微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)-第一章-概述

1、 地址地址: :主樓主樓C2-508 電話電話: : 61831430 E-mail : 2022-4-26星期星期1 第第3,4節(jié)節(jié) 二教二教108 星期星期3 第第5,6節(jié)節(jié) 二教二教108 星期星期5 (單單) 第第1,2節(jié)節(jié) 二教二教204 教學(xué)總學(xué)時(shí)：教學(xué)總學(xué)時(shí)：80 （課堂教學(xué)：（課堂教學(xué)：64 實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)：16） 一：一：概述概述 4 4課時(shí)課時(shí) 二：二：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成與工作原理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成與工作原理 1010課時(shí)課時(shí) 三：三：微處理器體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)微處理器體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù) 6 6課時(shí)課時(shí) 四：四：總線技術(shù)與總線標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)與總線標(biāo)準(zhǔn) 6 6課時(shí)課時(shí) 五：五：

2、 存儲(chǔ)器系統(tǒng)存儲(chǔ)器系統(tǒng) 8 8課時(shí)課時(shí) 六：輸入輸出接口六：輸入輸出接口 6 6課時(shí)課時(shí) 七：七：ARM微處理器編程模型微處理器編程模型 4 4課時(shí)課時(shí) 八：八：ARM匯編指令匯編指令 4 4課時(shí)課時(shí) 九：九：ARMARM程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì) 4 4課時(shí)課時(shí) 十十: : 基于基于ARMARM微處理器的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)微處理器的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 5課時(shí)課時(shí)十一十一: : 基于基于ARMARM微處理器的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)微處理器的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 5課時(shí)課時(shí)十二十二: : 基于基于ARMARM微處理器核的微處理器核的SOCSOC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 2 2課時(shí)課時(shí)uARM集成開發(fā)環(huán)境建立集成開發(fā)環(huán)境建立uARM匯編實(shí)現(xiàn)匯編

3、實(shí)現(xiàn)LED控制實(shí)驗(yàn)控制實(shí)驗(yàn)uARM匯編實(shí)現(xiàn)串口通信實(shí)驗(yàn)匯編實(shí)現(xiàn)串口通信實(shí)驗(yàn)uARM-Linux開發(fā)環(huán)境建立開發(fā)環(huán)境建立uARM-Linux下模塊方式驅(qū)動(dòng)程序?qū)嶒?yàn)下模塊方式驅(qū)動(dòng)程序?qū)嶒?yàn)uARM-Linux下下鍵盤及數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)鍵盤及數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)uARM-Linux下下LCD驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)uARM-Linux下下觸摸屏驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)觸摸屏驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)uARM-Linux下下SD卡驅(qū)動(dòng)程序及文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)卡驅(qū)動(dòng)程序及文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)uARM-Linux下下AC97音頻驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)音頻驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)uARM-Linux下下以太網(wǎng)通以太網(wǎng)通信實(shí)驗(yàn)信實(shí)驗(yàn)

4、5/30l平時(shí)：平時(shí)： 10%l期中：期中： 15%l期末：期末： 60%l實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)： 15%課程的重要性課程的重要性:3+6:3+6基礎(chǔ)課、應(yīng)用廣、基礎(chǔ)課、應(yīng)用廣、研究生研究生復(fù)試復(fù)試?yán)碚撀?lián)系實(shí)際非常緊密的課程理論聯(lián)系實(shí)際非常緊密的課程, , 課程內(nèi)容課程內(nèi)容多、更新極快。多、更新極快。主動(dòng)參與、發(fā)現(xiàn)、探究。主動(dòng)參與、發(fā)現(xiàn)、探究。多探討交流，但要獨(dú)立完成作業(yè)。多探討交流，但要獨(dú)立完成作業(yè)。積極參與實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)動(dòng)手能力，培養(yǎng)分析解積極參與實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)動(dòng)手能力，培養(yǎng)分析解決實(shí)際問題的能力。決實(shí)際問題的能力。-最重要的是要培養(yǎng)對(duì)該課程相關(guān)知識(shí)的興趣最重要的是要培養(yǎng)對(duì)該課程相關(guān)知識(shí)的興趣v微處理器系統(tǒng)

5、結(jié)構(gòu)及嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)（第二版）微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)（第二版）李廣軍等，電子工業(yè)出版社李廣軍等，電子工業(yè)出版社 ，20201010 v微機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)李廣軍等，電子科技大學(xué)出版社，李廣軍等，電子科技大學(xué)出版社，20052005 v系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（第系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（第5 5版）版）郭新房等譯郭新房等譯. Stephen D. Burd. Stephen D. Burd著，清華大學(xué)出版社，著，清華大學(xué)出版社，20072007v計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)張晨曦等，高等教育出版社，張晨曦等，高等教育出版社，20082008 v現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成原理現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成原理潘松

