微处理器系统结构与嵌入式系统设计教学大纲教案

《微处理器系统结构与嵌入式系统设计》教学大纲教案课程英文名称：MicrocomputerSystemTheoryandEmbeddedSystemDesign课程代码：E0130340学时数：64 学分数：4课程类型：学科基础课程适用学科专业：工学，仪器仪表类、电气类、电子信息类、自动化类、计算机类各专业以及机械类、测绘类、航空航天类、能源动力类、交通运输类、生物医疗工程类各相关专业先修课程：数字逻辑设计及应用，高级语言程序设计，软件技术基础执笔者： 编写日期： 审核人：一、课程简介本课程是工学电子电气信息工程及相关专业的学科基础课程，与实践类课程《微处理器系统与嵌入式系统综合设计》（课程代码：K0175010）互为配套课程。本课程在阐述通用微处理器系统的架构、组成及工作原理的基础上，介绍了基于ARMCPU的、现代嵌入式微系统的设计与实现技术。课程全面涵盖了微处理器、存储器、总线及接口等计算机子系统，重点体现了嵌入式系统/片上系统中硬件电路和软件程序的协同工作原理与设计方法，具体讲述了微处理器中数据通路、控制部件及指令的实现技术、分层存储器设计技术、输入/输出接口控制技术，以及ARM微处理器程序设计技术、异常处理技术，嵌入式系统引导程序设计、接口驱动程序设计及操作系统移植等内容。Thiscourseisabasicsubject-centeredcourseinelectricalandelectronicinformationengineeringandotherrelatedspecialties.Itwillbehelpfultounderstandtheknowledgeoftheco-requisiteexperimentalcourseK0175010-MicroprocessorandEmbeddedSystemLaboratory.Thearchitecture,organizationandoperationprinciplesofgeneral-purposemicroprocessorsystemswillbeelaborated,aswellasthedesignandimplementationtechnologyforcurrentembeddedmicrosystemsbasedonARMCPU.Thesubsystemsinacomputer,includingmicroprocessor,memories,buses,input/outputinterfacesandothers,willbecompletelyinvolved.TheprimarygoalofthiscourseistostudyingthecooperatedrelationshipbetweenthehardwareandsoftwareinanembeddedsystemoraSystem-on-Chip,bydiscussingindetailonthedesignmethodfordatapathandthecontrollerinsideCPU,theimplementationtechnologyforhierarchystoragesystem,thecontrolmodeforperipherals,andtheprogramskillforAPPs,exceptionhandlers,bootcodes,driversandoperatingsystemtransplantation,andsoon.二、课程目标本课程旨在培养学生深入理解微处理器芯片与嵌入式系统的架构、组成及工作原理，熟练掌握现代嵌入式微系统中硬件电路和软件程序的基本分析、设计与实现方法。通过本课程的学习，学生能够具备计算机和嵌入式系统的应用与程序设计能力，具备系统问题定位和故障排除的能力，具备根据应用需求进而完成系统硬件电路、驱动程序设计以及操作系统移植的初步能力，从而拥有较高的计算机设计与应用方面的科学素质。本课程在培养学生计算机分析、设计及应用能力方面具有决定性的作用。