微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計教案(mod)

1、教 師 教 案(2010 2011學(xué)年第1學(xué)期)課 程 名 稱：微機(jī)系統(tǒng)原理及接口技術(shù)授 課 學(xué) 時：80授 課 班 級：機(jī)電學(xué)院任 課 教 師：吳獻(xiàn)鋼教 師 職 稱：講師教師所在學(xué)院：機(jī)械電子工程學(xué)院電子科技大學(xué)課程名稱微機(jī)系統(tǒng)原理及接口技術(shù)授課專業(yè)班級機(jī)電學(xué)院年級2008 級課程編號BK03修課人數(shù) 114課程類型必修課學(xué)科基礎(chǔ)課 ( ) ； 專業(yè)基礎(chǔ)課 ( ) ； 專業(yè)課 ( )選修課專 選 課 ( ) ； 公選課 ( )授課方式理論課 ( ) ；實(shí)踐課 ( )考核方式考 試 ( )考 查 ( )是否采用多媒體是是否采用雙語否學(xué)時分配課堂講授64學(xué)時， 實(shí)踐課16學(xué)時名稱整理出版社及出版

2、時間教材微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及嵌入式系統(tǒng)設(shè)計李廣軍等電子科技大學(xué)出版社，2005參考書目1.體系結(jié)構(gòu)（第5版）2.計算機(jī)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.計算機(jī)組成原理 4.計算機(jī)機(jī)組織與體系結(jié)構(gòu)-性能設(shè)計（第七版）5.ARM體系結(jié)構(gòu)與編程6.ARM體系結(jié)構(gòu)及其嵌入式處理器郭新房等譯張晨曦等潘松，潘明編張昆藏等譯杜春雷編著任哲等編著清華大學(xué)出版社，2007年高等教育出版社，2008年科學(xué)出版社，2007年清華大學(xué)出版社，2006年清華大學(xué)出版社，2007年北京航空航天大學(xué)出版社，2007授課時間周一第5,6節(jié);周三第1,2節(jié);單周五第5,6節(jié)第一章 概述授課學(xué)時：4一、 教學(xué)內(nèi)容及要求 內(nèi) 容 1 課程介紹l 本課程

3、講授的主要內(nèi)容、改革目標(biāo)及要求。l 相關(guān)知識及本課程在系列課程中的地位。l 有效學(xué)習(xí)方法。l 推薦參考書。l 教學(xué)進(jìn)度安排。l 課程考核方式。2 計算機(jī)基礎(chǔ)知識l 從微電子技術(shù)角度理解計算機(jī)的發(fā)展。l 現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)的層次模型。l 并行處理技術(shù)：流水線、超標(biāo)量、VLIW、多機(jī)（處理器）l 存儲器層次結(jié)構(gòu)。l 不同的CPU設(shè)計策略：CISC和RISC結(jié)構(gòu)。l 計算機(jī)系統(tǒng)的性能評測。l 嵌入式系統(tǒng)概念。 要 求 1 重點(diǎn)掌握內(nèi)容l 現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)的層次模型。l 不同的CPU設(shè)計策略：CISC和RISC結(jié)構(gòu)。l 計算機(jī)流水線結(jié)構(gòu)。2 理解內(nèi)容l 計算機(jī)存儲器的層次結(jié)構(gòu)。3 了解內(nèi)容l 計算機(jī)的發(fā)展過

4、程。l 多核處理器的并行結(jié)構(gòu)。l 嵌入式系統(tǒng)。二、 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 重 點(diǎn) l 現(xiàn)代計算機(jī)的層次結(jié)構(gòu)。l 現(xiàn)代計算機(jī)的流水線結(jié)構(gòu)。l RISC和CISC體系結(jié)構(gòu)的區(qū)別。l 計算機(jī)組織的模型：計算機(jī)組織和體系結(jié)構(gòu) 難 點(diǎn) l 計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、計算機(jī)組織、計算機(jī)實(shí)現(xiàn)以及計算機(jī)層次結(jié)構(gòu)的關(guān)系。三、課后練習(xí)作業(yè)：1、7 10思考：2、3、5、6四、 本章參考資料五、 教學(xué)后記重點(diǎn)是使學(xué)生能夠了解本課程的學(xué)習(xí)重點(diǎn)和關(guān)注的技術(shù)領(lǐng)域，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并引導(dǎo)學(xué)生建立良好的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)習(xí)慣。其它問題：本書例程是否需要統(tǒng)一成ARM指令？不統(tǒng)一的好處在于：x86匯編指令其實(shí)更容易理解；另外也可以對比學(xué)習(xí)到CI

