微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設計教案(mod)

1、教 師 教 案(2010 2011學年第1學期)課 程 名 稱：微機系統(tǒng)原理及接口技術授 課 學 時：80授 課 班 級：機電學院任 課 教 師：吳獻鋼教 師 職 稱：講師教師所在學院：機械電子工程學院電子科技大學課程名稱微機系統(tǒng)原理及接口技術授課專業(yè)班級機電學院年級2008 級課程編號BK03修課人數(shù) 114課程類型必修課學科基礎課 ( ) ； 專業(yè)基礎課 ( ) ； 專業(yè)課 ( )選修課專 選 課 ( ) ； 公選課 ( )授課方式理論課 ( ) ；實踐課 ( )考核方式考 試 ( )考 查 ( )是否采用多媒體是是否采用雙語否學時分配課堂講授64學時， 實踐課16學時名稱整理出版社及出版

2、時間教材微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及嵌入式系統(tǒng)設計李廣軍等電子科技大學出版社，2005參考書目1.體系結(jié)構(gòu)（第5版）2.計算機機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.計算機組成原理 4.計算機機組織與體系結(jié)構(gòu)-性能設計（第七版）5.ARM體系結(jié)構(gòu)與編程6.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出版社，2007年高等教育出版社，2008年科學出版社，2007年清華大學出版社，2006年清華大學出版社，2007年北京航空航天大學出版社，2007授課時間周一第5,6節(jié);周三第1,2節(jié);單周五第5,6節(jié)第一章 概述授課學時：4一、 教學內(nèi)容及要求 內(nèi) 容 1 課程介紹l 本課程

3、講授的主要內(nèi)容、改革目標及要求。l 相關知識及本課程在系列課程中的地位。l 有效學習方法。l 推薦參考書。l 教學進度安排。l 課程考核方式。2 計算機基礎知識l 從微電子技術角度理解計算機的發(fā)展。l 現(xiàn)代計算機系統(tǒng)的層次模型。l 并行處理技術：流水線、超標量、VLIW、多機（處理器）l 存儲器層次結(jié)構(gòu)。l 不同的CPU設計策略：CISC和RISC結(jié)構(gòu)。l 計算機系統(tǒng)的性能評測。l 嵌入式系統(tǒng)概念。 要 求 1 重點掌握內(nèi)容l 現(xiàn)代計算機系統(tǒng)的層次模型。l 不同的CPU設計策略：CISC和RISC結(jié)構(gòu)。l 計算機流水線結(jié)構(gòu)。2 理解內(nèi)容l 計算機存儲器的層次結(jié)構(gòu)。3 了解內(nèi)容l 計算機的發(fā)展過

4、程。l 多核處理器的并行結(jié)構(gòu)。l 嵌入式系統(tǒng)。二、 教學重點與難點 重 點 l 現(xiàn)代計算機的層次結(jié)構(gòu)。l 現(xiàn)代計算機的流水線結(jié)構(gòu)。l RISC和CISC體系結(jié)構(gòu)的區(qū)別。l 計算機組織的模型：計算機組織和體系結(jié)構(gòu) 難 點 l 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)的關系。三、課后練習作業(yè)：1、7 10思考：2、3、5、6四、 本章參考資料五、 教學后記重點是使學生能夠了解本課程的學習重點和關注的技術領域，激發(fā)學生的學習興趣，并引導學生建立良好的學習方法和學習習慣。其它問題：本書例程是否需要統(tǒng)一成ARM指令？不統(tǒng)一的好處在于：x86匯編指令其實更容易理解；另外也可以對比學習到CI

5、SC和RISC兩種類型的指令。第二章計算機系統(tǒng)組成與工作原理授課學時：10一、教學內(nèi)容及要求 內(nèi) 容 1 計算機體系結(jié)構(gòu)l 馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的特點。l 現(xiàn)代計算機的體系結(jié)構(gòu)的改進：指令集的改進、存儲器組織結(jié)構(gòu)的改進、輸入/輸出的改進。2 計算機的組成原理l 總線與接口技術。l CPU的結(jié)構(gòu)。l 存儲器組織結(jié)構(gòu)。l 輸入/輸出的組織結(jié)構(gòu)。3 計算機互連結(jié)構(gòu)l 總線要素及組織結(jié)構(gòu)。l 總線仲裁方式、總線帶寬和時序。l 串行總線。4 計算機工作原理與基本工作流程 要 求 1 重點掌握內(nèi)容l 馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的特點。l CPU的基本結(jié)構(gòu)及組成。l 存儲器的分層體系及組織結(jié)構(gòu)。l 輸入/輸出控制方式及接

