微处理器系统结构与嵌入式系统第一概述

1、 地址地址: :主楼主楼C2-508 电话电话: : 61831430 E-mail : 2022-2-8星期星期1 第第3,4节节 二教二教108 星期星期3 第第5,6节节 二教二教108 星期星期5 (单单) 第第1,2节节 二教二教204 教学总学时：教学总学时：80 （课堂教学：（课堂教学：64 实验：实验：16） 一：一：概述概述 4 4课时课时 二：二：计算机系统的结构组成与工作原理计算机系统的结构组成与工作原理 1010课时课时 三：三：微处理器体系结构及关键技术微处理器体系结构及关键技术 6 6课时课时 四：四：总线技术与总线标准总线技术与总线标准 6 6课时课时 五：五：

2、存储器系统存储器系统 8 8课时课时 六：输入输出接口六：输入输出接口 6 6课时课时 七：七：ARM微处理器编程模型微处理器编程模型 4 4课时课时 八：八：ARM汇编指令汇编指令 4 4课时课时 九：九：ARMARM程序设计程序设计 4 4课时课时 十十: : 基于基于ARMARM微处理器的硬件系统设计微处理器的硬件系统设计 5 5课时课时十一十一: : 基于基于ARMARM微处理器的软件系统设计微处理器的软件系统设计 5 5课时课时十二十二: : 基于基于ARMARM微处理器核的微处理器核的SOCSOC设计设计 2 2课时课时uARM集成开发环境建立集成开发环境建立uARM汇编实现汇编实

3、现LED控制实验控制实验uARM汇编实现串口通信实验汇编实现串口通信实验uARM-Linux开发环境建立开发环境建立uARM-Linux下模块方式驱动程序实验下模块方式驱动程序实验uARM-Linux下下键盘及数码管驱动键盘及数码管驱动程序设计实验程序设计实验uARM-Linux下下LCD驱动程序设计实验驱动程序设计实验uARM-Linux下下触摸屏驱动程序设计实验触摸屏驱动程序设计实验uARM-Linux下下SD卡驱动程序及文件系统设计实验卡驱动程序及文件系统设计实验uARM-Linux下下AC97音频驱动程序设计实验音频驱动程序设计实验uARM-Linux下下以太网通以太网通信实验信实验5

4、/30l平时：平时： 10%l期中：期中： 15%l期末：期末： 60%l实验：实验： 15%课程的重要性课程的重要性:3+6:3+6基础课、应用广、基础课、应用广、研究生研究生复试复试理论联系实际非常紧密的课程理论联系实际非常紧密的课程, , 课程内容课程内容多、更新极快。多、更新极快。主动参与、发现、探究。主动参与、发现、探究。多探讨交流，但要独立完成作业。多探讨交流，但要独立完成作业。积极参与实验，增强动手能力，培养分析解积极参与实验，增强动手能力，培养分析解决实际问题的能力。决实际问题的能力。-最重要的是要培养对该课程相关知识的兴趣最重要的是要培养对该课程相关知识的兴趣v微处理器系统结

5、构及嵌入式系统设计（第二版）微处理器系统结构及嵌入式系统设计（第二版）李广军等，电子工业出版社李广军等，电子工业出版社 ，20201010 v微机系统原理与接口技术微机系统原理与接口技术李广军等，电子科技大学出版社，李广军等，电子科技大学出版社，20052005 v系统体系结构（第系统体系结构（第5 5版）版）郭新房等译郭新房等译. Stephen D. Burd. Stephen D. Burd著，清华大学出版社，著，清华大学出版社，20072007v计算机系统结构计算机系统结构张晨曦等，高等教育出版社，张晨曦等，高等教育出版社，20082008 v现代计算机组成原理现代计算机组成原理潘松等

6、，科学出版社，潘松等，科学出版社，20072007vARMARM体系结构与编程体系结构与编程杜春雷，清华大学出版社，杜春雷，清华大学出版社，200720071.1 计算机发展概述（了解）计算机发展概述（了解）电子计算机发展概述电子计算机发展概述普适计算与泛在通信普适计算与泛在通信1.2 集成电路与集成电路与SoC设计（理解）设计（理解）集成电路技术的发展集成电路技术的发展基于基于IP的的SoC设计设计1.3 先进的处理器技术（了解）先进的处理器技术（了解）片上多核处理器片上多核处理器(CMP)流处理器流处理器(Stream Processor)PIM(Processor In Memory)可

7、重构计算处理器可重构计算处理器1.4 嵌入式系统（理解）嵌入式系统（理解）嵌入式系统的概念嵌入式系统的概念 嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点嵌入式系统中的处理器嵌入式系统中的处理器嵌入式系统的组成嵌入式系统的组成嵌入式系统的发展现状与趋势嵌入式系统的发展现状与趋势学习嵌入式系统的意义学习嵌入式系统的意义1. 已学习的课程？已学习的课程？软件类有：软件类有：硬件类有：硬件类有：2. 从两个方面来学习：从两个方面来学习：结构，构成结构，构成计算机的应用计算机的应用2022-2-82022-2-810/302022-2-82022-2-811/301. 1940图灵机图灵机 2. 1946冯冯诺依曼

8、计算机诺依曼计算机(电子管）电子管）3. 1955晶体管计算机晶体管计算机4. 1957集成电路时代集成电路时代5. 1978VLSI6. 1980IBMPC2022-2-812/ 53电子管电子管(vacuum tube)时代时代晶体管晶体管(transistor)时代时代第一个晶体管的诞生第一个晶体管的诞生2022-2-813/ 532022-2-814/ 53 第一块第一块IC诞生之后，诞生之后，基尔比在基尔比在IRE(美国无美国无线电工程师线电工程师学会学会)的一次的一次会议上宣布会议上宣布了了“固体电固体电路路”(Solid circuit)的出的出现，这就是现，这就是以后的以后的“