5、SC和RISC兩種類型的指令。第二章計算機(jī)系統(tǒng)組成與工作原理授課學(xué)時：10一、教學(xué)內(nèi)容及要求 內(nèi) 容 1 計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)l 馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。l 現(xiàn)代計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)的改進(jìn)：指令集的改進(jìn)、存儲器組織結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、輸入/輸出的改進(jìn)。2 計算機(jī)的組成原理l 總線與接口技術(shù)。l CPU的結(jié)構(gòu)。l 存儲器組織結(jié)構(gòu)。l 輸入/輸出的組織結(jié)構(gòu)。3 計算機(jī)互連結(jié)構(gòu)l 總線要素及組織結(jié)構(gòu)。l 總線仲裁方式、總線帶寬和時序。l 串行總線。4 計算機(jī)工作原理與基本工作流程 要 求 1 重點(diǎn)掌握內(nèi)容l 馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。l CPU的基本結(jié)構(gòu)及組成。l 存儲器的分層體系及組織結(jié)構(gòu)。l 輸入/輸出控制方式及接

6、口組成。l 總線組織形式及帶寬、仲裁、時序的概念。l 串行總線的特點(diǎn)。2 理解內(nèi)容l 計算機(jī)的基本工作過程。3 了解內(nèi)容二、 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 重 點(diǎn) l 計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)：指令集、存儲器讀寫、I/O控制方式l 計算機(jī)組成原理：CPU結(jié)構(gòu)、存儲器組織、總線及接口l 計算機(jī)互連：總線協(xié)議、總線帶寬、總線仲裁、總線時序l 計算機(jī)工作流程 難 點(diǎn) l 計算機(jī)工作原理及工作過程l 串行總線三、課后練習(xí)作業(yè)：7 、1315、2023、2831 思考：16、812、1618、2527 四、 本章參考資料五、 教學(xué)后記本章幾乎全是重點(diǎn)，而且從不同角度解釋CPU子系統(tǒng)、存儲器子系統(tǒng)及輸入輸出子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理

7、，可能會導(dǎo)致學(xué)生感覺混亂，還需要找到一個好的方法將計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)及組成這兩個角度融合起來理解。建議將第四章提前到第三章前講。第三章微處理器體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)授課學(xué)時：10學(xué)時一、教學(xué)內(nèi)容及要求 內(nèi) 容 1. CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能。2. 從邏輯設(shè)計和硬件電路的角度，研究微處理器的體系結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)及其特性。3. 探討微處理器系統(tǒng)的硬件、軟件兩者之間的相互影響。 要 求 1 重點(diǎn)掌握內(nèi)容l 計算機(jī)指令系統(tǒng)要素。l 指令格式與尋址方式。2 理解內(nèi)容l 微處理器的結(jié)構(gòu)和組成l 隨機(jī)邏輯結(jié)構(gòu)及操作。l 微碼體系結(jié)構(gòu)。l 流水線體系結(jié)構(gòu)。3 了解內(nèi)容l 超標(biāo)量體系結(jié)構(gòu)及操作。二、 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 重 點(diǎn)

