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第1章 引言和方法学1

1.1 数字系统和嵌入式系统1

1.2 二进制表示法和电路元件4

1.3 实际的电路8

1.3.1 集成电路9

1.3.2 逻辑电平10

1.3.3 静态负载电平11

1.3.4 电容负载和传播延迟13

1.3.5 线路延迟14

1.3.6 时序15

1.3.7 电源16

1.3.8 面积和芯片封装16

1.4 模型18

1.5 设计方法学23

1.6 全章总结29

1.7 进一步阅读的参考资料30

练习题31

第2章 组合电路基本知识33

2.1 布尔函数与布尔代数33

2.1.1 布尔函数33

2.1.2 布尔代数41

2.1.3 布尔方程的VHDL模型44

2.2 二进制编码47

2.2.1 使用向量的二进制编码49

2.2.2 位错误50

2.3 组合元件和集成电路53

2.3.1 解码器和编码器54

2.3.2 多路选择器60

2.3.3 低电平有效逻辑62

2.4 组合电路的验证65

2.5 本章总结71

2.6 进一步阅读的参考资料72

练习题73

第3章 数字基础77

3.1 无符号整数77

3.1.1 无符号整数的编码77

3.1.2 无符号整数的运算82

3.1.3 格雷码（Gray code）103

3.2 有符号整数106

3.2.1 有符号整数的编码106

3.2.2 有符号整数的操作108

3.3 定点数116

3.3.1 定点数的编码116

3.3.2 对定点数的操作119

3.4 浮点数121

3.4.1 浮点数的编码122

3.4.2 VHDL中的浮点表示124

3.5 本章总结126

3.6 进一步阅读的参考资料128

练习题128

第4章 时序电路基础133

4.1 存储单元133

4.1.1 触发器和寄存器133

4.1.2 移位寄存器144

4.1.3 锁存146

4.2 计数器150

4.3 顺序数据路径和控制159

4.4 由时钟同步的时序方法学170

4.4.1 异步输入175

4.4.2 时序电路的验证179

4.4.3 异步时序的方法学183

4.5 本章总结185

4.6 进一步阅读的参考资料186

练习题187

第5章 存储器191

5.1 一般概念191

5.2 存储器的类型199

5.2.1 异步静态RAM199

5.2.2 同步静态RAM201

5.2.3 多端口存储器208

5.2.4 动态RAM213

5.2.5 只读存储器214

5.3 错误的检测与校正218

5.4 本章总结222

5.5 进一步阅读的参考资料223

练习题224

第6章 实现技术和工艺227

6.1 集成电路227

6.1.1 集成电路的制造228

6.1.2 SSI和MSI逻辑系列230

6.1.3 专用集成电路234

6.2 可编程逻辑器件235

6.2.1 可编程逻辑阵列235

6.2.2 复杂可编程逻辑器件239

6.2.3 现场可编程门阵列240

6.3 集成电路的封装和印刷线路板245

6.4 互连和信号完整性249

6.5 本章总结253

6.6 进一步阅读的参考资料254

练习题255

第7章 处理器基础256

7.1 嵌入式计算机的组织256

7.2 指令和数据260

7.2.1 Gumnut处理器的指令集合261

7.2.2 Gumnut汇编器269

7.2.3 指令编码271

7.2.4 其余的CPU指令集272

7.3 与存储器的接口274

7.4 本章总结282

7.5 进一步阅读的参考资料283

练习题284

第8章 接口286

8.1 输入／输出设备286

8.1.1 输入设备287

8.1.2 输出设备292

8.2 I/O控制器301

8.2.1 简单的I/O控制器301

8.2.2 自主管理的I/O控制器306

8.3 并行总线308

8.3.1 总线的复用309

8.3.2 三态总线313

8.3.3 漏极开路总线318

8.3.4 总线协议320

8.4 串行传输323

8.4.1 串行传输技术323

8.4.2 串行接口标准327

8.5 I/O软件330

8.5.1 巡回检测330

8.5.2 中断331

8.5.3 定时器336

8.6 本章总结342

8.7 进一步阅读的参考资料343

练习题344

第9章 加速器348

9.1 一般概念348

9.2 案例研究：视频边缘检测353

9.3 加速器的验证376

9.4 本章总结387

9.5 进一步阅读的参考资料387

练习题388

第10章 设计方法学390

10.1 设计流程390

10.1.1 体系结构的探索392

10.1.2 功能设计394

10.1.3 功能验证397

10.1.4 综合401

10.1.5 物理设计403

10.2 设计的优化405

10.2.1 面积优化406

10.2.2 时序优化407

10.2.3 功率优化412

10.3 为测试而专门添加的设计414

10.3.1 故障模型和故障仿真415

10.3.2 扫描设计和边界扫描416

10.3.3 内建自测试420

10.4 非技术性问题423

10.5 总结424

10.6 本章总结425

10.7 进一步阅读的参考资料426

附录A 知识测试问答答案429

第1章429

1.2节429

1.3节430

1.4节430

1.5节431

第2章431

2.1节431

2.2节433

2.3节433

2.4节434

第3章434

3.1节434

3.2节436

3.3节437

3.4节437

第4章437

4.1节437

4.2节438

4.3节439

4.4节439

第5章440

5.1节440

5.2节441

5.3节442

第6章442

6.1节442

6.2节443

6.3节444

6.4节444

第7章445

7.1节445

7.2节445

7.3节446

第8章447

8.1节447

8.2节448

8.3节448

8.4节449

8.5节450

第9章451

9.1节451

9.2节451

9.3节452

第10章453

10.1节453

10.2节454

10.3节455

10.4节456

附录B 电子电路入门458

B.1 元件458

B.1.1 电压源459

B.1.2 电阻459

B.1.3 电容460

B.1.4 电感460

B.1.5 MOSFETs（金属氧化物半导体场效应晶体三极管）461

B.1.6 二极管463

B.1.7 双极型晶体三极管464

B.2 电路465

B.2.1 基尔霍夫（Kirchhoff）定律465

B.2.2 电阻、电容和电感（R、C、L）的串联和并联466

B.2.3 电阻电容（RC）电路467

B.2.4 电阻-电感-电容（RLC）电路469

B.3 进一步阅读的参考资料471

附录C 用于综合的VHDL472

C.1 数据类型和操作472

C.2 组合逻辑功能473

C.3 时序电路477

C.4 存储器483

附录D Gumnut微控制器核485

D.1 Gumnut指令集485

D.1.1 算术和逻辑指令487

D.1.2 移位指令488

D.1.3 存储器和输入／输出指令489

D.1.4 分支指令489

D.1.5 跳转指令490

D.1.6 杂项指令490

D.2 Gumnut总线接口491

索引492