《微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計》課程教案

教師教案（201—201學(xué)年第學(xué)期）課程名稱:微處理器與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計授課學(xué)時：80授課班級：任課教師：教師職稱：教師所在學(xué)院:電子科技大學(xué)第8章ARM匯編指令授課學(xué)時：4-5一、教學(xué)內(nèi)容及要求☆內(nèi)容☆A(yù)RM尋址方式ARM指令格式：機器指令、匯編指令A(yù)RM指令集☆要求☆1重點掌握內(nèi)容ARM常用尋址方式ARM常用指令：數(shù)據(jù)傳送指令，基本運算指令理解內(nèi)容?ARM指令模型與格式了解內(nèi)容?THUMB指令與ARM指令的區(qū)別二、教學(xué)重點與難點☆重點☆A(yù)RM常用尋址方式ARM指令格式及特點ARM常用指令：數(shù)據(jù)傳送指令，基本運算指令☆難點☆常用尋址方式；指令結(jié)構(gòu)規(guī)律三、作業(yè)作業(yè)：2?5、7?9思考：1、6、10、11四、本章參考資料ARM指令集等相關(guān)文件，ARM網(wǎng)站及論壇五、教學(xué)后記.同上一章，本章應(yīng)與第三章中指令相關(guān)內(nèi)容進行比較或?qū)?yīng)。.本章的主要內(nèi)容也是ARM用戶手冊中一部分，東西較多，但不要求學(xué)生死記硬背。重點是教會學(xué)生如何查閱自己需要的資料。.可以與x86機器指令編碼對比。.多給例程，可以選擇講解；第9章ARM程序設(shè)計授課學(xué)時：4-5一、教學(xué)內(nèi)容及要求☆內(nèi)容☆A(yù)RM程序開發(fā)環(huán)境ARM匯編語言程序設(shè)計技術(shù)匯編語言程序開發(fā)特點匯編偽指令匯編語句格式匯編語言程序結(jié)構(gòu)及實例3ARM“匯編+C”混合編程技術(shù)ARM工程及程序框架C/C++語言和匯編語言的混合編程☆要求☆1重點掌握內(nèi)容匯編程序結(jié)構(gòu)要求及特點ARM匯編語言的常用偽指令匯編程序（指令）格式及規(guī)范匯編語言程序設(shè)計技術(shù)2理解內(nèi)容ARM程序框架、函數(shù)調(diào)用混合編程二、教學(xué)重點與難點☆重點☆匯編程序結(jié)構(gòu)及規(guī)范常用偽指令匯編語句格式規(guī)范☆難點☆?混合編程、函數(shù)調(diào)用三、作業(yè)作業(yè)：2?4、6、7、9?14思考：5、8、15?19四、本章參考資料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)后記注意事項同上一章。第1。章基于ARM微處理器的硬件系統(tǒng)設(shè)計授課學(xué)時：3一、教學(xué)內(nèi)容及要求☆內(nèi)容☆基于ARM微處理器的系統(tǒng)設(shè)計概述基于ARM內(nèi)核的常用微處理器簡介：MX21、S3c2440、其他ARM微處理器最小硬件系統(tǒng)：電源、時鐘、復(fù)位、存儲器、調(diào)試接口人機交互接口:鍵盤與LED接口、LCD顯示接口、觸摸屏接口通信接口:串行通信接口、其他通信接口☆要求☆1重點掌握內(nèi)容ARM處理器最小系統(tǒng)的設(shè)計ARM處理器常用接口的程控技術(shù)2理解內(nèi)容ARM處理器內(nèi)核與處理器芯片的結(jié)構(gòu)基于ARM的SoC架構(gòu)3了解內(nèi)容二、教學(xué)重點與難點☆重點☆A(yù)RM處理器最小硬件系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)ARM處理器常用接口的程控技術(shù)☆難點☆?ARM處理器常用接口的程控技術(shù)三、作業(yè)作業(yè)：4、6?10思考：1?3、5四、本章參考資料相關(guān)ARM處理器芯片資料。五、教學(xué)后記.接口設(shè)計技術(shù)應(yīng)與第6章內(nèi)容呼應(yīng)；.編程例程應(yīng)結(jié)合實驗內(nèi)容；第11章基于ARM微處理器的軟件系統(tǒng)設(shè)計授課學(xué)時：3一、教學(xué)內(nèi)容及要求☆內(nèi)容☆嵌入式軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作流程嵌入式軟件系統(tǒng)的引導(dǎo)和加載S3c2440啟動過程BootLoader基本概念U-boot的分析與移植嵌入式Linux操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式Linux內(nèi)核Linux下驅(qū)動程序設(shè)計示例：打開、設(shè)置、讀寫、關(guān)閉☆要求☆1重點掌握內(nèi)容BOOTLOADER的概念與基本移植方法。