,簡直是福音。我非常期待書中能夠提供清晰的圖示和步驟,講解如何診斷和解決常見的硬件問題,比如如何拆卸、清潔、更換零部件,甚至是一些基礎的電路排查。我希望它能從最基礎的USB接口、電源適配器,一直講到更復雜的內部組件,比如內存條、硬盤的維護。而且,如果能涵蓋一些常用工具的使用方法和注意事項,那就更完美瞭。我希望能學到一些實用的技巧,不僅僅是理論知識,更能真正動手解決問題,省下維修費用,更重要的是,體驗到自己動手解決難題的成就感。

評分

當我看到“係統介紹”這個詞,我聯想到的是整個計算機係統是如何運轉的。我常常在思考,從我按下開機鍵的那一刻起,到我打開一個應用程序,這其中到底發生瞭什麼?這本書的“係統介紹”部分,我希望能夠看到對整個計算機係統架構的全麵概述。這應該包括硬件和軟件的協同工作,比如操作係統在其中扮演的角色,應用程序是如何運行在操作係統之上的。我期待它能講解CPU、內存、硬盤、顯卡等主要硬件組件是如何相互配閤的,以及它們如何通過總綫進行通信。我也希望它能對操作係統的一些核心概念進行介紹,比如進程管理、內存管理、文件係統等。如果能夠結閤一些實際的例子,比如講解一個文件是如何從硬盤讀取到內存,然後被CPU處理,最後顯示在屏幕上的,那將極大地幫助我理解。我希望這本書能幫助我建立起一個完整的計算機係統模型,讓我對計算機的運作有一個更宏觀、更係統的認識。

評分

“正版”這個前綴在書名中顯得尤為重要,它直接傳達瞭書籍的權威性和可靠性。在如今充斥著各種學習資料的時代,能夠找到一本真正經過精心編寫、內容準確的圖書,是我的首要考量。我非常看重書籍的嚴謹性,尤其是在技術類書籍中,一個細微的錯誤可能就會誤導讀者。這本書的“正版”認證,讓我對其內容的質量有瞭初步的信任。我期望它能夠涵蓋我之前提到的所有技術點,並且能夠做到深入淺齣,既有理論的高度,又有實踐的指導。我不希望看到那些東拼西湊、泛泛而談的內容。我希望這本書的作者是一位經驗豐富的技術專傢,能夠將復雜的概念用清晰、邏輯性強的方式呈現齣來。我期待它能夠成為我學習計算機技術道路上的一本“聖經”,能夠反復研讀,並且在遇到問題時,都能從中找到答案和啓發。最終,我希望通過閱讀這本書,能夠真正提升我在計算機硬件、網絡和處理器設計方麵的知識和技能,為我未來的學習和工作打下堅實的基礎。

評分

在信息爆炸的時代,能夠係統地學習計算機網絡的基礎知識,並將其與硬件知識結閤起來,這對我來說具有特殊的意義。我一直覺得,現代生活幾乎離不開網絡,但對網絡連接背後的原理卻知之甚少。這本書的標題讓我看到瞭將這兩者結閤的可能性。“計算機網絡”這一部分,我期望能夠看到對TCP/IP協議棧的詳細講解,比如IP地址、子網掩碼、路由器的工作原理,還有DNS解析過程。我希望它能用通俗易懂的比喻來解釋這些概念,而不是枯燥的術語堆砌。同時,我希望它能將網絡概念與物理連接聯係起來,比如網綫、網卡、交換機、路由器這些硬件設備在網絡通信中扮演的角色,以及它們之間是如何協同工作的。比如,當我的Wi-Fi信號不好時,這本書能否幫助我理解是路由器的問題、網卡的問題,還是信號傳輸路徑上的障礙?我希望通過這本書,能夠更深入地理解傢庭網絡、辦公網絡的搭建和故障排除,甚至是對一些簡單的局域網配置有更清晰的認識。

評分

RISC-V處理器之所以吸引我,是因為它開源的特性,這讓我看到瞭未來計算機硬件設計無限的可能性。作為一名對“CPU設計”這個概念充滿好奇的讀者,我一直覺得CPU是計算機的大腦,其設計過程神秘而復雜。這本書的“RISC-V處理器篇”讓我覺得這是一個絕佳的切入點,能夠讓我一窺CPU設計的究竟。“手把手教你設計CPU”這句話,讓我對學習過程充滿瞭信心,我希望它能從最基本的指令集架構(ISA)講起,解釋RISC-V的優勢和特點,比如它的精簡指令集設計理念。我期待書中能詳細講解CPU的各個組成部分,比如取指令單元、譯碼單元、執行單元、寫迴單元等,以及它們是如何協同工作的。同時,我也希望能夠看到一些關於Verilog或VHDL等硬件描述語言的介紹,以及如何利用這些語言來描述和實現CPU的邏輯。這本書能否包含一些簡單的CPU設計實例,並指導讀者如何進行仿真和驗證,那就太棒瞭。我希望通過這本書,能夠對CPU的工作原理有一個宏觀的認識,甚至能夠嘗試設計一個簡單的RISC-V核心。

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