第一章-概述(完整版)

自动化工程学院测试计量技术及仪器研究所戴志坚

地址:主楼C1-315

电话:61831311E-mail:daizhijian@2023/2/5课程表星期1第5,6节(14:30)B411

星期3第1,2节(8:30)

B411

星期5第3,4节(单)

(10:20)B314教学计划教学总学时：80（课堂教学：64实验：16）一：概述

4课时二：计算机系统的结构组成与工作原理

10课时三：微处理器体系结构及关键技术6课时四：总线技术与总线标准

6课时五：

存储器系统

8课时六：输入输出接口 6课时七：ARM微处理器编程模型4课时八：ARM汇编指令4课时九：ARM程序设计4课时十:基于ARM微处理器的硬件系统设计5课时十一:基于ARM微处理器的软件系统设计5课时十二:基于ARM微处理器核的SOC设计2课时实验计划ARM集成开发环境建立ARM汇编实现LED控制实验 ARM汇编实现串口通信实验ARM-Linux开发环境建立ARM-Linux下模块方式驱动程序实验ARM-Linux下键盘及数码管驱动程序设计实验ARM-Linux下LCD驱动程序设计实验ARM-Linux下触摸屏驱动程序设计实验ARM-Linux下SD卡驱动程序及文件系统设计实验ARM-Linux下AC97音频驱动程序设计实验ARM-Linux下以太网通信实验教学实验装置5/30成绩考核平时：10%期中：15%期末：60%实验：15%注意：平时，期中及实验必须有成绩，缺一按不及格处理。若有特殊情况，必须有学校相关部门证明。注意及建议课程的重要性:3+6基础课、应用广、研究生复试理论联系实际非常紧密的课程,课程内容多、更新极快。主动参与、发现、探究。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实际应用实际应用基于USB的逻辑分析仪实际应用生物信号数据采集处理系统LXI示波器LXI逻辑分析仪高速音频播放系统高速音频播放系统代码测试系统代码测试系统PXI模块PXI模块PXI模块喷码机喷码机2023/2/52023/2/51588触发盒2023/2/5三星s3c6410开发板2023/2/5与嵌入式系统有关的产品与嵌入式系统有关的产品教材、参考书：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，2010

微机系统原理与接口技术

李广军等，电子科技大学出版社，2005

系统体系结构（第5版）

郭新房等译.StephenD.Burd著，清华大学出版社，2007计算机系统结构

张晨曦等，高等教育出版社，2008

现代计算机组成原理

潘松等，，科学出版社，2007ARM体系结构与编程

杜春雷，清华大学出版社，2007相关知识及课程

数字逻辑设计（先修）EDA设计技术数模混合IC设计技术汇编语言程序设计C语言程序设计计算机组成原理与系统结构

嵌入式系统设计嵌入式操作系统2023/2/529/30计算机专业系列课程核心系统架构软件基础本课程涉及主要内容：计算机体系结构与组成原理；

微处理器系统结构；嵌入式系统设计技术；硬件基础2023/2/530/30第一章 概述1.1计算机发展概述（了解）电子计算机发展概述普适计算与泛在通信1.2集成电路与SoC设计（理解）集成电路技术的发展基于IP的SoC设计1.3先进的处理器技术（了解）片上多核处理器(CMP)流处理器(StreamProcessor) PIM(ProcessorInMemory)可重构计算处理器1.4嵌入式系统（理解）嵌入式系统的概念

嵌入式系统的特点嵌入式系统中的处理器嵌入式系统的组成嵌入式系统的发展现状与趋势学习嵌入式系统的意义第二章

计算机系统的结构组成与工作原理2.1计算机系统的基本结构与组成（掌握）计算机系统的层次模型计算机系统的结构、组织与实现2.2计算机系统的工作原理（掌握）冯·诺依曼计算机架构模型机系统结构模型机指令集模型机工作流程2.3微处理器体系结构的改进（理解）

冯·诺依曼结构的改进并行技术的发展流水线结构超标量与超长指令字结构多机与多核结构2.4计算机体系结构分类（理解）2.5计算机性能评测（掌握）字长、存储容量、运算速度第三章

微处理器体系结构及关键技术3.1微处理器体系结构及功能模块简介处理器的主要功能及部件（掌握）处理器的基本功能结构（掌握）一个简化的处理器模型结构示例（理解）3.2处理器设计