嵌入式操作系統(tǒng)下基本的驅(qū)動開發(fā)技術(shù)。2理解內(nèi)容嵌入式軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。嵌入式軟件的設(shè)計流程。3了解內(nèi)容?其他常用嵌入式操作系統(tǒng)及開發(fā)技術(shù)。二、教學(xué)重點與難點☆重點☆嵌入式軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。BOOTLOADER移植方法。☆難點☆嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核移植技術(shù)。嵌入式操作系統(tǒng)驅(qū)動開發(fā)技術(shù)。三、作業(yè)四、本章參考資料嵌入式操作系統(tǒng)移植與開發(fā)的相關(guān)資料。五、教學(xué)后記.重點是讓學(xué)生理解有OS和無OS時嵌入式軟件開發(fā)技術(shù)的主要區(qū)別。.需要結(jié)合實驗課程內(nèi)容與要求。.可以補充其他相關(guān)知識：嵌入式操作系統(tǒng)任務(wù)及技術(shù)指標(biāo)、嵌入式系統(tǒng)的測試等。第12章基于ARM微處理器核的SoC設(shè)計授課學(xué)時：2一、教學(xué)內(nèi)容及要求☆內(nèi)容☆片上芯片設(shè)計方法SOC的片上總線基于ARM內(nèi)核的SOC系統(tǒng)設(shè)計☆要求☆理解內(nèi)容片上系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)SOC的片上總線了解內(nèi)容?基于ARM內(nèi)核的SOC系統(tǒng)設(shè)計二、教學(xué)重點與難點☆重點☆片上芯片總線☆難點☆片上系統(tǒng)設(shè)計三、作業(yè)四、本章參考資料SOC相關(guān)資料五、教學(xué)后記5、5、5、6章的內(nèi)容。本章一般不單獨講授，主要內(nèi)容結(jié)合第4、5、6章的內(nèi)容。課程名稱微處理器與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計授課專業(yè)班級年級課程編號BK03修課人數(shù)課程類型必修課學(xué)科基礎(chǔ)課（4）；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（4）；實踐課（）考核方式考試（1）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，實踐課16學(xué)時名稱作者出版社及出版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（第2版）李廣軍等電子工業(yè)出版社，2011參考書目.體系結(jié)構(gòu)（第5版）.計算機機系統(tǒng)結(jié)構(gòu).計算機組成原理.計算機機組織與體系結(jié)構(gòu)-性能設(shè)計（第七版）.ARM體系結(jié)構(gòu)與編程.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授課時間第1章概述授課學(xué)時：3-4一、教學(xué)內(nèi)容及要求☆內(nèi)容☆課程介紹本課程講授的主要內(nèi)容、改革目標(biāo)及要求。相關(guān)知識及本課程在系列課程中的地位。有效學(xué)習(xí)方法。推薦參考書。教學(xué)進度安排。課程考核方式。計算機基礎(chǔ)知識無處不在的計算機。從微電子技術(shù)角度理解計算機的發(fā)展。嵌入式系統(tǒng)相關(guān)概念?！钜蟆?重點掌握內(nèi)容理解內(nèi)容嵌入式計算機與通用計算機的不同。微電子技術(shù)、通信技術(shù)與計算機技術(shù)的發(fā)展、融合。了解內(nèi)容?先進的處理器技術(shù)。二、教學(xué)重點與難點三、課后練習(xí)作業(yè)：2、3、5、8思考：4、6、9四、本章參考資料五、教學(xué)后記.重點是使學(xué)生能夠了解本課程的學(xué)習(xí)重點和關(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。.對于英才班學(xué)生，可以結(jié)合其科研訓(xùn)練要求，鼓勵學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)、圖書館搜索及提煉有用信息。