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全新基于FPGA与RISC-V的嵌入式系统设计顾长怡9787302545385
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章 概述1.1背景阐述1.2FPGA1.3RISC-V1.4小脚丫FPGA开发平台1.5C/C++,Make与工具链1.6嵌入式操作系统1.7Arduino集成开发环境1.8模块授权方式1.9PulseRainRTL库1.10资料来源1.11代码资源第2章 FPGA2.1FPGA背景概述2.2FPGA与数字芯片的异同2.2.1FPGA与数字芯片在设计流程上的异同2.2.2FPGA与数字芯片在功耗上的区别2..FPGA与数字芯片在能上的区别2.2.4逻辑设计规模的衡量单位2.2.5避免使用锁存器.FPGA与CPLD的区别2.4FPGA开发中硬件设计语言的选择2.4.1VHDL与System Verilog/Verilog2.4.2HLS2.4.3System C2.4.4Chisel/SpinalHDL2.5FPG的上内存2.6用FPGA实现双向同步SRAM接口2.7FPGA的DSP Block2.8时钟与复位2.9时钟域跨越2.9.1单个电平信号的时钟域跨越2.9.2单个脉冲信号的时钟域跨越2.9.3多比特总线的时钟域跨越2.10有限状态机的System Verilog模板2.11高速IO与源同步总线(Source Synchronous Bus)2.12FPGA在数字信号处理中的应用2.12.1数字滤波器2.12.24倍频采样2.1.复数乘法2.12.4补码,值饱和,负值,值,四舍五入2.12.5除法2.12.6正弦函数与余弦函数2.12.7CORDIC算法2.13技巧2.13.1寄存器重定时2.13.2异或树与多路复用器2.13.3虚拟输入输出2.13.4迁移路径2.14面积与能的平衡2.14.1流水线与并行2.14.2小面积设计2.14.3AT2定律2.15数字逻辑与处理器各自适用的领域第3章 RISC-V指令集3.1RISC-V的历史3.28051的CISC指令集与RISC-V的比较3.2.18051 指令集简介3.2.28051 指令集对处理器设计的负面影响3..RISC-V指令集对处理器设计的正面影响3.3RISC-V与RISC指令集的比较3.4RISC-V基础指令集(RV32I与RV32E)3.4.1RV32I与RV32E基础指令集简介3.4.2RISC-V地址空间3.4.3RV32I通用寄存器与函数调用约定3.4.4RV32I指令格式3.4.5RV32I算术与逻辑指令3.4.6控制转移指令3.4.7内存载入与存储指令3.4.8RV32I内存同步指令3.4.9控制与状态寄存器指令3.4.10环境调用与软件断点3.4.11基础指令集的面积优化方案3.5RISC-V扩展指令集3.5.1乘除法扩展(M Extension)3.5.2压缩指令集扩展3.6RISC-V特权架构3.6.1特权层级3.6.2控制状态寄存器3.6.3定时器3.6.4中断与异常3.6.5程序的调试第4章 设计基于RISC-V指令集的Soft-CPU4.12018 RISC-V Soft CPU Contest获奖作品:PulseRain Reindeer4.2适合于FPGA的设计目标4.3PulseRain Reindeer的设计策略4.4PulseRain Reindeer的RTL设计4.4.1与FPGA平台相关部分4.4.2独立于FPGA平台部分4.4.3通用寄存器的设计4.4.4CSR寄存器的实现4.4.5时钟定时器的实现4.4.6流水线的设计4.5处理器验的方式4.5.1黑盒(Black Box)测试与白盒(White Box)测试4.5.2用Verilator做处理器内核的黑盒验4.5.3用Modelsim做处理器的白盒验第5章 外围设备接口5.1UART5.2I2C和SMBus5.3SPI5.4PWM5.5microSD存储卡5.6PS/2接口5.7旋转编码器5.87段数码管显示器5.9USB5.10以太网第6章 嵌入式软件开发基础6.1目标文件格式6.2Link Script(编译用链接脚本)6.3工具链6.3.1readelf6.3.2objdump6.3.3objcopy6.4嵌入式系统中不错编程语言的选择6.5C语言在嵌入式系统中的应用6.5.1C语言的模块封装6.5.2C语言的内存对齐访问6.5.3C语言的静态编译检查6.5.4volatile与const6.6C++语言在嵌入式系统中的应用6.6.1C++语言的口水仗6.6.2C++语言对C的改进6.6.3C++语言引入的新概念和新方法6.7MAKE6.7.1支持增量编译的Makefile(Makefile for Incremental Build)6.7.2支持内核配置语言的Makefile第7章 嵌入式操作系统的移植7.1嵌入式操作系统的分类7.1.1裸金属系统7.1.2实时操作系统7.1.3通用操作系统7.2Zephyr操作系统的RISC-V移植7.2.1Zephyr操作系统简介7.2.2串行口的支持7..定时器的支持7.2.4中断的设置7.2.5修改编译链接选项7.2.6样本应用程序第8章 Arduino开发系统8.1Arduino的历史8.2Arduino的技术贡献8.3Arduino开发板8.4Arduino E集成开发环境和ArduinoLanguage8.4.1Arduino E集成开发环境的工作原理8.4.2Arduino Language8.5Arduino E集成开发环境下第三方开发包的使用和制作8.5.1Arduino E第三方开发包的使用8.5.2Arduino E第三方开发包的制作8.6Arduino E集成开发环境下第三方支持库的使用和制作8.6.1Arduino E第三方支持库的使用8.6.2Arduino E第三方支持库的制作第9章综合实验平台:小脚丫STEP FPGA开发板9.1STEP CYC10开发板简介9.2RISC-V for Step FPGA9.3动态内存的访问与时序约束9.3.1动态内存的9.3.2动态内存的时钟设置9.3.3动态内存的时序约束9.3.4动态内存的读写测试9.4处理器9.4.1用Verilator做9.4.2用Modelsim做9.5外围设备与中断9.5.1外围设备(RTL模块)与物理设备9.5.2中断映9.5.3中断处理程序9.6外围设备寄存器地址列表9.7串行口9.8GPIO9.95向按键9.107段管显示器9.11三轴加速度传感器(ADXL345)9.12开发板示范Sketch0章 知识产权保护10.1知识产权保护的方式10.2计算机指令集的知识产权保护10.3逆向工程10.4协议授权10.4.1GPL10.4.2LGPL10.4.3Apache10.4.4知识共享10.4.5双授权协议
顾长怡,1995年免试直升上海交通大本硕读班,1998年获计算机科学与工程士学,2001年获通信与信息系统工程硕士。同年赴美,在美国加州的多家高科技公司从事嵌入式系统和FPGA的开发工作,其间还曾获得美国南加州大学集成电路设计专业硕士。 对软硬件开发和数字信号处理有着丰富的业界经验。是美国PulseRain Technology公司的创始人。在2018年由RlSC-V会官方举办的优选首届RISC-V Soft CPU设计大赛中,主持设计的PulseRain Reindeer处理器内核在激烈的竞争中脱颖而出,荣获季军。在2019年以物联网安全为主题的第二届竞赛中,主持设计的PulseRain Rattlesnake处理器成功挫败了所有的黑客模拟攻击,并以综合而夺冠。 还是英文学术专著Building Embedded System-Programmable Hardware的作者(该书已由美国APress出版社于2016年出版),以及开源软硬件的狂热支持者。
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