计算机系统能力培养综合实践

" 计算机系统能力是指能自觉运用系统观，理解计算机系统的整体性、关联性、层次性、动态性和开放性，并用系统化方法，掌握计算机软硬件协同工作及相互作用机制的能力。系统能力包括系统分析能力、系统设计能力和系统验证及应用能力三个方面，三个方面相辅相成，共同构成计算机专业本科毕业生的基本能力和专业素养。 本书就是为了配合培养计算机专业学生的系统能力而撰写的。本实验指导书由浅入深，方便读者入门；帮助读者通过实践对计算机专业的理论、技术和方法进行理解和巩固，同时激发读者的兴趣和创造性。本实验指导书强化系统观，同时结合工程应用，帮助读者熟练掌握计算机硬件到软件、底层到高层的全套技术，使之对计算机系统各层次的技术有更加深刻的理解。"

计算机系统能力是指能自觉运用系统观理解计算机系统的整体性、关联性、层次性、动态性和开放性，并利用系统化方法掌握计算机软硬件协同工作及相互作用机制的能力。系统能力包括系统分析能力、系统设计能力和系统验证及应用能力3个方面，这3个方面相辅相成，共同构成计算机相关专业本科毕业生的基本能力和专业素养。本书是为了实现计算机相关专业学生的系统能力培养目标而编写的。本书内容由浅入深，方便读者入门，帮助读者通过实践对计算机专业的理论、技术和方法进行理解和巩固，同时激发读者的兴趣和创造性。本书强化系统观，同时结合工程应用，帮助读者全面掌握计算机从硬件到软件、从底层到高层的技术。本书可作为计算机相关专业本科计算机系统能力实践课程的教材，同时可供相关从业人员学习参考。

胡迪青，华中科技大学计算机科学与技术学院教授。主要从事计算机系统结构、新型存储系统、嵌入式和SoC设计、计算机接口技术等方向的研究，主持国家和省部级科研项目多项，近年来在国内外学术期刊发表学术论文20余篇。荣获湖北省教学成果一等奖和华中科技大学课堂教学教学质量一等奖等多项，主编教材2部。

第1章 实验1：硬件平台搭建的实践准备
1.1 实验目的
1.2 实验内容
1.2.1 开发环境搭建
1.2.2 烧写现成的硬件平台比特流文件
1.2.3 MIPSfpga处理器程序编译、下载、运行及调试
1.3 实验背景及原理
1.3.1 Vivado集成开发环境
1.3.2 OpenOCD和JTAG工作原理
1.3.3 MIPS交叉编译环境
1.3.4 MIPS GDB调试工具
第2章 实验2：基于MIPSfpga的硬件平台搭建
2.1 实验目的
2.2 实验内容
2.2.1 基于MIPSfpga处理器的最简系统搭建
2.2.2 MIPSfpga处理器硬件平台扩展
2.2.3 硬件平台测试及程序运行与调试
2.3 实验背景及原理
2.3.1 MIPSfpga处理器简介
2.3.2 基于AXI4接口模块的MIPSfpga处理器系统
第3章 实验3：自定制接口模块的设计
3.1 实验目的
3.2 实验内容
3.2.1 基于AXI4总线接口的自定制外设模块封装
3.2.2 在MIPSfpga硬件平台中使用自定制模块
3.2.3 MIPSfpga硬件平台测试
3.3 实验背景及源码
3.3.1 AXI总线协议
3.3.2 PWM_w_Int_v1_0模块部分源码
3.3.3 PWM_w_Int_v1_0_S00_AXI模块部分源码
3.3.4 PWM_Controller_Int模块部分源码
第4章 实验4：MIPSfpga硬件平台的中断
4.1 实验目的
4.2 实验内容
4.2.1 MIPSfpga硬件平台中断兼容模式实现
4.2.2 MIPSfpga处理器硬件平台中断兼容模式测试
4.2.3 MIPSfpga硬件平台外部中断控制器模式实现
4.2.4 MIPSfpga硬件平台外部中断控制器模式测试
4.2.5 在MIPSfgpa硬件平台加载BootLoader
4.3 实验背景及原理
4.3.1 中断概述
4.3.2 MIPSfpga处理器中断机制
4.3.3 AXI4中断控制器模块
第5章 实验5：Hos-mips操作系统的构建与运行
5.1 实验目的
5.2 实验内容
5.2.1 安装开发环境
5.2.2 构建Hos-mips镜像
5.2.3 运行Hos-mips系统
5.3 实验背景及原理
5.3.1 Hos-mips简介
5.3.2 相关软件工具
5.3.3 Hos-mips调试
第6章 实验6：Hos-mips集成开发调试环境安装
6.1 实验目的
6.2 实验内容
6.2.1 安装VSCode
6.2.2 使用VSCode编辑、构建和调试Hos-mips
6.3 实验背景及原理
6.3.1 Hos-mips的构建过程
6.3.2 Hos-mips的载入和调试
第7章 实验7：从内核到应用
7.1 实验目的
7.2 实验内容
7.2.1 添加“Hello world!”应用
7.2.2 添加系统调用
7.2.3 显示内存空闲页面数量
7.3 实验背景及原理
7.3.1 Hos-mips操作系统的特权态
7.3.2 MIPS的内存映射
7.3.3 Hos-mips的虚拟地址规划
7.3.4 缺页异常与处理
7.3.5 以页为单位管理物理内存
第8章 实验8：蓝牙模块及电动机驱动模块硬件实现
8.1 实验目的
8.2 实验内容
8.2.1 添加蓝牙模块
8.2.2 设计并添加电动机驱动模块
8.3 实验背景及原理
8.3.1 蓝牙模块
8.3.2 电动机驱动板
8.3.3 PMOD接口原理
8.4 两个测试程序源码
8.4.1 无线蓝牙测试程序
8.4.2 电动机驱动板测试程序
第9章 实验9：蓝牙模块及电动机驱动模块的驱动程序开发
9.1 实验目的
9.2 实验内容
9.2.1 蓝牙模块和电动机驱动模块的驱动程序
9.2.2 对设备驱动程序进行测试
9.3 实验背景及原理
第10章 实验10：设备驱动方式蓝牙小车应用实现
10.1 实验目的
10.2 实验内容
10.2.1 在SFS层添加设备文件节点
10.2.2 添加设备驱动接口
10.2.3 添加蓝牙模块和电动机驱动模块的驱动程序
10.2.4 蓝牙小车应用程序
10.3 实验背景及原理
10.3.1 Linux设备驱动概述
10.3.2 Hos-mips标准输入输出设备
10.3.3 主要数据结构
10.3.4 虚拟文件系统层
10.3.5 驱动接口
第11章 实例：自启动蓝牙小车的实现
11.1 概述
11.2 设计目标
11.3 总体方案
11.4 设计方法和步骤
11.5 硬件设计与实现
11.6 软件设计与实现
11.6.1 开发小车应用程序
11.6.2 开发BootLoader程序
11.7 比特流和程序固化
11.8 背景知识及原理
11.8.1 AXI Quad SPI模块
11.8.2 FPGA配置
11.8.3 Quad-SPI Flash芯片
11.9 BootLoader参考代码
11.9.1 main.c程序
11.9.2 flash.c程序
11.9.3 analyseELF.c程序