6、等，科學(xué)出版社，潘松等，科學(xué)出版社，20072007vARMARM體系結(jié)構(gòu)與編程體系結(jié)構(gòu)與編程杜春雷，清華大學(xué)出版社，杜春雷，清華大學(xué)出版社，200720071.1 計(jì)算機(jī)發(fā)展概述（了解）計(jì)算機(jī)發(fā)展概述（了解）電子計(jì)算機(jī)發(fā)展概述電子計(jì)算機(jī)發(fā)展概述普適計(jì)算與泛在通信普適計(jì)算與泛在通信1.2 集成電路與集成電路與SoC設(shè)計(jì)（理解）設(shè)計(jì)（理解）集成電路技術(shù)的發(fā)展集成電路技術(shù)的發(fā)展基于基于IP的的SoC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)1.3 先進(jìn)的處理器技術(shù)（了解）先進(jìn)的處理器技術(shù)（了解）片上多核處理器片上多核處理器(CMP)流處理器流處理器(Stream Processor)PIM(Processor In Memory)

7、可重構(gòu)計(jì)算處理器可重構(gòu)計(jì)算處理器1.4 嵌入式系統(tǒng)（理解）嵌入式系統(tǒng)（理解）嵌入式系統(tǒng)的概念嵌入式系統(tǒng)的概念 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)中的處理器嵌入式系統(tǒng)中的處理器嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)的意義學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)的意義已學(xué)習(xí)的課程？已學(xué)習(xí)的課程？軟件類有：軟件類有：硬件類有：硬件類有：從兩個(gè)方面來學(xué)習(xí)：從兩個(gè)方面來學(xué)習(xí)：結(jié)構(gòu)，構(gòu)成結(jié)構(gòu)，構(gòu)成計(jì)算機(jī)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)的應(yīng)用2022-4-262022-4-2610/302022-4-262022-4-2611/301940圖靈機(jī)圖靈機(jī) 1946馮馮諾依曼計(jì)算機(jī)諾依曼計(jì)

8、算機(jī)(電子管）電子管）1955晶體管計(jì)算機(jī)晶體管計(jì)算機(jī)1957集成電路時(shí)代集成電路時(shí)代1978VLSI1980IBMPC2022-4-2612/ 53電子管電子管(vacuum tube)時(shí)代時(shí)代晶體管晶體管(transistor)時(shí)代時(shí)代第一個(gè)晶體管的誕生第一個(gè)晶體管的誕生2022-4-2613/ 532022-4-2614/ 53 第一塊第一塊IC誕生之后，誕生之后，基爾比在基爾比在IRE(美國(guó)無美國(guó)無線電工程師線電工程師學(xué)會(huì)學(xué)會(huì))的一次的一次會(huì)議上宣布會(huì)議上宣布了了“固體電固體電路路”(Solid circuit)的出的出現(xiàn)，這就是現(xiàn)，這就是以后的以后的“集集成電路成電路”的的代名詞代名

9、詞 。2022-4-2615/ 532022-4-2616/ 53微電子技術(shù)微電子技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)通信技術(shù)通信技術(shù)2022-4-2617/ 532022-4-2618/ 53普適計(jì)算普適計(jì)算設(shè)備和各種網(wǎng)絡(luò)整合在一起，清除設(shè)備和各種網(wǎng)絡(luò)整合在一起，清除“計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)”作為獲取數(shù)字服務(wù)的中作為獲取數(shù)字服務(wù)的中央媒介地位，計(jì)算機(jī)徹底退居央媒介地位，計(jì)算機(jī)徹底退居“幕幕后后”泛在通信泛在通信泛在通信與網(wǎng)絡(luò)泛在通信與網(wǎng)絡(luò)無線傳感器無線傳感器物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng) CPU 90% 90% 10% 10%2022-4-2619/ 532022-4-2620/ 532022-4-2621/ 53無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技

10、術(shù)構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)成傳感器傳感器嵌入式計(jì)算技術(shù)嵌入式計(jì)算技術(shù)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)2022-4-2622/ 53感知傳遞處理MooreMoore定律定律 微處理器內(nèi)晶體管集成度每微處理器內(nèi)晶體管集成度每1818個(gè)月翻一番個(gè)月翻一番BellBell定律定律 如果保持計(jì)算能力不變，微處理器的價(jià)格每如果保持計(jì)算能力不變，微處理器的價(jià)格每1818個(gè)月減少一半；個(gè)月減少一半；每每1010年會(huì)有一類新的計(jì)算設(shè)備誕生：巨型機(jī)、小型機(jī)、年會(huì)有一類新的計(jì)算設(shè)備誕生：巨型機(jī)、小型機(jī)、工作站、工作站、PCPC到到PDAPDA的演變、新一代計(jì)算設(shè)備的演變、新一代計(jì)算設(shè)備GilderGilder定律定律

