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第1章 引言1

1.1 CPU时代1

1.2什么是MIPS CPU1

1.3为什么选择MIPS CPU2

1.4本书适用的读者3

1.5本书的主要内容3

1.6本书的结构5

第2章 MIPS体系结构概述7

2.1走进MIPS的世界7

2.2 MIPS体系结构的发展8

2.2. 1 CISC和RISC8

2.2.2 MIPS I到MIPS V9

2.2.3 MIPS32和MIPS649

2.2.4 MIPS体系结构的特点12

2.3 MIPS处理器核13

2.4 MIPS数据类型与寄存器17

2.4.1数据类型17

2.4.2 MIPS CPU寄存器概述17

2.4.3 MIPS CPU通用寄存器17

2.4.4 MIPS CPU特殊功能寄存器19

2.4.5 MIPS FPU寄存器19

2.5 MIPS体系存储空间的编址20

第3章MIPS32 4K处理器及流水线22

3.1 MIPS32 4K处理器核的组成22

3.1.1执行单元23

3.1.2乘／除单元23

3.1.3系统控制协处理器24

3.1.4存储管理单元24

3.1.5缓存控制器24

3.1.6总线接口单元24

3.1.7功率控制24

3.1.8指令缓存和数据缓存25

3.1.9 EJTAG控制器25

3.2 MIPS32 4K处理器核的流水线结构25

3.2.1流水线的各阶段25

3.2.2流水线的指令流27

3.2.3分支延时槽28

3.2.4互锁29

3.2. 5旁路29

第4章 MIPS32指令集31

4.1加载和存储指令31

4.1.1对齐加载和存储指令32

4.1.2非对齐加载和存储指令33

4.1.3链接加载和条件存储指令36

4.2算术指令40

4.2.1 ALU立即数和三操作数指令41

4.2.2 ALU两操作数指令41

4.2.3移位指令42

4.2.4乘除指令42

4.3跳转和分支指令44

4.3.1在256MB区域中无条件跳转的指令45

4.3.2与PC相关的寄存器比较条件分支指令46

4.3.3与PC相关的零比较条件分支指令46

4.4杂类指令47

4.4.1同步指令47

4.4.2异常指令50

4.4.3条件转移指令52

4.4.4预取指令53

4.4.5空操作指令55

4.5协处理器指令55

第5章 系统控制协处理器57

5.1协处理器概述57

5.2 CPU控制指令58

5.3 CP0寄存器59

5.3.1 CP0寄存器概述59

5.3.2 Index寄存器（0）61

5.3.3 Random寄存器（1，只读）61

" 5.3.4 EntryLo0和EntryLol寄存器（2, 3，读／写）62

5.3.5 Context寄存器（4，读／写）63

5.3.6 PageMask寄存器（5，读／写）64

5.3.7 Wired寄存器（6，读／写）65

5.3.8 BadVAddr寄存器（8，只读）66

5.3.9 Count寄存器（9，读／写）66

5.3.10 EntryHi寄存器（10，读／写）66

5.3.11 Compare寄存器（11，读／写）67

5.3.12 Status寄存器（12，读／写）67

5.3.13 Cause寄存器（13）70

5.3.14 EPC寄存器（14，读／写）72

5.3.15 Prid寄存器（15，只读）72

" 5.3.16 Config寄存器（16,选0）73

5.3.17 Configl寄存器（16，选1，只读）75

5.3.18 LLAddr寄存器（17，只读）78

5.3.19 WatchLo寄存器（18，读／写）78

5.3.20 WatchHi寄存器（19，读／写）79

5.3.21 Debug寄存器（23）79

5.3.22 DEPC寄存器（24，读／写）83

5.3.23 ErrCtl寄存器（26，读／写）84

" 5.3.24 TagLo寄存器（28,选0，读／写）84

5.3.25 DataLo寄存器（28，选1，读／写）85

5.3.26 ErrorEPC寄存器（30，读／写）85

5.3.27 DeSave寄存器（31，读／写）86

第6章存储管理87

6.1存储管理单元MMU概述87

6.2虚拟存储空间的分段89

6.2.1用户模式90

6.2.2内核模式90

6.2.3调试模式93

6.3地址转换单元TLB94

6.3.1联合地址转换单元JTLB94

6.3.2指令地址转换单元ITLB96

6.3.3数据地址转换单元DTLB96

6.3.4地址转换过程96

6.3.5 TLB指令97

6.3.6 TLB寄存器98

6.3.7页大小和替换算法98

6.4固定映射99

第7章 高速缓存101