6、口組成。l 總線組織形式及帶寬、仲裁、時序的概念。l 串行總線的特點。2 理解內(nèi)容l 計算機的基本工作過程。3 了解內(nèi)容二、 教學重點與難點 重 點 l 計算機體系結(jié)構(gòu)：指令集、存儲器讀寫、I/O控制方式l 計算機組成原理：CPU結(jié)構(gòu)、存儲器組織、總線及接口l 計算機互連：總線協(xié)議、總線帶寬、總線仲裁、總線時序l 計算機工作流程 難 點 l 計算機工作原理及工作過程l 串行總線三、課后練習作業(yè)：7 、1315、2023、2831 思考：16、812、1618、2527 四、 本章參考資料五、 教學后記本章幾乎全是重點，而且從不同角度解釋CPU子系統(tǒng)、存儲器子系統(tǒng)及輸入輸出子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理

7、，可能會導致學生感覺混亂，還需要找到一個好的方法將計算機體系結(jié)構(gòu)及組成這兩個角度融合起來理解。建議將第四章提前到第三章前講。第三章微處理器體系結(jié)構(gòu)及關鍵技術授課學時：10學時一、教學內(nèi)容及要求 內(nèi) 容 1. CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能。2. 從邏輯設計和硬件電路的角度，研究微處理器的體系結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)及其特性。3. 探討微處理器系統(tǒng)的硬件、軟件兩者之間的相互影響。 要 求 1 重點掌握內(nèi)容l 計算機指令系統(tǒng)要素。l 指令格式與尋址方式。2 理解內(nèi)容l 微處理器的結(jié)構(gòu)和組成l 隨機邏輯結(jié)構(gòu)及操作。l 微碼體系結(jié)構(gòu)。l 流水線體系結(jié)構(gòu)。3 了解內(nèi)容l 超標量體系結(jié)構(gòu)及操作。二、 教學重點與難點 重 點

8、 l 微處理器結(jié)構(gòu)與功能。l 指令系統(tǒng)設計要素。 難 點 l 微碼體系結(jié)構(gòu)。l 隨機邏輯體系結(jié)構(gòu)。三、課后練習作業(yè)：1、2、7、9、11、13 思考：36、8、10、12、15、16 四、 本章參考資料五、 教學后記需要強調(diào)并引導學生建立“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)應注意說明并不是對立的，而是發(fā)展過程中逐漸演變成的?？紤]是否補充CISC（x86）及RISC（ARM）的具體結(jié)構(gòu)及機器指令編碼格式，當然這個也可以在第五章補充。第四章計算機總線接口技術授課學時：10一、教學內(nèi)容及要求 內(nèi) 容 l 接口基礎：位置映射、位置譯碼、總線隔離l 存儲器

9、接口技術l 并行接口技術（無條件控制、查詢控制、中斷控制）l 串口接口技術l 模數(shù)/數(shù)模接口技術l 定時/計數(shù)接口技術 要 求 1 重點掌握內(nèi)容l 位置映射技術l 位置譯碼設計方法l 存儲器模塊結(jié)構(gòu)及設計l 程序控制方式下并行接口技術及接口電路設計方法2 理解內(nèi)容l 中斷接口電路設計l 串行接口設計l 定時/計數(shù)接口設計l 模數(shù)/數(shù)模接口技術3 了解內(nèi)容l DMA控制器接口二、 教學重點與難點 重 點 l 接口的概念，位置空間概念，接口電路中譯碼電路的設計l 主存儲器擴展設計l 并行接口設計 難 點 l 位置分配、位置空間及位置譯碼l 帶握手信號的接口結(jié)構(gòu)及工作流程l 中斷接口的軟硬件實現(xiàn)l

10、模數(shù)接口技術三、課后練習作業(yè)：1、2、4、7、8、10、13、18、19、22、23、28、31、39、41思考：3、9、 11（較難）、 14、16、21、25、26、27、29、 32 （較難）、33 （較難）、 34、35、37 四、 本章參考資料 教材第4章、接口技術相關參考書。五、 教學后記本章教材中內(nèi)容比較簡略，建議在附錄中增加涉及到的幾個接口芯片的手冊。第五章ARM體系結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng)授課學時：10一、教學內(nèi)容及要求 內(nèi) 容 l ARM體系結(jié)構(gòu)及處理器l ARM編程模型、運行模式、工作狀態(tài)、存儲器組織結(jié)構(gòu)l 存儲器格式及位置映射l ARM指令系統(tǒng)、尋址方式l ARM指令集l THU

