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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Verilog模型44

2.2 二进制编码47

2.2.1 使用向量的二进制编码48

2.2.2 位错误49

2.3 组合元件和集成电路53

2.3.1 解码器和编码器53

2.3.2 多路选择器59

2.3.3 低电平有效逻辑61

2.4 组合电路的验证64

2.5 本章总结69

2.6 进一步阅读的参考资料70

练习题71

第3章 数字基础75

3.1 无符号整数75

3.1.1 无符号整数的编码75

3.1.2 无符号整数的运算79

3.1.3 格雷码（Gray code）100

3.2 有符号整数103

3.2.1 有符号整数的编码103

3.2.2 有符号整数的操作105

3.3 定点数113

3.3.1 定点数的编码113

3.3.2 对定点数的操作116

3.4 浮点数118

3.5 本章总结121

3.6 进一步阅读的参考资料122

练习题123

第4章 时序电路基础128

4.1 存储单元128

4.1.1 触发器和寄存器128

4.1.2 移位寄存器137

4.1.3 锁存138

4.2 计数器143

4.3 顺序数据路径和控制150

4.4 由时钟同步的时序方法学160

4.4.1 异步输入165

4.4.2 时序电路的验证169

4.4.3 异步时序的方法学173

4.5 本章总结174

4.6 进一步阅读的参考资料176

练习题176

第5章 存储器180

5.1 一般概念180

5.2 存储器的类型188

5.2.1 异步静态RAM188

5.2.2 同步静态RAM190

5.2.3 多端口存储器196

5.2.4 动态RAM200

5.2.5 只读存储器202

5.3 错误的检测与校正206

5.4 本章总结210

5.5 进一步阅读的参考资料211

练习题211

第6章 实现技术和工艺215

6.1 集成电路215

6.1.1 集成电路的制造216

6.1.2 SSI和MSI逻辑系列218

6.1.3 专用集成电路222

6.2 可编程逻辑器件223

6.2.1 可编程逻辑阵列223

6.2.2 复杂可编程逻辑器件227

6.2.3 现场可编程门阵列228

6.3 集成电路的封装和印刷线路板233

6.4 互连和信号完整性237

6.5 本章总结241

6.6 进一步阅读的参考资料242

练习题243

第7章 处理器基础244

7.1 嵌入式计算机的组织244

7.2 指令和数据248

7.2.1 Gumnut处理器的指令集合249

7.2.2 Gumnut汇编器257

7.2.3 指令编码259

7.2.4 其余的CPU指令集260

7.3 与存储器的接口262

7.4 本章总结270

7.5 进一步阅读的参考资料270

练习题271

第8章 接口273

8.1 输入／输出设备273

8.1.1 输入设备274

8.1.2 输出设备279

8.2 I/O控制器287

8.2.1 简单的I/O控制器288

8.2.2 自主管理的I/O控制器292

8.3 并行总线294

8.3.1 总线的复用295

8.3.2 三态总线298

8.3.3 漏极开路总线303

8.3.4 总线协议305

8.4 串行传输308

8.4.1 串行传输技术308

8.4.2 串行接口标准312

8.5 I/O软件314

8.5.1 巡回检测315

8.5.2 中断316

8.5.3 定时器320

8.6 本章总结325

8.7 进一步阅读的参考资料326

练习题327

第9章 加速器331

9.1 一般概念331

9.2 案例研究：视频边缘检测336

9.3 加速器的验证355

9.4 本章总结366

9.5 进一步阅读的参考资料366

练习题367

第10章 设计方法学369

10.1 设计流程369

10.1.1 体系结构的探索371

10.1.2 功能设计373

10.1.3 功能验证376

10.1.4 综合380

10.1.5 物理设计382

10.2 设计的优化384

10.2.1 面积优化385

10.2.2 时序优化386

10.2.3 功率优化391

10.3 为测试而专门添加的设计393

10.3.1 故障模型和故障仿真394

10.3.2 扫描设计和边界扫描395

10.3.3 内建自测试399

10.4 非技术性问题402

10.5 总结403

10.6 本章总结404

10.7 进一步阅读的参考资料405

附录A 知识测试问答答案408

第1章408

1.2节408

1.3节409

1.4节409

1.5节410

第2章410

2.1节410

2.2节412

2.3节412

2.4节413

第3章413

3.1节413

3.2节415

3.3节415

3.4节416

第4章416

4.1节416

4.2节417

4.3节417

4.4节418

第5章418

5.1节418

5.2节419

5.3节421

第6章421

6.1节421

6.2节422

6.3节423

6.4节423

第7章424

7.1节424

7.2节424

7.3节425

第8章426

8.1节426

8.2节427

8.3节427

8.4节428

8.5节429

第9章430

9.1节430

9.2节430

9.3节431

第10章432

10.1节432

10.2节433

10.3节434

10.4节435

附录B 电子电路入门436

B.1 元件436

B.1.1 电压源437

B.1.2 电阻437

B.1.3 电容438

B.1.4 电感438

B.1.5 MOSFETs（金属氧化物半导体场效应晶体三极管）439

B.1.6 二极管441

B.1.7 双极型晶体三极管442

B.2 电路443

B.2.1 基尔霍夫（Kirchhoff）定律443

B.2.2 电阻、电容和电感（R、C、L）的串联和并联444

B.2.3 电阻电容（RC）电路445

B.2.4 电阻-电感-电容（RLC）电路447

B.3 进一步阅读的参考资料449

附录C 用于综合的Verilog450

C.1 数据类型和操作450

C.2 组合逻辑功能451

C.3 时序电路455

C.4 存储器459

附录D Gumnut微控制器核461

D.1 Gumnut指令集461

D.1.1 算术和逻辑指令463

D.1.2 移位指令464

D.1.3 存储器和输入／输出指令465

D.1.4 分支指令465

D.1.5 跳转指令466

D.1.6 杂项指令466

D.2 Gumnut总线接口467

索引468