計算機系統能力培養綜合實踐

《計算機系統能力培養綜合實踐》是2021年清華大學出版社出版的一部作品，作者為胡迪青，邵志遠 主編；秦磊華，譚志虎，吳非，胡侃 編著。

基本介紹

• 中文名：計算機系統能力培養綜合實踐
• 作者：胡迪青、邵志遠
• 出版時間：2021年8月1日
• 出版社：清華大學出版社出版
• ISBN：9787302583653
• 定價：39 元

圖書內容

計算機系統能力是指能自覺運用系統觀理解計算機系統的整體性、關聯性、層次性、動態性和開放性，並利用系統化方法掌握計算機軟硬體協同工作及相互作用機制的能力。

目錄

第1章實驗1： 硬體平台搭建的實踐準備1

1.1實驗目的1

1.2實驗內容1

1.2.1開發環境搭建1

1.2.2燒寫現成的硬體平台比特流檔案8

1.2.3MIPSfpga處理器程式編譯、下載、運行及調試11

1.3實驗背景及原理13

1.3.1Vivado集成開發環境13

1.3.2OpenOCD和JTAG工作原理15

1.3.3MIPS交叉編譯環境20

1.3.4MIPS GDB調試工具20

第2章實驗2： 基於MIPSfpga的硬體平台搭建22

2.1實驗目的22

2.2實驗內容22

2.2.1基於MIPSfpga處理器的最簡系統搭建22

2.2.2MIPSfpga處理器硬體平台擴展42

2.2.3硬體平台測試及程式運行與調試52

2.3實驗背景及原理53

2.3.1MIPSfpga處理器簡介53

2.3.2基於AXI4接口模組的MIPSfpga處理器系統61

第3章實驗3： 自定製接口模組的設計63

3.1實驗目的63

3.2實驗內容63

3.2.1基於AXI4匯流排接口的自定製外設模組封裝63

3.2.2在MIPSfpga硬體平台中使用自定製模組71

3.2.3MIPSfpga硬體平台測試72

3.3實驗背景及源碼73

3.3.1AXI匯流排協定73

3.3.2PWM_w_Int_v1_0模組部分源碼81

3.3.3PWM_w_Int_v1_0_S00_AXI模組部分源碼82

3.3.4PWM_Controller_Int模組部分源碼82

第4章實驗4： MIPSfpga硬體平台的中斷84

4.1實驗目的84

4.2實驗內容84

4.2.1MIPSfpga硬體平台中斷兼容模式實現84

4.2.2MIPSfpga處理器硬體平台中斷兼容模式測試85

4.2.3MIPSfpga硬體平台外部中斷控制器模式實現86

4.2.4MIPSfpga硬體平台外部中斷控制器模式測試89

4.2.5在MIPSfgpa硬體平台載入BootLoader90

4.3實驗背景及原理91

4.3.1中斷概述91

4.3.2MIPSfpga處理器中斷機制92

4.3.3AXI4中斷控制器模組99

第5章實驗5： Hosmips作業系統的構建與運行104

5.1實驗目的104

5.2實驗內容104

5.2.1安裝開發環境104

5.2.2構建Hosmips鏡像113

5.2.3運行Hosmips系統 114

5.3實驗背景及原理117

5.3.1Hosmips簡介117

5.3.2相關軟體工具118

5.3.3Hosmips調試118

第6章實驗6： Hosmips集成開發調試環境安裝121

6.1實驗目的121

6.2實驗內容121

6.2.1安裝VSCode121

6.2.2使用VSCode編輯、構建和調試Hosmips122

6.3實驗背景及原理124

6.3.1Hosmips的構建過程124

6.3.2Hosmips的載入和調試137

第7章實驗7： 從核心到套用139

7.1實驗目的139

7.2實驗內容139

7.2.1添加“Hello world!”套用139

7.2.2添加系統調用139

7.2.3顯示記憶體空閒頁面數量140

7.3實驗背景及原理141

7.3.1Hosmips作業系統的特權態141

7.3.2MIPS的記憶體映射142

7.3.3Hosmips的虛擬地址規劃143

7.3.4缺頁異常與處理147

7.3.5以頁為單位管理物理記憶體149

第8章實驗8： 藍牙模組及電動機驅動模組硬體實現152

8.1實驗目的152

8.2實驗內容152

8.2.1添加藍牙模組152

8.2.2設計並添加電動機驅動模組153

8.3實驗背景及原理154

8.3.1藍牙模組154

8.3.2電動機驅動板154

8.3.3PMOD接口原理156

8.4兩個測試程式源碼157

8.4.1無線藍牙測試程式157

8.4.2電動機驅動板測試程式158

第9章實驗9： 藍牙模組及電動機驅動模組的驅動程式開發162

9.1實驗目的162

9.2實驗內容162

9.2.1藍牙模組和電動機驅動模組的驅動程式162

9.2.2對設備驅動程式進行測試163

9.3實驗背景及原理163

第10章實驗10： 設備驅動方式藍牙小車套用實現165

10.1實驗目的165

10.2實驗內容165

10.2.1在SFS層添加設備檔案節點165

10.2.2添加設備驅動接口166

10.2.3添加藍牙模組和電動機驅動模組的驅動程式167

10.2.4藍牙小車應用程式169

10.3實驗背景及原理169

10.3.1Linux設備驅動概述169

10.3.2Hosmips標準輸入輸出設備170

10.3.3主要數據結構171

10.3.4虛擬檔案系統層172

10.3.5驅動接口174

第11章實例： 自啟動藍牙小車的實現176

11.1概述176

11.2設計目標176

11.3總體方案176

11.4設計方法和步驟177

11.5硬體設計與實現177

11.6軟體設計與實現179

11.6.1開發小車應用程式179

11.6.2開發BootLoader程式180

11.7比特流和程式固化180

11.8背景知識及原理183

11.8.1AXI Quad SPI模組 183

11.8.2FPGA配置185

11.8.3QuadSPI Flash晶片185

11.9BootLoader參考代碼188

11.9.1main.c程式188

11.9.2flash.c程式190

11.9.3analyseELF.c程式192