《微处理器系统结构与嵌入式系统设计》课程教案

教师教案（201—201学年第学期）课程名称:微处理器与嵌入式系统设计授课学时：80授课班级：任课教师：教师职称：教师所在学院:电子科技大学第8章ARM汇编指令授课学时：4-5一、教学内容及要求☆内容☆ARM寻址方式ARM指令格式：机器指令、汇编指令ARM指令集☆要求☆1重点掌握内容ARM常用寻址方式ARM常用指令：数据传送指令，基本运算指令理解内容•ARM指令模型与格式了解内容•THUMB指令与ARM指令的区别二、教学重点与难点☆重点☆ARM常用寻址方式ARM指令格式及特点ARM常用指令：数据传送指令，基本运算指令☆难点☆常用寻址方式；指令结构规律三、作业作业：2〜5、7〜9思考：1、6、10、11四、本章参考资料ARM指令集等相关文件，ARM网站及论坛五、教学后记.同上一章，本章应与第三章中指令相关内容进行比较或对应。.本章的主要内容也是ARM用户手册中一部分，东西较多，但不要求学生死记硬背。重点是教会学生如何查阅自己需要的资料。.可以与x86机器指令编码对比。.多给例程，可以选择讲解；第9章ARM程序设计授课学时：4-5一、教学内容及要求☆内容☆ARM程序开发环境ARM汇编语言程序设计技术汇编语言程序开发特点汇编伪指令汇编语句格式汇编语言程序结构及实例3ARM“汇编+C”混合编程技术ARM工程及程序框架C/C++语言和汇编语言的混合编程☆要求☆1重点掌握内容汇编程序结构要求及特点ARM汇编语言的常用伪指令汇编程序（指令）格式及规范汇编语言程序设计技术2理解内容ARM程序框架、函数调用混合编程二、教学重点与难点☆重点☆汇编程序结构及规范常用伪指令汇编语句格式规范☆难点☆•混合编程、函数调用三、作业作业：2〜4、6、7、9〜14思考：5、8、15〜19四、本章参考资料ARM指令系统、程序设计及C语言设计相关参考书，ARM论坛及网站。五、教学后记注意事项同上一章。第1。章基于ARM微处理器的硬件系统设计授课学时：3一、教学内容及要求☆内容☆基于ARM微处理器的系统设计概述基于ARM内核的常用微处理器简介：MX21、S3c2440、其他ARM微处理器最小硬件系统：电源、时钟、复位、存储器、调试接口人机交互接口:键盘与LED接口、LCD显示接口、触摸屏接口通信接口:串行通信接口、其他通信接口☆要求☆1重点掌握内容ARM处理器最小系统的设计ARM处理器常用接口的程控技术2理解内容ARM处理器内核与处理器芯片的结构基于ARM的SoC架构3了解内容二、教学重点与难点☆重点☆ARM处理器最小硬件系统设计技术ARM处理器常用接口的程控技术☆难点☆•ARM处理器常用接口的程控技术三、作业作业：4、6〜10思考：1〜3、5四、本章参考资料相关ARM处理器芯片资料。五、教学后记.接口设计技术应与第6章内容呼应；.编程例程应结合实验内容；第11章基于ARM微处理器的软件系统设计授课学时：3一、教学内容及要求☆内容☆嵌入式软件系统结构及工作流程嵌入式软件系统的引导和加载S3c2440启动过程BootLoader基本概念U-boot的分析与移植嵌入式Linux操作系统嵌入式操作系统嵌入式Linux内核Linux下驱动程序设计示例：打开、设置、读写、关闭☆要求☆1重点掌握内容BOOTLOADER的概念与基本移植方法。嵌入式操作系统下基本的驱动开发技术。2理解内容嵌入式软件系统结构。嵌入式软件的设计流程。3了解内容•其他常用嵌入式操作系统及开发技术。二、教学重点与难点☆重点☆嵌入式软件系统结构。BOOTLOADER移植方法。☆难点☆嵌入式操作系统内核移植技术。嵌入式操作系统驱动开发技术。三、作业四、本章参考资料嵌入式操作系统移植与开发的相关资料。五、教学后记.重点是让学生理解有OS和无OS时嵌入式软件开发技术的主要区别。.需要结合实验课程内容与要求。.可以补充其他相关知识：嵌入式操作系统任务及技术指标、嵌入式系统的测试等。