第2章計算機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成與工作原理授課學(xué)時：6-7一、教學(xué)內(nèi)容及要求☆內(nèi)容☆1計算機系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與組成現(xiàn)代計算機系統(tǒng)的層次模型。計算機組織的模型：計算機組織和體系結(jié)構(gòu)2計算機系統(tǒng)的工作原理馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)。模型機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、工作流程示例。3微處理器體系結(jié)構(gòu)的改革現(xiàn)代計算機的體系結(jié)構(gòu)的改進：指令集方面、存儲器方面、輸入/輸出方面并行處理技術(shù)：流水線、超標(biāo)量、VLIW、多機（處理器）4計算機體系結(jié)構(gòu)分類。5計算機系統(tǒng)的性能評測?！钜蟆?重點掌握內(nèi)容馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的特點。計算機系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、組成及工作流程。計算機系統(tǒng)的性能評測指標(biāo)。2理解內(nèi)容微處理器體系結(jié)構(gòu)的改進。計算機體系結(jié)構(gòu)分類。3了解內(nèi)容二、教學(xué)重點與難點☆重點☆計算機組織的模型：計算機組織和體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)代計算機的層次結(jié)構(gòu)。現(xiàn)代計算機的流水線結(jié)構(gòu)。不同的CPU設(shè)計策略：CISC和RISC結(jié)構(gòu)?！铍y點☆計算機工作流程。計算機體系結(jié)構(gòu)、計算機組織、計算機實現(xiàn)以及計算機層次結(jié)構(gòu)的關(guān)系。三、課后練習(xí)作業(yè)：2?6、14、15思考：1、7?13四、本章參考資料五、教學(xué)后記本章可以算是全書內(nèi)容的綱領(lǐng)部分，因此幾乎全是重點。教學(xué)中應(yīng)該提醒學(xué)生注意本章與后面第3-6章之間的關(guān)系：學(xué)生可能會感覺內(nèi)容很多，而且前后有重復(fù)部分，需要比較好地對教學(xué)內(nèi)容進行取舍，并把握好講課節(jié)奏。第3章微處理器體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)授課學(xué)時：6-7一、教學(xué)內(nèi)容及要求☆內(nèi)容☆微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能模塊。從設(shè)計角度研究微處理器的體系結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)及其特性。探討微處理器系統(tǒng)的硬件、軟件兩者之間的相互影響?！钜蟆?重點掌握內(nèi)容微處理器的HDL設(shè)計模型：控制器+數(shù)據(jù)通路計算機指令系統(tǒng)要素：指令格式與尋址方式。流水線技術(shù)的特點。2理解內(nèi)容微處理器的設(shè)計要素及關(guān)鍵技術(shù)。隨機邏輯體系結(jié)構(gòu)與微碼體系結(jié)構(gòu)的對比。流水線結(jié)構(gòu)的問題及解決技術(shù)。3了解內(nèi)容?超標(biāo)量體系結(jié)構(gòu)及操作。二、教學(xué)重點與難點☆重點☆數(shù)據(jù)通路。尋址方式?！铍y點☆微碼體系結(jié)構(gòu)與隨機邏輯體系結(jié)構(gòu)的比較。微處理器的時序控制及相關(guān)部件設(shè)計。流水線沖突及解決方案。三、課后練習(xí)作業(yè)：1?3、5、9、10、11、13?15思考：1.6、4、6?8、12、16四、本章參考資料五、教學(xué)后記.需要強調(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。.補充CISC(x86)及RISC(ARM)的具體結(jié)構(gòu)及機器指令編碼格式示例。.英才班學(xué)生課程設(shè)計：完成一個CPU設(shè)計項目的規(guī)范書。