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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RAM 188

5.2.2 同步静态RAM 190

5.2.3 多端口存储器 196

5.2.4 动态RAM 200

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Verilog 450

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