第12章基于ARM微处理器核的SoC设计授课学时：2一、教学内容及要求☆内容☆片上芯片设计方法SOC的片上总线基于ARM内核的SOC系统设计☆要求☆理解内容片上系统结构及关键技术SOC的片上总线了解内容•基于ARM内核的SOC系统设计二、教学重点与难点☆重点☆片上芯片总线☆难点☆片上系统设计三、作业四、本章参考资料SOC相关资料五、教学后记5、5、5、6章的内容。本章一般不单独讲授，主要内容结合第4、5、6章的内容。课程名称微处理器与嵌入式系统设计授课专业班级年级课程编号BK03修课人数课程类型必修课学科基础课（4）；专业基础课（）；专业课（）选修课专选课（）；公选课（）授课方式理论课（4）；实践课（）考核方式考试（1）考查（）是否采用多媒体是是否采用双语否学时分配课堂讲授64学时，实践课16学时名称作者出版社及出版时间教材微处理器系统结构及嵌入式系统设计（第2版）李广军等电子工业出版社，2011参考书目.体系结构（第5版）.计算机机系统结构.计算机组成原理.计算机机组织与体系结构-性能设计（第七版）.ARM体系结构与编程.ARM体系结构及其嵌入式处理器郭新房等译张晨曦等潘松，潘明编张昆藏等译杜春雷编著任哲等编著清华大学出版社，2007年高等教育出版社，2008年科学出版社，2007年清华大学出版社，2006年清华大学出版社，2007年北京航空航天大学出版社，2007授课时间第1章概述授课学时：3-4一、教学内容及要求☆内容☆课程介绍本课程讲授的主要内容、改革目标及要求。相关知识及本课程在系列课程中的地位。有效学习方法。推荐参考书。教学进度安排。课程考核方式。计算机基础知识无处不在的计算机。从微电子技术角度理解计算机的发展。嵌入式系统相关概念。☆要求☆1重点掌握内容理解内容嵌入式计算机与通用计算机的不同。微电子技术、通信技术与计算机技术的发展、融合。了解内容•先进的处理器技术。二、教学重点与难点三、课后练习作业：2、3、5、8思考：4、6、9四、本章参考资料五、教学后记.重点是使学生能够了解本课程的学习重点和关注的技术领域，激发学生的学习兴趣,并引导学生建立良好的学习方法和学习习惯。.对于英才班学生，可以结合其科研训练要求，鼓励学生利用网络、图书馆搜索及提炼有用信息。第2章计算机系统的结构组成与工作原理授课学时：6-7一、教学内容及要求☆内容☆1计算机系统的基本结构与组成现代计算机系统的层次模型。计算机组织的模型：计算机组织和体系结构2计算机系统的工作原理冯诺依曼体系结构。模型机的系统结构、指令系统、工作流程示例。3微处理器体系结构的改革现代计算机的体系结构的改进：指令集方面、存储器方面、输入/输出方面并行处理技术：流水线、超标量、VLIW、多机（处理器）4计算机体系结构分类。5计算机系统的性能评测。☆要求☆1重点掌握内容冯诺依曼体系结构的特点。计算机系统的基本结构、组成及工作流程。计算机系统的性能评测指标。2理解内容微处理器体系结构的改进。计算机体系结构分类。3了解内容二、教学重点与难点☆重点☆计算机组织的模型：计算机组织和体系结构现代计算机的层次结构。现代计算机的流水线结构。不同的CPU设计策略：CISC和RISC结构。☆难点☆计算机工作流程。计算机体系结构、计算机组织、计算机实现以及计算机层次结构的关系。三、课后练习作业：2〜6、14、15思考：1、7〜13四、本章参考资料五、教学后记本章可以算是全书内容的纲领部分，因此几乎全是重点。教学中应该提醒学生注意本章与后面第3-6章之间的关系：学生可能会感觉内容很多，而且前后有重复部分，需要比较好地对教学内容进行取舍，并把握好讲课节奏。第3章微处理器体系结构及关键技术授课学时：6-7一、教学内容及要求☆内容☆微处理器的内部结构和功能模块。从设计角度研究微处理器的体系结构、指令系统及其特性。探讨微处理器系统的硬件、软件两者之间的相互影响。☆要求☆1重点掌握内容微处理器的HDL设计模型：控制器+数据通路计算机指令系统要素：指令格式与寻址方式。流水线技术的特点。2理解内容微处理器的设计要素及关键技术。随机逻辑体系结构与微码体系结构的对比。