（理解）处理器的设计步骤控制器的操作与功能随机逻辑控制器设计

微程序(微码)控制器结构及设计

寄存器组(registerfile)设计

3.3指令系统设计（掌握）

机器指令的组成指令格式指令类型寻址方式指令系统设计要点3.4指令流水线技术流水线技术的特点（掌握）流水线操作的详细说明（掌握）流水线的局限性（理解）指令流水线设计（理解）3.5典型微处理体系结构简介（理解）ARM体系结构简介Intelx86体系结构简介第四章

总线技术与总线标准4.1总线技术（掌握）

总线技术概述总线仲裁总线操作与时序4.2总线标准（理解）

片内AMBA总线PCI系统总线异步串行通信总线第五章

存储器系统5.1存储器件的分类（掌握）按存储介质分类按读写策略分类5.2半导体存储芯片的基本结构与性能指标（掌握）

随机存取存储器只读存储器存储器芯片的性能指标5.3存储系统的层次结构（掌握）存储系统的分层管理虚拟存储器与地址映射

现代计算机的多层次存储体系5.4主存储器设计技术（掌握）

存储芯片选型存储芯片的组织形式地址译码技术

存储器接口设计设计第六章

输入输出接口6.1输入/输出接口基础（掌握）

输入/输出接口功能与结构输入/输出端口编址6.2接口地址译码（掌握）

6.3接口信息传输方式（掌握）程序查询传输方式程序中断传输方式直接存储器访问(DMA)方式通道方式6.4并行接口（掌握）无握手信号并行接口带握手信号的并行接口可编程并行接口6.5串行接口（理解）同步串行接口

异步串行接口

第七章ARM微处理器编程模型7.1ARM内核体系结构（了解）ARM体系结构版本ARM内核简介7.2ARM编程模型（理解）处理器工作状态 处理器运行模式 寄存器组织 数据类型和储存格式异常 第八章

ARM汇编指令8.1ARM指令格式（掌握）ARM指令的一般编码格式ARM指令的条件域指令的第二源操作数8.2ARM寻址方式（掌握）立即寻址

寄存器直接寻址

寄存器移位寻址寄存器间接寻址

基址变址寻址多寄存器直接寻址相对寻址堆栈寻址8.3ARM指令集（掌握）数据处理指令转移指令程序状态寄存器访问指令加载/存储指令异常产生指令伪指令第九章

ARM程序设计9.1ARM程序开发环境（掌握）常用ARM程序开发环境简介

RVDS开发环境简介

9.2汇编语言伪指令（掌握） 符号定义伪指令数据定义伪指令汇编控制伪指令其他常用伪指令汇编语言中常用的符号 常用的运算符和表达式 9.3ARM汇编语言程序设计（掌握）

ARM汇编语言程序结构 ARM汇编语言程序实例 9.4ARM汇编语言与C/C++的混合编程（理解）C与汇编之间的函数调用C/C++语言和汇编语言的混合编程第十章

基于ARM微处理器的硬件系统设计10.1基于ARM微处理器的系统设计概述（理解）10.2S3C2440A微处理器（了解）S3C2440A微处理器简介S3C2440A内部结构及主要特性S3C2440A外部引脚10.3ARM微处理器最小硬件系统（掌握）电源模块时钟模块复位模块JTAG调试接口外部存储器模块10.4人机交互接口键盘与LED接口（掌握）LCD显示接口（理解）触摸屏接口（理解）10.5通信接口