8、 l 微處理器結(jié)構(gòu)與功能。l 指令系統(tǒng)設(shè)計要素。 難 點(diǎn) l 微碼體系結(jié)構(gòu)。l 隨機(jī)邏輯體系結(jié)構(gòu)。三、課后練習(xí)作業(yè)：1、2、7、9、11、13 思考：36、8、10、12、15、16 四、 本章參考資料五、 教學(xué)后記需要強(qiáng)調(diào)并引導(dǎo)學(xué)生建立“CPU=硬件+指令”的系統(tǒng)級概念，理解軟件和硬件的等價性。對于CPU的不同體系結(jié)構(gòu)應(yīng)注意說明并不是對立的，而是發(fā)展過程中逐漸演變成的。考慮是否補(bǔ)充CISC（x86）及RISC（ARM）的具體結(jié)構(gòu)及機(jī)器指令編碼格式，當(dāng)然這個也可以在第五章補(bǔ)充。第四章計算機(jī)總線接口技術(shù)授課學(xué)時：10一、教學(xué)內(nèi)容及要求 內(nèi) 容 l 接口基礎(chǔ)：位置映射、位置譯碼、總線隔離l 存儲器

9、接口技術(shù)l 并行接口技術(shù)（無條件控制、查詢控制、中斷控制）l 串口接口技術(shù)l 模數(shù)/數(shù)模接口技術(shù)l 定時/計數(shù)接口技術(shù) 要 求 1 重點(diǎn)掌握內(nèi)容l 位置映射技術(shù)l 位置譯碼設(shè)計方法l 存儲器模塊結(jié)構(gòu)及設(shè)計l 程序控制方式下并行接口技術(shù)及接口電路設(shè)計方法2 理解內(nèi)容l 中斷接口電路設(shè)計l 串行接口設(shè)計l 定時/計數(shù)接口設(shè)計l 模數(shù)/數(shù)模接口技術(shù)3 了解內(nèi)容l DMA控制器接口二、 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 重 點(diǎn) l 接口的概念，位置空間概念，接口電路中譯碼電路的設(shè)計l 主存儲器擴(kuò)展設(shè)計l 并行接口設(shè)計 難 點(diǎn) l 位置分配、位置空間及位置譯碼l 帶握手信號的接口結(jié)構(gòu)及工作流程l 中斷接口的軟硬件實(shí)現(xiàn)l

10、模數(shù)接口技術(shù)三、課后練習(xí)作業(yè)：1、2、4、7、8、10、13、18、19、22、23、28、31、39、41思考：3、9、 11（較難）、 14、16、21、25、26、27、29、 32 （較難）、33 （較難）、 34、35、37 四、 本章參考資料 教材第4章、接口技術(shù)相關(guān)參考書。五、 教學(xué)后記本章教材中內(nèi)容比較簡略，建議在附錄中增加涉及到的幾個接口芯片的手冊。第五章ARM體系結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng)授課學(xué)時：10一、教學(xué)內(nèi)容及要求 內(nèi) 容 l ARM體系結(jié)構(gòu)及處理器l ARM編程模型、運(yùn)行模式、工作狀態(tài)、存儲器組織結(jié)構(gòu)l 存儲器格式及位置映射l ARM指令系統(tǒng)、尋址方式l ARM指令集l THU

11、M指令與ARM指令的區(qū)別 要 求 1 重點(diǎn)掌握內(nèi)容l ARM指令系統(tǒng)l 指令尋址方式l 指令格式l ARM指令集的常用指令：數(shù)據(jù)傳送指令，基本運(yùn)算指令2 理解內(nèi)容l ARM指令模型l 處理器運(yùn)行模式、工作狀態(tài)l 存儲器組織狀態(tài)3 了解內(nèi)容l ARM體系結(jié)構(gòu)及處理器l THUMB指令與ARM指令的區(qū)別二、 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 重 點(diǎn) l ARM指令系統(tǒng)、尋址方式l 指令格式及特點(diǎn)l 指令操作數(shù)l ARM常用指令，數(shù)據(jù)傳送指令，基本運(yùn)算指令 難 點(diǎn) l 指令結(jié)構(gòu)規(guī)律l 指令操作三、作業(yè)作業(yè)：5、7、9、10思考：14、6、8、11四、 本章參考資料 教材第5章。ARM指令集等相關(guān)文件，ARM網(wǎng)站及論壇