11、未來未來2525年（年（19961996年預(yù)言）里，主干網(wǎng)的帶寬將年預(yù)言）里，主干網(wǎng)的帶寬將每每6 6個(gè)月增加一倍；個(gè)月增加一倍；MetcalfeMetcalfe定律定律 網(wǎng)絡(luò)價(jià)值同網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)的平方成正比；網(wǎng)絡(luò)價(jià)值同網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)的平方成正比；2022-4-2623/ 532022-4-2624/ 53什么是集成電路？什么是集成電路？集成電路兩個(gè)重要標(biāo)志集成電路兩個(gè)重要標(biāo)志集成規(guī)模集成規(guī)模特征尺寸特征尺寸SoC:在一個(gè)微電子芯片上將信息的采集、在一個(gè)微電子芯片上將信息的采集、傳輸、存儲(chǔ)和處理等功能集成在一傳輸、存儲(chǔ)和處理等功能集成在一起起系統(tǒng)級(jí)芯片系統(tǒng)級(jí)芯片 (SOC) 技術(shù)技術(shù)系統(tǒng)知識(shí)系統(tǒng)知識(shí)

12、(硬件與軟件硬件與軟件)電路設(shè)計(jì)知識(shí)電路設(shè)計(jì)知識(shí) (DAC、ADC 等等)制造工藝知識(shí)制造工藝知識(shí)(90nm, 65nm, 45nm)晶圓工藝知識(shí)晶圓工藝知識(shí)(300mm 晶圓晶圓)A/DA/D數(shù)字射頻處理器數(shù)字射頻處理器數(shù)字濾波與控制數(shù)字濾波與控制混合信號(hào)處理器 數(shù)字 基帶混合信號(hào)處理器支撐技術(shù)支撐技術(shù)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證技術(shù)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證技術(shù)IP核生成和復(fù)用技術(shù)核生成和復(fù)用技術(shù)超深亞微米工藝及納米超深亞微米工藝及納米IC設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)2022-4-2625/ 53嵌入式系統(tǒng)是一門嵌入式系統(tǒng)是一門交叉學(xué)科交叉學(xué)科，涉及計(jì)算機(jī)、微，涉及計(jì)算機(jī)、微電子、網(wǎng)絡(luò)、通信、信號(hào)處理、傳感

13、器等諸多領(lǐng)域。電子、網(wǎng)絡(luò)、通信、信號(hào)處理、傳感器等諸多領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代微電子技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)隨著現(xiàn)代微電子技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)MEMSMEMS、片、片上系統(tǒng)上系統(tǒng)SoCSoC、納米材料、無線通信技術(shù)、信號(hào)處理、納米材料、無線通信技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的進(jìn)步以及互聯(lián)網(wǎng)的迅猛技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的進(jìn)步以及互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)向發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)向集成化、微型化，智能化、網(wǎng)集成化、微型化，智能化、網(wǎng)絡(luò)化絡(luò)化方向發(fā)展。方向發(fā)展。2022-4-2626/ 532022-4-2627/ 53 IEEE定義devices used to control, monitor，or assist

14、the operation equipment , machinery or plants 國(guó)內(nèi)普遍認(rèn)同的定義以各種形態(tài)嵌入到對(duì)象體系中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)芯片級(jí)（芯片級(jí)（MCU、SoC）板級(jí)（單板、模塊）板級(jí)（單板、模塊）設(shè)備級(jí)（工控機(jī)）設(shè)備級(jí)（工控機(jī)）2022-4-2628/ 53以應(yīng)用為中心以應(yīng)用為中心 軟、硬件可軟、硬件可裁剪裁剪 對(duì)體積、功對(duì)體積、功耗、實(shí)時(shí)性、耗、實(shí)時(shí)性、可靠性、功能、可靠性、功能、成本等有嚴(yán)格成本等有嚴(yán)格約束約束2022-4-2629/ 53硬件硬件軟件軟件開發(fā)系統(tǒng)開發(fā)系統(tǒng)嵌入式處理器嵌入式處理器存儲(chǔ)器系統(tǒng)存儲(chǔ)器系統(tǒng)外部接口外部接口EMPUEMCUEDSPESoCEP

15、SoC程序程序ROM數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)RAM參數(shù)參數(shù)EEPROMNVRAM并行接口并行接口串行接口串行接口音視頻接口音視頻接口網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接口嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件VxWorksc/OSWindows CE嵌入式嵌入式Linux編譯器編譯器鏈接器鏈接器調(diào)試器調(diào)試器集成軟件環(huán)境集成軟件環(huán)境硬件工具硬件工具仿真器仿真器編程器編程器在線調(diào)試工具在線調(diào)試工具外圍設(shè)備外圍設(shè)備鍵盤鍵盤LCD存儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)設(shè)備音頻設(shè)備音頻設(shè)備專用設(shè)備專用設(shè)備2022-4-2630/ 532022-4-2631/ 53網(wǎng)絡(luò)化、支持分布式計(jì)算網(wǎng)絡(luò)化、支持分布式計(jì)算可編程、可在線更新可編程、可在線更新集成度提高、集成度提高、SoC/NoCSoC/NoC開發(fā)平臺(tái)的完備化開發(fā)平臺(tái)的完備化 友好的人機(jī)界面友好的人機(jī)界面 32/3232/302022-4-2632/ 531. 信息的表示：各種編碼信息的表示：各種編碼2. 數(shù)據(jù)的類型數(shù)據(jù)的類型位（位（Bit） 、字節(jié)（、字節(jié)（Byte）、字（）、字（Word）、雙字）、雙字（Doubleword）、）、 四字（四字（Quardword） 1 bit=1個(gè)二