Theoveralleducationalobjectiveofthiscourseistodevelopskillsinanin-depthunderstandingofthearchitecture,organization,operationprinciplesformicroprocessorchipsandsystems,aswellastodevelopskillsinevaluating,designing,implementingthehardwareandsoftwareincurrentembeddedmicrosystems.Astudentwhosuccessfullyfulfillsthecourserequirements,whichwithconsiderablecomputerscientificliteracy,willhavedemonstratedanabilitytoapplyacomputerorembeddedsystemanddesignsoftware,anabilitytoidentify,formulate,andsolverelatedproblems,andanabilitytodesignacomponent,systemorprocesslikedriverandportableoperatingsystemtomeetdesiredneeds.Thiscourseplaysadecisiveroleindevelopingstudents'abilitytousethetechniques,skills,andmodernengineeringtoolsnecessaryforelectricalandcomputerengineeringpractice.三、课程内容安排和要求（一）对毕业要求的支撑指标点相关教学点（环节）毕业要求1（指标点1.3）掌握计算机基础理论，能够对通信/网络/物联网系统方案和模型进行推理和验证。理解并掌握微处理器系统的结构与工作原理。掌握嵌入式系统硬件平台的设计、调试技术。理解嵌入式系统软件工程文件的特点及程序框架。了解微处理器及嵌入式系统技术与相应学科前沿技术的综合应用。（二）教学内容、要求及教学方法第1章概述教学内容：课程目标、要求与安排，计算机及微电子技术发展概述，嵌入式计算机系统概述。教学要求：把握本课程的教学内容安排及定位；理解嵌入式计算机与通用计算机的不同，以及微电子技术、通信技术与计算机技术的发展、融合；了解相关领域技术的未来发展方向。教学方法：课堂教学，案例讲解建议学时：3－4学时第2章计算机系统的结构组成与工作原理教学内容：计算机系统的基本结构与组成，计算机系统的工作原理，微处理器体系结构的改革，微处理器体系结构的改革，微处理器体系结构的改革，计算机系统性能评测方法。教学要求：掌握冯·诺依曼体系结构的特征、计算机系统的基本结构、组成及工作流程以及计算机系统的性能评测指标；理解微处理器体系结构的改进措施、计算机体系结构分类方法。教学方法：课堂教学（＋研讨教学）建议学时：7－8学时第3章微处理器体系结构及关键技术教学内容：处理器（CPU）功能与结构，处理器的数据通路与控制部件，处理器指令系统的设计要素与方法，流水线技术，微处理器系统的硬件、软件两者之间的相互影响。教学要求：掌握CPU的功能和模块构成、计算机指令系统要素以及流水线技术的特点；理解理解控制器和数据通路的协作关系、随机逻辑体系结构与微码体系结构的异同、流水线结构的问题及解决技术；了解超标量处理器体系结构的特点。教学方法：课堂教学（＋研讨教学）建议学时：7－8学时第4章总线技术与总线标准教学内容：总线概念与要素，总线周期与时序，总线组织与仲裁，常用总线标准。教学要求：掌握高效的多级总线组织形式、总线仲裁的目的、同步/异步并行总线的时序特点、串行总线的时序特点；理解常见SoC总线特点；了解常用总线标准的特点。教学方法：课堂教学（＋研讨教学）建议学时：6－7学时第5章存储器系统教学方法：课堂教学（＋研讨教学）建议学时：8－9学时第6章输入/输出接口教学内容：接口功能与结构，信息访问控制方式，并行接口设计技术，串行接口设计技术。教学要求：掌握输入/输出接口电路的功能和结构；掌握端口编址方式。掌握接口电路的端口地址译码方法；掌握无条件及查询控制接口的硬件及驱动设计方法；掌握中断控制接口的硬件及驱动设计方法；掌握程序控制及中断控制输入/输出方式的特点；理解直接存储器访问方法；了解通道访问方法。理解并行接口电路结构、设计方法和编程方式。理解串行接口种类、接口电路结构和编程方法。理解可编程通用接口芯片的应用方法；理解串行通信的特点。了解定时/计数接口、A/D/A接口的结构特点。教学方法：课堂教学建议学时：6－7学时第7章ARM处理器编程模型教学内容：ARM处理内核版本特点，ARM处理器运行模式，ARM处理器寄存器结构，ARM处理器工作模式。教学要求：了解ARM处理器内核体系结构及其版本特点。理解ARM处理器的特点；了解ARM处理器的发展；了解ARM各系列处理器的结构特点。理解ARM处理器工作状态及其设置方法；掌握ARM处理器的运行模式；掌握ARM处理器的寄存器组织结构及其特点；掌握处理器数据类型和ARM处理器系统的数据存储格式。