《计算机系统设计》系列教材是在新工科建设的背景下，面向**“自主可控”信息化发展战略，围绕系统能力培养的目标而编写的。本书为该系列教材的下册，在上册所设计的32位MIPS流水线处理器（MiniMIPS32）的基础上，详细讲授SoC软硬件设计、集成、测试的方法和流程。全书分为8章，主要包括增强型MiniMIPS32处理器设计，互连总线的集成，存储系统的设计与集成，常见外设的设计与集成，操作系统移植，面向特定应用领域的SoC设计，基于Xilinx FPGA 和Vivado的IP核设计、封装及基于IP核的SoC平台构建等内容，提供微课视频、电子课件、程序代码等。书中将SoC设计过程中每个环节所涉及的硬件和软件的基本概念关联起来，力争给读者建立一个功能完备、层次分明的SoC软硬件架构。本书可作为高等院校计算机、微电子等专业高年级本科生及研究生的教材或教学参考书，也可作为计算机系统综合课程设计、数字系统课程设计的实验指导用书或计算机系统工程师的技术参考书。

目 录 第1章 SoC设计概述1 1.1 SoC概述1 1.2 SoC的分类及基本组成2 1.3 SoC设计的发展趋势3 1.3.1 SoC设计技术的发展和挑战3 1.3.2 SoC设计方法的发展和挑战6 1.3.3 未来的SoC7 1.4 本书的目标和组织结构8 第2章 SoC设计流程10 2.1 软硬件协同设计10 2.2 基于标准单元的SoC设计流程12 2.3 基于FPGA的SoC设计流程16 2.3.1 SoC FPGA结构16 2.3.2 面向SoC的FPGA设计流程17 2.3.3 高层次综合18 2.3.4 Versal ACAP和Vitis19 2.4 IP复用的设计方法21 2.4.1 IP的基本概念与分类21 2.4.2 IP设计的流程23 2.4.3 IP核���选择27 第3章 基于增强型MiniMIPS32处理器的SoC—MiniMIPS32_FullSyS29 3.1 MiniMIPS32_FullSyS的整体架构29 3.2 MiniMIPS32_FullSyS的地址空间划分与映射31 3.2.1 32位MIPS处理器的虚拟地址空间31 3.2.2 MiniMIPS32_FullSyS的地址空间划分33 3.2.3 固定地址映射单元的设计与实现34 3.2.4 指令地址仲裁单元的设计与实现35 3.3 高速缓冲存储器36 3.3.1 高速缓冲存储器概述36 3.3.2 Cache的性能评价44 3.3.3 Cache的设计与实现45 第4章 AXI4总线接口及协议54 4.1 AXI4总线接口概述54 4.2 AXI4总线协议55 4.2.1 AXI4总线结构55 4.2.2 AXI4总线信号57 4.2.3 AXI4总线协议的握手机制60 4.2.4 AXI4总线协议的读操作时序62 4.2.5 AXI4总线协议的写操作时序63 4.2.6 突发传输机制64 4.3 基于AXI4的MiniMIPS32处理器设计与实现64 4.3.1 类SRAM接口到AXI4接口的转换64 4.3.2 MiniMIPS32处理器的封装69 4.4 AXI Interconnect简介78 4.4.1 AXI Interconnect的结构78 4.4.2 AXI Interconnect的互连结构80 4.4.3 AXI Interconnect的I/O接口信号82 4.5 基于AXI Interconnect的SoC设计与实现—增强型MiniMIPS32处理器的集成86 第5章 存储系统102 5.1 AXI BRAM控制器102 5.1.1 AXI BRAM控制器简介102 5.1.2 基于AXI Interconnect的SoC设计与实现 —AXI BRAM控制器的集成108 5.2 非易失存储器Flash114 5.2.1 Flash存储器简介114 5.2.2 SPI接口115 5.2.3 SPI Flash（S25FL128S）118 5.2.4 AXI Quad SPI IP核121 5.2.5 基于AXI Interconnect的MiniMIPS32_FullSyS设计 —AXI Quad SPI的集成129 第6章 外部设备135 6.1 通用输入输出接口135 6.1.1 GPIO概述135 6.1.2 AXI GPIO简介135 6.1.3 基于AXI Interconnect的MiniMIPS32_FullSyS设计 —AXI GPIO的集成140 6.1.4 AXI GPIO的功能验证146 6.2 UART控制器165 6.2.1 串口通信概述165 6.2.2 通用异步收发器（UART）165 6.2.3 UART传输协议166 6.2.4 AXI Uartlite简介167 6.2.5 基于AXI Interconnect的MiniMIPS32_FullSyS设计 —AXI Uartlite的集成171 6.2.6 AXI Uartlite的功能验证176 6.3 定时器179 6.3.1 定时器概述179 6.3.2 AXI Timer简介180 6.3.3 基于AXI Interconnect的MiniMIPS32_FullSyS设计 —AXI Timer的集成187 6.3.4 AXI Timer的功能验证192 6.4 VGA控制器198 6.4.1 VGA接口概述198 6.4.2 RGB三原色模型200 6.4.3 VGA控制器的时序201 6.4.4 VGA控制器的设计与实现204 6.4.5 基于AXI Interconnect的MiniMIPS32_FullSyS设计 —AXI VGA控制器的集成210 6.4.6 AXI VGA控制器的功能验证226 第7章 μC/OS-II操作系统的移植230 7.1 μC/OS-II操作系统概述230 7.1.1 操作系统与实时操作系统230 7.1.2 μC/OS-II简介231 7.1.3 μC/OS-II的基本功能232 7.1.4 μC/OS-II的文件结构233 7.2 μC/OS-II操作系统的移植234 7.2.1 μC/OS-II操作系统源码下载234 7.2.2 建立μC/OS-II操作系统文件目录234 7.2.3 移植μC/OS-II操作系统235 7.3 μC/OS-II操作系统的功能验证245 第8章 面向特定应用的软硬件设计250 8.1 RSA加/解密SoC的软硬件设计250 8.1.1 RSA公钥密码系统简介250 8.1.2 RSA公钥密码算法的实现251 8.1.3 AXI RSA128的硬件设计254 8.1.4 AXI RSA128的集成256 8.1.5 RSA加/解密SoC的功能验证266 8.2 手写体数字识别SoC的软硬件设计271 8.2.1 贝叶斯定理简介272 8.2.2 朴素贝叶斯分类器272 8.2.3 AXI Bayes的硬件设计274 8.2.4 AXI Bayes的集成276 8.2.5 手写体数字识别SoC的功能验证286 参考文献