11、M指令與ARM指令的區(qū)別 要 求 1 重點掌握內(nèi)容l ARM指令系統(tǒng)l 指令尋址方式l 指令格式l ARM指令集的常用指令：數(shù)據(jù)傳送指令，基本運算指令2 理解內(nèi)容l ARM指令模型l 處理器運行模式、工作狀態(tài)l 存儲器組織狀態(tài)3 了解內(nèi)容l ARM體系結(jié)構(gòu)及處理器l THUMB指令與ARM指令的區(qū)別二、 教學重點與難點 重 點 l ARM指令系統(tǒng)、尋址方式l 指令格式及特點l 指令操作數(shù)l ARM常用指令，數(shù)據(jù)傳送指令，基本運算指令 難 點 l 指令結(jié)構(gòu)規(guī)律l 指令操作三、作業(yè)作業(yè)：5、7、9、10思考：14、6、8、11四、 本章參考資料 教材第5章。ARM指令集等相關文件，ARM網(wǎng)站及論壇

12、五、 教學后記第六章ARM程序設計授課學時：7一、教學內(nèi)容及要求 內(nèi) 容 l 匯編程序結(jié)構(gòu)與匯編語言l 匯編語言常用偽指令l 匯編程序格式及規(guī)范l ARM匯編程序設計方法l ARM程序設計舉例l ARM匯編與C語言混合編程 要 求 1 重點掌握內(nèi)容l 匯編程序結(jié)構(gòu)要求及特點l ARM匯編語言的偽指令l 匯編語言指令格式l 匯編語言程序設計2 理解內(nèi)容l ARM程序框架l 函數(shù)調(diào)用l 混合編程二、 教學重點與難點 重 點 l 匯編程序結(jié)構(gòu)及規(guī)范l 常用偽指令l 匯編語句格式規(guī)范l 匯編程序設計 難 點 l 匯編語言程序設計l 混合編程、函數(shù)調(diào)用三、作業(yè)作業(yè)：3、4、6、8、12、1419思考：1

13、、2、10、13四、 本章參考資料 教材第6章，ARM指令系統(tǒng)、程序設計及C語言設計相關參考書，ARM論壇及網(wǎng)站。五、 教學后記第七章基于ARM內(nèi)核的微處理器芯片簡介授課學時：5一、教學內(nèi)容及要求 內(nèi) 容 l ARM處理器結(jié)構(gòu)l 存儲器管理單元及接口l CACHE、總線接口單元l ARM9微處理器：MX21處理器、SAM9263處理器、S3C2440處理器l ARM處理器硬件系統(tǒng) 要 求 1 重點掌握內(nèi)容l ARM處理器最小系統(tǒng)的設計2 理解內(nèi)容l ARM處理器內(nèi)核結(jié)構(gòu)l 存儲器管理單元l 總線接口單元l 高速存儲取 l ARM處理器MC9328MX213 了解內(nèi)容l ARM處理器AT91SA

14、M9263l ARM處理器S3C2440二、 教學重點與難點 重 點 l ARM處理器最小硬件設計l ARM處理器內(nèi)核結(jié)構(gòu)特點 難 點 l ARM處理器內(nèi)核結(jié)構(gòu)三、作業(yè)l 3，5四、 本章參考資料 教材第7章，ARM處理器芯片資料。五、 教學后記第八章嵌入式系統(tǒng)論設計授課學時：6一、教學內(nèi)容及要求 內(nèi) 容 l 嵌入式系統(tǒng)簡介l 嵌入式系統(tǒng)設計方法及設計流程l 嵌入式處理器介紹l 嵌入式軟件系統(tǒng)：軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作流程l 嵌入式操作系統(tǒng)任務及技術指標l 常用嵌入式操作系統(tǒng)l 嵌入式操作系統(tǒng)移植l 嵌入式系統(tǒng)的測試 要 求 1 重點掌握內(nèi)容l 嵌入式操作系統(tǒng)的移植l BOOTLOADER的移植方法及過程l 嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)核移植方法 2 理解內(nèi)容l 嵌入式軟件的設計流程l 嵌入式處理器介紹l 嵌入式軟件系統(tǒng)3 了解內(nèi)容l 嵌入式系統(tǒng)簡介l 其他常用嵌入式操作系統(tǒng)二、 教學重點與難點 重 點 l 嵌入式操作系統(tǒng)移植l BOOTLOADER移植方法l 嵌入式系統(tǒng)設計方法l 嵌入式軟件設計 難 點 l 嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核移植三、作業(yè)l 1、3、4、6、8、10、12四、 本章參考資料 教材第8章，嵌入式系統(tǒng)相關資料五、 教學后記 第九章基于ARM微處理器核的SoC設計授