7.1高速缓存概述101

7.2缓存的组织结构101

7.3缓存的工作原理104

7.3.1指令缓存105

7.3.2数据缓存106

7.4替换策略109

7.5缓存指令109

第8章MIPS异常112

8.1精确异常112

8.2异常分类114

8.3异常解释116

8.4异常处理118

8.4.1异常入口向量地址118

8.4.2各种异常对应的ExcCode120

8.4.3异常处理流程120

8.4.4异常处理的C代码介绍126

第9章MPS汇编语言程序设计130

9.1 MIPS汇编程序简单示例及其处理过程介绍130

9.2 MIPS汇编程序结构133

9.3 MIPS汇编程序语句格式134

9.3.1规则概要134

9.3. 2数据定义135

9.3.3寻址方式136

9.4汇编程序伪操作138

9.4.1段选择伪操作139

9.4.2数据定义和对齐伪操作141

9.4.3标记的属性143

9.4.4函数伪操作144

9.4.5汇编控制伪操作146

9.4.6其他伪指令149

9.5程序举例149

第10章MIPS应用程序159

10.1启动程序160

10.1.1启动过程介绍160

10.1.2启动代码实例163

10.2 MIPS ABI简介171

10.3 MIPS函数调用规范174

10.3.1堆栈与函数参数174

10.3.2寄存器与参数传递175

10.3.3函数返回值176

10.3.4堆栈布局、栈帧以及调试信息177

10.3.5实例179

10.4目标文件格式190

10.5 Linux应用程序191

10.6实践中的要点193

10.6.1关于C版本193

10.6.2关于编译器193

10.6.3其他194

第11章MI PS程序调试195

11.1 EJTAG与调试195

11.1.1 EJTAG介绍195

11.1.2 EJTAG的功能195

11.1.3调试需要用到的寄存器197

11.2调试模式198

11.2.1调试模式指令集198

11.2.2调试模式下的地址空间198

11.2.3调试模式下对处理器资源的处理199

11.3调试异常200

11.3.1调试异常的种类200

11.3.2调试异常的优先级202

11.3.3调试异常处理203

11.3.4调试模式中的异常处理204

第12章SDE编程环境207

12.1 SDE概述207

12.2使用快速入门207

12.3 SDE的目标平台212

12.4调试器的使用214

12.4.1使用MIPSsim仿真器进行调试215

12.4.2使用GNU仿真器进行调试220

12.4.3 RAM版本与ROM版本程序220

12.5 profile——剖析程序的执行220

12.5.1 profile简介220

12.5.2 profile的编译选项221

12.5.3使用MIPSsim进行profile222

12.5.4使用GNU仿真器进行profile227

12.6 SDE与调试器228

12.6.1调试器举例228

12.6.2在SDE下进行调试230

第13章MIPS开发平台231

13.1 Malta开发平台231

13.1.1 Malta概述231

13.1.2基于Malta的软硬件开发工具231

13.1.3 Malta主板的基本特征232

13.1.4 Malta主板的系统结构233

13.1.5 Malta平台的使用235

13.2 SEAD-II开发平台239

13.2.1 SEAD-I概述239

13.2.2 SEAD-II模块与总线241

13.2.3 SEAD-II平台的使用243

第14章 硬件接口246

14.1 4K处理器核的接口246

14.1.1时钟接口248

14.1.2初始化接口248

14.2总线接口248

第15章 仿真及验证模型262

15.1 SmartModel仿真模型262

15.1.1 SmartModel仿真库262

15.1.2 MIPS核的SmartModel仿真模型263

15.2 MIPS32 4K系列BFM模型264

15.2.1 BFM模型简介264

15.2.2 BFM模型的组成265

15.2.3 BFM模型的事务处理流程265

15.3 BFM模型的仿真和验证266

15.3.1验证模型的实现266

15.3.2仿真结果与分析269

15.4 MIPS32 4K系列VMC模型270

15.4.1 VMC模型简介270

15.4.2寄存器观测窗口271

15.4.3 VMC模型仿真配置272

15.4.4跟踪文件273

15.4.5实例化多个VMC模型的情况274

15.5 VMC模型的仿真和验证274

15.5.1仿真模型的实现275

15.5.2仿真结果与分析278

缩略语280

参考文献282