掌握ARM处理器对异常和中断的处理方式；掌握ARM的存储器和I/O系统。教学方法：课堂教学建议学时：4学时第8章ARM汇编指令教学内容：ARM指令编码格式，寻址方式，ARM数据处理类指令，传送类指令，特殊操作类指令及其操作。教学要求：理解ARM处理器指令编码格式；掌握ARM指令的条件域的含义和作用；理解第2操作数的类型和意义。常用寻址方式及指令子集的使用。掌握指令寻址分类及其含义；掌握指令寻址方式及其操作。理解ARM指令系统的特点，理解常用指令格式及其操作；了解指令执行后对相关标志位的影响；理解ARM指令的条件域的作用和意义。掌握汇编语言指令执行结果的分析方法。教学方法：课堂教学，示例分析建议学时：4－5学时第9章ARM程序设计教学内容：ARM伪指令作用与含义，数据定义与存储器分配，ARM汇编程序结构，汇编语言程序设计，汇编语言与高级语言混合编程。教学要求：理解汇编语言编程技术的特点；理解常用伪指令的作用和意义；掌握伪指令对存储器单元的定义和分配。理解ARM常用伪指令语句格式；掌握ARM汇编语言的程序设计；掌握汇编语言程序的分析；掌握ARM汇编与C/C++混合语言编程方法。理解ARM工程文件的特点及程序框架。掌握程序调试软件工具和调试方法；掌握ARM汇编语言程序和混合语言程序的调试方法和分析方法。教学方法：课堂教学，示例分析建议学时：4－5学时第10章基于ARM微处理器的硬件系统设计教学内容：ARM处理器外部特性，处理器系统电路组成，处理器系统外围电路设计方法。教学方法：课堂教学（＋研讨教学）建议学时：3－4学时第11章基于ARM微处理器的软件系统设计教学内容：嵌入式系统软件及驱动程序设计方法，嵌入式系统引导程序的功能与移植方法，嵌入式操作系统的移植。教学要求：掌握嵌入式系统设计的基本流程；掌握嵌入式系统软件（驱动）设计方法；掌握嵌入式操作系统的移植方法。理解嵌入式系统引导程序的作用和功能；掌握引导程序的移植方法。理解嵌入式系统的概念和特点；理解各类型嵌入式处理器的特点及选用原则；理解嵌入式操作系统的移植方法。理解嵌入式系统驱动程序的作用和设计方法。了解常用的嵌入式操作系统分类；了解常用的嵌入式操作系统类型；了解嵌入式系统的测试。教学方法：课堂教学（＋研讨教学）建议学时：3－4学时第12章基于ARM微处理器核的SOC设计教学内容：SOC概念，片上总线的特点及应用，基于片上总线的IP核设计。教学要求：掌握SOC的典型结构；掌握常用片上总线的特点。理解基于ARM（AMBA总线）的SOC的系统设计方法。教学方法：课堂教学建议学时：1－2学时（三）自学内容和要求1．需要研讨的主题内容。CPU体系结构的改进技术。并行技术在现代CPU实现技术中的体现。总线及I/O接口的改进技术。存储器体系结构的改进技术。物联网背景下嵌入式系统的设计及应用技术。2．其他：嵌入式操作系统设计。要求：了解嵌入式系统结构及移植方法。嵌入式操作系统下的驱动开发。要求：理解驱动程序的开发流程和调试方法。（四）实践性教学环节和要求与本课程配套的实践性教学环节和要求请参见另一独立课程《微处理器系统与嵌入式系统综合实验》（课程代码：K0175010）。四、考核方式普通大班：平时成绩10％＋期中考试30％＋期末考试60％研讨小班：平时成绩50％＋期末考试50％各考核环节具体要求：普通大班：平时成绩：由主讲教师根据课后作业及课堂练习完成情况综合评分。期中考试：由课程组统一命题、统一评分标准，自行阅卷。期末考试：由课程组统一命题、统一评分标准，并统一流水阅卷。研讨小班平时成绩：由主讲教师根据课后作业及课堂练习完成情况（占10%）以及研讨课程参与情况（占40%，不少于3个给分点）等综合评分。期末考试：由课程组统一命题、统一评分标准，并统一流水阅卷。五、建议教材及参考资料（一）教材：微处理器系统结构与嵌入式系统设计，李广军等，电子工业出版社，第2版，2011（2015.12第六次印刷）（二）参考资料：1．郭新房等译.StephenD.Burd著.体系结构（第5版）.清华大学出版社，2007.2．张晨曦、王志英等编著.计算机系统结构.高等教育出版社，2008.3．潘松，潘明编著.现代计算机组成原理.科学出版社，2007.4．张昆藏等译.WilliamStallings著.计算机组织与体系结构-性能设计（第七版）.清华大学出版社，2006.5．杜春雷编著.ARM体系结构与编程.，清华大学出版社，2007.6．任哲等编著.ARM体系结构及其嵌入式处理器.北京航空航天大学出版社，2007.7．DigitalLogic&MicroprocessorDesignwithInterfacing(2ndEdition).EnochO.Hwang.CengageLearning,2016.8.ThePhysicsofComputing.MarilynWolf.MorganKaufmannPublishers.20179．