流水线结构的问题及解决技术。3了解内容•超标量体系结构及操作。二、教学重点与难点☆重点☆数据通路。寻址方式。☆难点☆微码体系结构与随机逻辑体系结构的比较。微处理器的时序控制及相关部件设计。流水线冲突及解决方案。三、课后练习作业：1〜3、5、9、10、11、13〜15思考：1.6、4、6〜8、12、16四、本章参考资料五、教学后记.需要强调并引导学生建立“CPU=硬件+指令”的系统级概念，理解软件和硬件的等价性。对于CPU的不同体系结构应注意说明并不是对立的，而是发展过程中逐渐演变成的。.补充CISC(x86)及RISC(ARM)的具体结构及机器指令编码格式示例。.英才班学生课程设计：完成一个CPU设计项目的规范书。第4章总线技术与总线标准授课学时：7-8一、教学内容及要求☆内容☆1总线技术总线要素、分类。总线性能指标。总线组织结构。总线仲裁方式。总线周期与时序。2总线标准并行总线标准示例：AMBA、PCI串行总线标准示例：RS232、USB、SPI☆要求☆1重点掌握内容高效的多级总线组织形式。总线仲裁的目的。同步及异步并行总线时序特点。异步串行总线控制特点。2理解内容常见SoC总线特点。了解内容其他常见并行总线标准特点。其他常见串行总线标准特点。二、教学重点与难点☆重点☆总线带宽概念及提升总线带宽的技术。总线周期与时序。☆难点☆并行总线的同步及异步时序。异步串行总线(RS232)时序。三、课后练习作业：3〜6、14思考：1、2、7、12、15四、本章参考资料五、教学后记.因很多常用总线标准协议太过复杂，教学中只能简略介绍，需要高度提炼讲授内容。.建议引入合适的工程实例。第5章存储器系统授课学时：8-9一、教学内容及要求☆内容☆1存储器件的分类：存储原理（存储介质）、存取方式（读写策略）2半导体存储芯片：基本结构、性能指标存储系统的层次结构存储系统的分层管理地址映射技术现代计算机的多级存储体系4主存储器设计技术存储芯片选型存储芯片的组织形式：容量；吞吐量地址译码技术：两级译码；全译码、部分译码、线姨妈；固定、可变存储器接口设计☆要求☆1重点掌握内容半导体存储芯片的性能指标分层存储系统的管理地址映射技术地址译码设计方法存储器模块结构及设计理解内容半导体存储器件的基本读写策略半导体存储芯片的内部结构了解内容•不同的半导体存储介质二、教学重点与难点☆重点☆存储器子系统的分层管理策略地址空间概念，接口电路中译码电路的设计主存储器扩展设计☆难点☆地址空间与地址映射地址分配及地址译码三、课后练习作业：10〜17思考：1〜9四、本章参考资料五、教学后记本章内容较多且与硬件联系比较紧密，学生若没有较好基础会比较吃力，应多用例题多做课堂练习。第6章输入/输出结构授课学时：6-7一、教学内容及要求☆内容☆接口基础：端口编址（地址映射）、地址分配与译码2信息传输控制方式程序控制方式：无条件控制、查询控制中断方式DMA方式通道方式3并行接口设计技术：无握手信号、带握手信号、可编程接口4串口接口设计技术：UART☆要求☆1重点掌握内容端口编址技术程序控制方式下并行接口技术及接口电路设计方法理解内容中断接口电路设计DMA接口电路设计异步串行接口设计了解内容•可编程接口设计二、教学重点与难点☆重点☆接口的概念，地址空间概念，接口电路中译码电路的设计带握手信号的并行接口设计☆难点☆地址分配、地址空间及地址译码带握手信号的接口结构及工作流程中断接口的软硬件实现三、课后练习作业：4思考：1-3、5〜14四、本章参考资料五、教学后记本章内容较多且软、硬件联系比较紧密，学生若没有较好基础会比较吃力，应多用例题多做课堂练习，帮助学生建立“系统”的概念，理解“硬件+驱动”的工作方式。第7章ARM微处理器编程模型授课学时：4一、教学内容及要求☆内容☆ARM体系结构•体系结构、处理器核、处理器芯片ARM编程模型处理器：工作状态、运行模式、寄存器组织、异常存储器：数据类型、存储格式I/O组织：存储器映象编址☆要求☆1重点掌握内容理解内容ARM