数字逻辑与组成原理实践教程

本书基于同济大学“贯通式”计算机硬件课程实践教学改革经验撰写。在实验设计中，将“数字逻辑”和“计算机组成原理”两门课程的教学和实验有机地贯通起来，自底向上进行了一体化的实验设计。本书采用图文并茂的方式，使读者在了解数字系统设计过程及MIPS CPU设计原理的基础上，能够由浅入深地掌握逻辑电路原理图绘制、Verilog硬件描述语言编程、Xilinx FPGA开发板的调试和仿真工具的熟练使用，并能依照书中的实验设置，配合“数字逻辑”及“计算机组成原理”理论内容，从CPU基本部件实验做起，逐步实现自己的CPU设计和调试，从而提高读者解决复杂计算机工程问题的能力。本书可以作为高等院校“数字逻辑”和“计算机组成原理”课程的实践教材，也可作为相关技术人员的培训教材或自学参考书。

第1章基于可编程逻辑的数字系统设计概述
1.1可编程逻辑设计步骤
1.1.1设计输入
1.1.2编译状态
1.1.3功能模拟
1.1.4综合
1.1.5实现
1.1.6时序模拟
1.1.7下载
1.2数字电路设计实验环境配置
1.2.1Logisim安装
1.2.2ModelSim安装配置
1.2.3Vivado安装配置
第2章Logisim基础知识
2.1Logisim基本功能介绍
2.2Logisim使用入门
第3章VerilogHDL基础
3.1VerilogHDL门级描述
3.1.1模块定义
3.1.2端口声明
3.1.3门级调用
3.1.4模块的实例化
3.1.5内部连线声明
3.1.6层次化设计
3.2VerilogHDL数据流级描述
3.2.1assign语句
3.2.2操作符
3.2.3操作数
3.3VerilogHDL行为级描述
3.3.1initial结构和always结构
3.3.2顺序块和并行块
3.3.3if语句
3.3.4case语句
3.3.5循环语句
3.3.6过程赋值语句
3.3.7任务与函数
3.3.8设计的可综合性
3.4VerilogHDL测试平台描述
3.4.1基本的TestBench结构
3.4.2激励信号描述
3.4.3编译指令
3.4.4测试相关的系统任务和系统函数
3.5状态机描述
3.5.1状态机类型
3.5.2状态机表示方法
3.5.3状态机的VerilogHDL描述方
3.5.4状态机设计实例——上升沿检测器
第4章XilinxFPGA开发板及软件工具
4.1XilinxFPGA开发板
4.1.1Nexys4DDR开发板介绍
4.1.2主要外围接口电路介绍
4.2Vivado设计流程
4.2.1新建工程
4.2.2设计文件输入
4.2.3功能仿真
4.2.4设计综合
4.2.5工程实现
4.3Vivado时序约束
4.3.1时钟约束简介
4.3.2添加时钟约束
4.3.3ReportTimingSummary时序分析
4.4IP核封装及模块化设计
4.4.1创建工程
4.4.2输入设计
4.4.3IP封装
4.4.4添加用户自定义IP
4.4.5模块化设计
4.5Vivado逻辑分析仪ILA的使用
4.5.1创建工程
4.5.2添加源文件和约束文件
4.5.3综合
4.5.4MarkDebug
4.5.5SetupDebug
4.5.6生成Bit文件
4.5.7下载
4.5.8HardwareDebug
第5章ModelSim仿真及调试工具
5.1基本使用
5.1.1用户操作界面简介
5.1.2新建ModelSim库
5.1.3新建工程
5.2波形窗口使用
5.2.1波形调整
5.2.2保存波形文件
5.3数据流窗口使用
5.4断点调试
5.4.1查看代码文件
5.4.2设置断点
5.4.3重新仿真
5.4.4查看信号
5.4.5单步调试
5.5代码覆盖率查看
5.5.1代码覆盖率窗口的调出
5.5.2代码覆盖率窗口的查看与分析
5.5.3代码覆盖率报告
5.5.4根据代码覆盖率修改测试代码
5.6内存查看
5.6.1内存查看窗口调出
5.6.2指定地址单元/数据查看
5.6.3存储器数据导出导入
5.6.4存储器数据修改
第6章数字逻辑实验设计
6.1基本门电路与数据扩展描述实验
6.2数据选择器与数据分配器实验
6.3译码器与编码器实验
6.4桶形移位器实验
6.5数据比较器与加法器实验
6.6触发器与PC寄存器实验
6.7计数器与分频器实验
6.8RAM与寄存器堆实验
6.9行为级ALU实验
6.10数字逻辑综合实验
第7章MIPSCPU基础及设计
7.1MIPSCPU概述
7.1.1概述
7.1.2基本架构及编程模型
7.1.3CP0
7.1.4MIPSCPU中断机制
7.1.5MARS汇编器
7.2MIPS32指令系统介绍
7.2.1指令格式及类型
7.2.2指令的寻址
7.3MIPS31条指令介绍
7.4MIPS23条扩展指令介绍
7.5CPU设计方法
7.5.1单周期CPU设计
7.5.2多周期CPU设计
7.6CPU的测试
7.6.1前仿真测试
7.6.2后仿真测试
7.6.3下板测试
第8章计算机组成原理实验设计
8.1MIPS汇编编程实验
8.232位乘法器实验
8.332位除法器实验
8.431条指令单周期CPU设计实验
8.5中断处理实验
8.654条指令CPU设计实验
8.754条指令CPU综合应用实验
附录AVerilog快速参考指南
参考文献