ARM926EJ-STechnicalReferenceManual.ARM..2004.10.ARM920TTechnicalReferenceManual.ARM.2001.11.12./semiconductor/授课教师专业（学科）新媒体教学课题微博运营推广（1）学时安排1学时（45分钟）教学年级所选教材《新媒体营销与运营》一、学习目标描述1、知识目标1）了解如何增加微博的粉丝量2)了解如何提升微博活跃度2、能力目标1）自学能力：能按照老师的指导，自己独立掌握相关知识点2）应用能力：掌握加微博的粉丝量的技巧3）应用能力：掌握提升微博活跃度的策略4）总结能力：能总结每次课程所学的要点。德育目标：1）提高学生的创新意识和创业精神；2）增强学生学习自信和主动性；二、学习重点及难点学习重点：如何增加微博的粉丝量学习难点：如何提升微博活跃度三、教学问题预测1、学生在制作过程中容易失去耐心、恒心和毅力，会比较急躁；2、课程后半段会出现学习倦怠；四、教学问题解决方案1、适当采用讨论、展示、投票等方式提升学生兴趣；2、将作业成果和平时考核制度相结合；五、学习者特征分析（教师填写）学习特点：学习习惯：交往特点：六、教学资源1、教学PPT；2、参考资料：《新媒体营销与运营》，2020年，人民邮电出版社七、预习成果展示实践项目1尝试给自己的微博增加粉丝量八、教学项目（任务）设计学生集体讨论“有哪些常见的增加粉丝的方式”等问题；学生集体讨论“如何通过线下活动增粉”等问题；在老师的指导下，阅读相关材料，了解增加微博活跃度的常见措施；4、应用思维导图掌握相关章节的大致内容；5、学生集体讨论并向教师反馈平常的学习方法；九、教学结构流程的设计教学环节学习目标教学内容参考导语项目任务教法学法设计意图教学资源时间前节回顾大家好!上节课我们一起学习的内容大家还有印象吗？微博内容策划包括：建立微博话题素材库建立微博时间地图合理设计微博发布时机注意转发和原创的比例写好原创微博的策略提升微博内容可读性长微博运营及打赏微博版权9、微博内容制作工具今天，我们一起来学习怎样进行微博推广。【教法学法】教师讲述可采取提问方式进行5课程导入对一个新注册的微博账号来说，除了前期账号的定位和内容规划运营以外，第一步是快速获得第一批粉丝。因为有了粉丝，发布的微博内容才会被人看到，才会产生互动传播，给微博账号带来更多的粉丝。对于个人用户而言，只要你想在微博上积累更多的粉丝、更多的影响力，想通过微博赚到钱，你都有意无意的“帮”新浪做过这件事——在你积累粉丝的同时，帮新浪把用户吸引到微博平台上来。因为你能影响的粉丝，并不一开始就都在微博上，只有你能帮微博带来用户，你才更有可能成为大V，才有通过微博赚钱的可能性。如何吸引粉丝关注？那我们今天的课程就是为了解决这个问题而来的。【教法学法】老师指导阅读相关章节，并进行课堂讨论。【教学资源】5输入知识目标1能力目标2了解微博增粉的技巧微博的经营，是门艺术，需要不断为微博导入新的流量，增加新的关注，如此，粉丝才能生生不息，微博才能风生水起。“广告引流”是指通过各种特定的媒介公开广泛的传递信息以求达到吸引流量的目的。微博的内容浏览方式是注册并关注其他用户之后才能浏览更多内容，所以微博平台的活跃用户数和微博用户的粉丝数共同决定了微博用户的主页浏览量和页面访问量微博的内容产生方式是UGC（用户产生内容），不同用户发布的不同内容的浏览量和传播量完全不同，这使得能产生优质内容的微博用户和具有影响力的微博用户在平台上变得更有价值。微博的内容表现形式是富媒体（文字、链接、图片、语音、视频……），所以流量的表现形式还增加了阅读量、点击量、播放量等。微博的用户具有多样性，所以吸引流量的目的也就有了多样性，比如自媒体在乎的是阅读量，线上卖家在乎的是点击量和转化率，线下卖家在乎的是到店量。【项目任务】【设计意图】15输出要快速获得第一批粉丝，有哪些方法？怎样通过关注同类人群增粉?如何通过已有平台导流粉丝？怎样通过外部导流增粉?怎样通过活动增粉?如何通过合作增粉？如何通过原创内容增粉?怎样通过线下活动增粉?【教法学法】老师引导学生用快速阅读法，进行课堂讨论。【设计意图】不要忘记手边最简单易行的工具进行操作。反馈学生能否明白掌握后来补充总结的微博增粉小技巧？学生能否掌握微活动的运作？微活动，可以快速增加粉丝、提高粉丝活跃度、可以传播企业品牌，也可以直接促进销售，怎么把微活动玩出花样和实效呢？【项目任务】发一条微博，大家可去这条微博下评论，然后大家互粉。反思如何防止掉粉？怎样做好粉