第4章總線技術(shù)與總線標(biāo)準(zhǔn)授課學(xué)時：7-8一、教學(xué)內(nèi)容及要求☆內(nèi)容☆1總線技術(shù)總線要素、分類?？偩€性能指標(biāo)?？偩€組織結(jié)構(gòu)?？偩€仲裁方式?？偩€周期與時序。2總線標(biāo)準(zhǔn)并行總線標(biāo)準(zhǔn)示例：AMBA、PCI串行總線標(biāo)準(zhǔn)示例：RS232、USB、SPI☆要求☆1重點掌握內(nèi)容高效的多級總線組織形式。總線仲裁的目的。同步及異步并行總線時序特點。異步串行總線控制特點。2理解內(nèi)容常見SoC總線特點。了解內(nèi)容其他常見并行總線標(biāo)準(zhǔn)特點。其他常見串行總線標(biāo)準(zhǔn)特點。二、教學(xué)重點與難點☆重點☆總線帶寬概念及提升總線帶寬的技術(shù)。總線周期與時序。☆難點☆并行總線的同步及異步時序。異步串行總線(RS232)時序。三、課后練習(xí)作業(yè)：3?6、14思考：1、2、7、12、15四、本章參考資料五、教學(xué)后記.因很多常用總線標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議太過復(fù)雜，教學(xué)中只能簡略介紹，需要高度提煉講授內(nèi)容。.建議引入合適的工程實例。第5章存儲器系統(tǒng)授課學(xué)時：8-9一、教學(xué)內(nèi)容及要求☆內(nèi)容☆1存儲器件的分類：存儲原理（存儲介質(zhì)）、存取方式（讀寫策略）2半導(dǎo)體存儲芯片：基本結(jié)構(gòu)、性能指標(biāo)存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)的分層管理地址映射技術(shù)現(xiàn)代計算機的多級存儲體系4主存儲器設(shè)計技術(shù)存儲芯片選型存儲芯片的組織形式：容量；吞吐量地址譯碼技術(shù)：兩級譯碼；全譯碼、部分譯碼、線姨媽；固定、可變存儲器接口設(shè)計☆要求☆1重點掌握內(nèi)容半導(dǎo)體存儲芯片的性能指標(biāo)分層存儲系統(tǒng)的管理地址映射技術(shù)地址譯碼設(shè)計方法存儲器模塊結(jié)構(gòu)及設(shè)計理解內(nèi)容半導(dǎo)體存儲器件的基本讀寫策略半導(dǎo)體存儲芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)了解內(nèi)容?不同的半導(dǎo)體存儲介質(zhì)二、教學(xué)重點與難點☆重點☆存儲器子系統(tǒng)的分層管理策略地址空間概念，接口電路中譯碼電路的設(shè)計主存儲器擴展設(shè)計☆難點☆地址空間與地址映射地址分配及地址譯碼三、課后練習(xí)作業(yè)：10?17思考：1?9四、本章參考資料五、教學(xué)后記本章內(nèi)容較多且與硬件聯(lián)系比較緊密，學(xué)生若沒有較好基礎(chǔ)會比較吃力，應(yīng)多用例題多做課堂練習(xí)。第6章輸入/輸出結(jié)構(gòu)授課學(xué)時：6-7一、教學(xué)內(nèi)容及要求☆內(nèi)容☆接口基礎(chǔ)：端口編址（地址映射）、地址分配與譯碼2信息傳輸控制方式程序控制方式：無條件控制、查詢控制中斷方式DMA方式通道方式3并行接口設(shè)計技術(shù)：無握手信號、帶握手信號、可編程接口4串口接口設(shè)計技術(shù)：UART☆要求☆1重點掌握內(nèi)容端口編址技術(shù)程序控制方式下并行接口技術(shù)及接口電路設(shè)計方法理解內(nèi)容中斷接口電路設(shè)計DMA接口電路設(shè)計異步串行接口設(shè)計了解內(nèi)容?可編程接口設(shè)計二、教學(xué)重點與難點☆重點☆接口的概念，地址空間概念，接口電路中譯碼電路的設(shè)計帶握手信號的并行接口設(shè)計☆難點☆地址分配、地址空間及地址譯碼帶握手信號的接口結(jié)構(gòu)及工作流程中斷接口的軟硬件實現(xiàn)三、課后練習(xí)作業(yè)：4思考：1-3、5?14四、本章參考資料五、教學(xué)后記本章內(nèi)容較多且軟、硬件聯(lián)系比較緊密，學(xué)生若沒有較好基礎(chǔ)會比較吃力，應(yīng)多用例題多做課堂練習(xí)，幫助學(xué)生建立“系統(tǒng)”的概念，理解“硬件+驅(qū)動”的工作方式。第7章ARM微處理器編程模型授課學(xué)時：4一、教學(xué)內(nèi)容及要求☆內(nèi)容☆A(yù)RM體系結(jié)構(gòu)?體系結(jié)構(gòu)、處理器核、處理器芯片ARM編程模型處理器：工作狀態(tài)、運行模式、寄存器組織、異常存儲器：數(shù)據(jù)類型、存儲格式I/O組織：存儲器映象編址☆要求☆1重點掌握內(nèi)容理解內(nèi)容ARM