12、五、 教學(xué)后記第六章ARM程序設(shè)計授課學(xué)時：7一、教學(xué)內(nèi)容及要求 內(nèi) 容 l 匯編程序結(jié)構(gòu)與匯編語言l 匯編語言常用偽指令l 匯編程序格式及規(guī)范l ARM匯編程序設(shè)計方法l ARM程序設(shè)計舉例l ARM匯編與C語言混合編程 要 求 1 重點(diǎn)掌握內(nèi)容l 匯編程序結(jié)構(gòu)要求及特點(diǎn)l ARM匯編語言的偽指令l 匯編語言指令格式l 匯編語言程序設(shè)計2 理解內(nèi)容l ARM程序框架l 函數(shù)調(diào)用l 混合編程二、 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 重 點(diǎn) l 匯編程序結(jié)構(gòu)及規(guī)范l 常用偽指令l 匯編語句格式規(guī)范l 匯編程序設(shè)計 難 點(diǎn) l 匯編語言程序設(shè)計l 混合編程、函數(shù)調(diào)用三、作業(yè)作業(yè)：3、4、6、8、12、1419思考：1

13、、2、10、13四、 本章參考資料 教材第6章，ARM指令系統(tǒng)、程序設(shè)計及C語言設(shè)計相關(guān)參考書，ARM論壇及網(wǎng)站。五、 教學(xué)后記第七章基于ARM內(nèi)核的微處理器芯片簡介授課學(xué)時：5一、教學(xué)內(nèi)容及要求 內(nèi) 容 l ARM處理器結(jié)構(gòu)l 存儲器管理單元及接口l CACHE、總線接口單元l ARM9微處理器：MX21處理器、SAM9263處理器、S3C2440處理器l ARM處理器硬件系統(tǒng) 要 求 1 重點(diǎn)掌握內(nèi)容l ARM處理器最小系統(tǒng)的設(shè)計2 理解內(nèi)容l ARM處理器內(nèi)核結(jié)構(gòu)l 存儲器管理單元l 總線接口單元l 高速存儲取 l ARM處理器MC9328MX213 了解內(nèi)容l ARM處理器AT91SA

14、M9263l ARM處理器S3C2440二、 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 重 點(diǎn) l ARM處理器最小硬件設(shè)計l ARM處理器內(nèi)核結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 難 點(diǎn) l ARM處理器內(nèi)核結(jié)構(gòu)三、作業(yè)l 3，5四、 本章參考資料 教材第7章，ARM處理器芯片資料。五、 教學(xué)后記第八章嵌入式系統(tǒng)論設(shè)計授課學(xué)時：6一、教學(xué)內(nèi)容及要求 內(nèi) 容 l 嵌入式系統(tǒng)簡介l 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法及設(shè)計流程l 嵌入式處理器介紹l 嵌入式軟件系統(tǒng)：軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作流程l 嵌入式操作系統(tǒng)任務(wù)及技術(shù)指標(biāo)l 常用嵌入式操作系統(tǒng)l 嵌入式操作系統(tǒng)移植l 嵌入式系統(tǒng)的測試 要 求 1 重點(diǎn)掌握內(nèi)容l 嵌入式操作系統(tǒng)的移植l BOOTLOADER的移植方法及過程l 嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)核移植方法 2 理解內(nèi)容l 嵌入式軟件的設(shè)計流程l 嵌入式處理器介紹l 嵌入式軟件系統(tǒng)3 了解內(nèi)容l 嵌入式系統(tǒng)簡介l 其他常用嵌入式操作系統(tǒng)二、 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 重 點(diǎn) l 嵌入式操作系統(tǒng)移植l BOOTLOADER移植方法l 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法l 嵌入式軟件設(shè)計 難 點(diǎn) l 嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核移植三、作業(yè)l 1、3、4、6、8、10、12四、 本章參考資料 教材第8章，嵌入式系統(tǒng)相關(guān)資料五、 教學(xué)后記 第九章基于ARM微處理器核的SoC設(shè)計授