计算机系统能力培养综合实践(面向系统能力培养大学计算机类专业教材)

目录

第1章实验1： 硬件平台搭建的实践准备1

1.1实验目的1

1.2实验内容1

1.2.1开发环境搭建1

1.2.2烧写现成的硬件平台比特流文件8

1.2.3MIPSfpga处理器程序编译、下载、运行及调试11

1.3实验背景及原理13

1.3.1Vivado集成开发环境13

1.3.2OpenOCD和JTAG工作原理15

1.3.3MIPS交叉编译环境20

1.3.4MIPS GDB调试工具20

第2章实验2： 基于MIPSfpga的硬件平台搭建22

2.1实验目的22

2.2实验内容22

2.2.1基于MIPSfpga处理器的*简系统搭建22

2.2.2MIPSfpga处理器硬件平台扩展42

2.2.3硬件平台测试及程序运行与调试52

2.3实验背景及原理53

2.3.1MIPSfpga处理器简介53

2.3.2基于AXI4接口模块的MIPSfpga处理器系统61

第3章实验3： 自定制接口模块的设计63

3.1实验目的63

3.2实验内容63

3.2.1基于AXI4总线接口的自定制外设模块封装63

3.2.2在MIPSfpga硬件平台中使用自定制模块71

3.2.3MIPSfpga硬件平台测试72

3.3实验背景及源码73

3.3.1AXI总线协议73

3.3.2PWM_w_Int_v1_0模块部分源码81

3.3.3PWM_w_Int_v1_0_S00_AXI模块部分源码82

3.3.4PWM_Controller_Int模块部分源码82

第4章实验4： MIPSfpga硬件平台的中断84

4.1实验目的84

4.2实验内容84

4.2.1MIPSfpga硬件平台中断兼容模式实现84

4.2.2MIPSfpga处理器硬件平台中断兼容模式测试85

4.2.3MIPSfpga硬件平台外部中断控制器模式实现86

4.2.4MIPSfpga硬件平台外部中断控制器模式测试89

4.2.5在MIPSfgpa硬件平台加载BootLoader90

4.3实验背景及原理91

4.3.1中断概述91

4.3.2MIPSfpga处理器中断机制92

4.3.3AXI4中断控制器模块99

第5章实验5： Hosmips操作系统的构建与运行104

5.1实验目的104

5.2实验内容104

5.2.1安装开发环境104

5.2.2构建Hosmips镜像113

5.2.3运行Hosmips系统 114

5.3实验背景及原理117

5.3.1Hosmips简介117

5.3.2相关软件工具118

5.3.3Hosmips调试118

第6章实验6： Hosmips集成开发调试环境安装121

6.1实验目的121

6.2实验内容121

6.2.1安装VSCode121

6.2.2使用VSCode编辑、构建和调试Hosmips122

6.3实验背景及原理124

6.3.1Hosmips的构建过程124

6.3.2Hosmips的载入和调试137

第7章实验7： 从内核到应用139

7.1实验目的139

7.2实验内容139

7.2.1添加“Hello world!”应用139

7.2.2添加系统调用139

7.2.3显示内存空闲页面数量140

7.3实验背景及原理141

7.3.1Hosmips操作系统的特权态141

7.3.2MIPS的内存映射142

7.3.3Hosmips的虚拟地址规划143

7.3.4缺页异常与处理147

7.3.5以页为单位管理物理内存149

第8章实验8： 蓝牙模块及电动机驱动模块硬件实现152

8.1实验目的152

8.2实验内容152

8.2.1添加蓝牙模块152

8.2.2设计并添加电动机驱动模块153

8.3实验背景及原理154

8.3.1蓝牙模块154

8.3.2电动机驱动板154

8.3.3PMOD接口原理156

8.4两个测试程序源码157

8.4.1无线蓝牙测试程序157

8.4.2电动机驱动板测试程序158

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162

9.1实验目的162

9.2实验内容162

9.2.1蓝牙模块和电动机驱动模块的驱动程序162

9.2.2对设备驱动程序进行测试163

9.3实验背景及原理163

第10章实验10： 设备驱动方式蓝牙小车应用实现165

10.1实验目的165

10.2实验内容165

10.2.1在SFS层添加设备文件节点165

10.2.2添加设备驱动接口166

10.2.3添加蓝牙模块和电动机驱动模块的驱动程序167

10.2.4蓝牙小车应用程序169

10.3实验背景及原理169

10.3.1Linux设备驱动概述169

10.3.2Hosmips标准输入输出设备170

10.3.3主要数据结构171

10.3.4虚拟文件系统层172

10.3.5驱动接口174

第11章实例： 自启动蓝牙小车的实现176

11.1概述176

11.2设计目标176

11.3总体方案176

11.4设计方法和步骤177

11.5硬件设计与实现177

11.6软件设计与实现179

11.6.1开发小车应用程序179

11.6.2开发BootLoader程序180

11.7比特流和程序固化180

11.8背景知识及原理183

11.8.1AXI Quad SPI模块 183

11.8.2FPGA配置185

11.8.3QuadSPI Flash芯片185

11.9BootLoader参考代码188

11.9.1main.c程序188

11.9.2flash.c程序190

11.9.3analyseELF.c程序192