串行通信接口（掌握）其他通信接口（理解）第十一章

基于ARM微处理器的软件系统设计11.1嵌入式软件系统结构及工作流程（掌握）11.2嵌入式软件系统的引导和加载

BootLoader程序的基本概念（掌握）U-Boot的分析与移植（理解）11.3嵌入式Linux内核的移植（了解）

Linux内核的结构内核的配置与裁剪

内核的编译

Linux内核配置编译实例

11.4Linux下驱动程序设计示例（了解） 第十二章

基于ARM微处理器核的SoC设计12.1概述（了解） 12.2SoC设计 SoC的典型结构（理解） SoC设计中的关键技术（了解） 12.3SoC的片上总线 片上总线的特点（理解） SoC中常用的总线标准（了解） 12.4SoC系统的设计流程（理解）SoC系统芯片的系统级设计系统芯片的设计流程12.5基于ARM内核的SoC系统设计（了解）常用ARMCPU内核所使用的总线接口基于ARM的SoC结构 基于ARM内核的SoC系统应用设计举例计算机是什么？2023/2/543/30信息输入传感器视觉嗅觉触觉听觉---信息输出信息处理动作表情语言---信息处理系统计算机是什么？2023/2/544/30信息处理系统信息输入键盘鼠标麦克风扫描仪磁盘/光盘传感器---信息输出信息处理显示屏打印机扬声器继电器开关---计算机是什么？2023/2/545/30计算机是什么？2023/2/546/302023/2/547/30计算机的发展2023/2/548/30计算机的发展机械式计算机的发展2023/2/549/53电子管(vacuumtube)时代晶体管(transistor)时代第一个晶体管的诞生2023/2/550/53第一代电子管计算机ENIAC2023/2/551/532023/2/552/53从分立到集成第一块IC诞生之后，基尔比在IRE(美国无线电工程师学会)的一次会议上宣布了“固体电路”(Solidcircuit)的出现，这就是以后的“集成电路”的代名词。2023/2/553/53集成度迅猛发展2023/2/554/53IC技术：SSI/MSI->LSI->VLSI->ULSI->GLSI->……晶圆尺寸：100mm->125mm->150mm->200mm-> 300mm->400mm->……特征尺寸：3µm->2µm->1.2µm->0.8µm->0.5µm->0.35µm->0.25µm ->0.18µm->0.13µm->90nm->65nm->45nm->……IntelCorei7四核处理器2023/2/556/53计算机发展的主要阶段2023/2/557/53第零代（1642~1945年）机械计算器和继电器计算器第一代（1946～1955年）电子管计算机以电子管为逻辑部件，以阴极射线管、磁芯和磁鼓等为存储手段。软件采用机器语言，后期采用汇编语言。第二代（1955～1965年）晶体管计算机以晶体管为逻辑部件，内存用磁芯，外存用磁盘。软件广泛采用高级语言，并出现了早期的操作系统。第三代（1965～1980年）集成电路计算机以中小规模集成电路为主要部件，内存用磁芯、半导体，外存用磁盘。软件广泛使用操作系统，产生了分时、实时等操作系统和计算机网络第四代（1980年至今）个人计算机以LSI、VLSI为主要部件，以半导体存储器和磁盘为内、外存储器。在软件方法上产生了结构化程序设计和面向对象程序设计的思想。网络操作系统、数据库管理系统得到广泛应用。微处理器和微型计算机也在这一阶段诞生并获得飞速发展。第五代无所不在的计算机生物计算机、模糊计算机、光计算机、量子计算机、超导计算机、……计算机技术的发展微电子技术计算机技术通信技术2023/2/559/53节能Powersavings数字生活Digitallife泛在传感器网络UbiquitousSensorNetworks(USN)高性能视频会议High-PerformanceVideoConferencing数字安全Sybersecurity下一代网络及功效Next-GenerationNetworksandEnergyEfficiency远距离协作工具RemoteCollaborationTools智能传送网IntelligentTransportSystems(ITS)……ITU-T近年关注的热门话题信息的生成、获取、存储、传输、处理及其应用是现代信息科学的六大组成部分。2023/2/560/53计算机的分类后PC时代：通用计算机、嵌入式计算机2023/2/561/53

CPU>90%<10%2023/2/562/53泛在通信(无所不在的计算机)2023/2/563/53物联网技术2023/2/564/53物联网技术2023/2/565/53IT行业的四大定律Moore定律微处理器内晶体管集成度每18个月翻一番Bell定律如果保持计算能力不变，微处理器的价格每18个月减少一半；

每10年会有一类新的计算设备诞生：巨型机、小型机、工作站、PC到PDA的演变、新一代计算设备……Gilder定律未来25年（1996年预言）里，主干网的带宽将每6个月增加一倍；Metcalfe定律网络价值同网络用户数的平方成正比；2023/2/566/53系统级芯片(SOC)技术系统知识

(硬件与软件)电路设计知识

(DAC、ADC等)制造工艺知识

(90nm,65nm,45nm)晶圆工艺知识

(300mm晶圆)A/DA/D数字射频处理器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软硬件协同设计设计及验证技术IP核生成和复用技术超深亚微米工艺及纳米IC设计技术2023/2/567/53片上网络(NOC)技术P处理器M存储器C缓存rni网络接口S交换开关Dsp核re可重构逻辑L专用逻辑2023/2/568/53嵌入式(计算机)系统嵌入式系统是一门交叉学科，涉及计算机、微电子、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MEMS、片上系统SoC、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发展，嵌入式系统向集成化、微型化，智能化、网络化方向发展。2023/2/569/53嵌入式(计算机)系统2023/2/570/53嵌入式系统的定义IEEE定义devicesusedtocontrol,monitor，orassisttheoperationequipment,machineryorplants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（MCU、SoC）板级（单板、模块）设备级（工控机）EmbeddedSystemEmbeddedComputerSystemEmbeddedReal-timeSystemEmbeddedDe