9、集集成电路成电路”的的代名词代名词 。2022-2-815/ 532022-2-816/ 53微电子技术微电子技术计算机技术计算机技术通信技术通信技术2022-2-817/ 532022-2-818/ 531. 普适计算普适计算设备和各种网络整合在一起，清除设备和各种网络整合在一起，清除“计算机计算机”作为获取数字服务的中作为获取数字服务的中央媒介地位，计算机彻底退居央媒介地位，计算机彻底退居“幕幕后后”2. 泛在通信泛在通信泛在通信与网络泛在通信与网络无线传感器无线传感器物联网物联网 CPU 90% 90% 10% 10%2022-2-819/ 532022-2-820/ 532022-2-

10、821/ 531. 无线传感器网络技术构成无线传感器网络技术构成传感器传感器嵌入式计算技术嵌入式计算技术网络网络物联网技术物联网技术2022-2-822/ 53感知传递处理1.1.MooreMoore定律定律 微处理器内晶体管集成度每微处理器内晶体管集成度每1818个月翻一番个月翻一番2.2.BellBell定律定律 如果保持计算能力不变，微处理器的价格每如果保持计算能力不变，微处理器的价格每1818个月减少一半；个月减少一半；每每1010年会有一类新的计算设备诞生：巨型机、小型机、年会有一类新的计算设备诞生：巨型机、小型机、工作站、工作站、PCPC到到PDAPDA的演变、新一代计算设备的演变

11、、新一代计算设备3.3.GilderGilder定律定律 未来未来2525年（年（19961996年预言）里，主干网的带宽将年预言）里，主干网的带宽将每每6 6个月增加一倍；个月增加一倍；4.4.MetcalfeMetcalfe定律定律 网络价值同网络用户数的平方成正比；网络价值同网络用户数的平方成正比；2022-2-823/ 532022-2-824/ 531. 什么是集成电路？什么是集成电路？2. 集成电路两个重要标志集成电路两个重要标志集成规模集成规模特征尺寸特征尺寸3. SoC:在一个微电子芯片上将信息的采集、在一个微电子芯片上将信息的采集、传输、存储和处理等功能集成在一传输、存储和处

12、理等功能集成在一起起系统级芯片系统级芯片 (SOC) 技术技术系统知识系统知识 (硬件与软件硬件与软件)电路设计知识电路设计知识 (DAC、ADC 等等)制造工艺知识制造工艺知识(90nm, 65nm, 45nm)晶圆工艺知识晶圆工艺知识(300mm 晶圆晶圆)A/DA/D数字射频处理器数字射频处理器数字滤波与控制数字滤波与控制混合信号处理器 数字 基带混合信号处理器支撑技术支撑技术软硬件协同设计设计及验证技术软硬件协同设计设计及验证技术IP核生成和复用技术核生成和复用技术超深亚微米工艺及纳米超深亚微米工艺及纳米IC设计技术设计技术2022-2-825/ 53嵌入式系统是一门嵌入式系统是一门交

13、叉学科交叉学科，涉及计算机、微，涉及计算机、微电子、网络、通信、信号处理、传感器等诸多领域。电子、网络、通信、信号处理、传感器等诸多领域。随着现代微电子技术、微机电系统随着现代微电子技术、微机电系统MEMSMEMS、片、片上系统上系统SoCSoC、纳米材料、无线通信技术、信号处理、纳米材料、无线通信技术、信号处理技术、计算机网络技术等的进步以及互联网的迅猛技术、计算机网络技术等的进步以及互联网的迅猛发展，嵌入式系统向发展，嵌入式系统向集成化、微型化，智能化、网集成化、微型化，智能化、网络化络化方向发展。方向发展。2022-2-826/ 532022-2-827/ 53 IEEE定义device

14、s used to control, monitor，or assist the operation equipment , machinery or plants 国内普遍认同的定义以各种形态嵌入到对象体系中的专用计算机系统芯片级（芯片级（MCU、SoC）板级（单板、模块）板级（单板、模块）设备级（工控机）设备级（工控机）2022-2-828/ 53以应用为中心以应用为中心 软、硬件可软、硬件可裁剪裁剪 对体积、功对体积、功耗、实时性、耗、实时性、可靠性、功能、可靠性、功能、成本等有严格成本等有严格约束约束2022-2-829/ 53硬件硬件软件软件开发系统开发系统嵌入式处理器嵌入式处理器存

15、储器系统存储器系统外部接口外部接口EMPUEMCUEDSPESoCEPSoC程序程序ROM数据数据RAM参数参数EEPROMNVRAM并行接口并行接口串行接口串行接口音视频接口音视频接口网络接口网络接口嵌入式操作系统嵌入式操作系统应用软件应用软件VxWorksc/OSWindows CE嵌入式嵌入式Linux编译器编译器链接器链接器调试器调试器集成软件环境集成软件环境硬件工具硬件工具仿真器仿真器编程器编程器在线调试工具在线调试工具外围设备外围设备键盘键盘LCD存储设备存储设备音频设备音频设备专用设备专用设备2022-2-830/ 532022-2-831/ 531.1.网络化、支持分布式计算网络化、支持分布式计算2.2.可编程、可在线更新可编程、可在线更新3.3.集成度提高、集成度提高、SoC/NoCSoC/NoC4.4.开发平台的完备化开发平台的完备化 5.5.友好的人机界面友好的人机界面 6.6.32/3232/302022-2-832/ 531. 信息的表示：各种编码信息的表示：各种编码2. 数据的类型数据的类型位（位（Bit） 、字节（、字节（Byte）、字（）、字（Word）、双字）、双字（Doubleword）、）、 四字（四字（Quardword） 1 bit=