嵌入式處理器體系結(jié)構(gòu)范文

《嵌入式處理器體系結(jié)構(gòu)》教學(xué)大綱課程編碼：課程名稱：嵌入式處理器體系結(jié)構(gòu)學(xué)時/學(xué)分：48/3先修課程：程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)字邏輯計(jì)算機(jī)組成原理匯編語言與微機(jī)原理等適用專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)開課教研室：嵌入式教研室—、課程性質(zhì)與任務(wù)1?課程性質(zhì)：本課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的專業(yè)課，是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生的選修課。2.課程任務(wù)：ARM是業(yè)界嵌入式開發(fā)的通用體系，產(chǎn)檢產(chǎn)品幾乎都是采用了ARM體系的MCU。本課程主要介紹ARM的體系結(jié)構(gòu)、ARM開發(fā)語言、開發(fā)平臺以及基于ARM的編程。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠理解基本的嵌入式開發(fā)流程、開發(fā)使用的工具，掌握嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)方法及編程。二、 課程教學(xué)基本要求本課程圍繞目前流行的ARM處理器，講述嵌入式系統(tǒng)的概念、軟硬件組成、開發(fā)過程以及嵌入式應(yīng)用程序開發(fā)設(shè)計(jì)方法。課程教學(xué)所要達(dá)到的目的是：使學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，嵌入式處理器結(jié)構(gòu)，異常處理、系統(tǒng)控制過程、存儲處理、ARM內(nèi)部資源、各種I/O接口；嵌入式系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用方法。本課程將為學(xué)生今后從事嵌入式系統(tǒng)研究與開發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本課程為工科本科生的選修課程之一，在強(qiáng)調(diào)概念和理論的同時，更要注重加強(qiáng)引導(dǎo)學(xué)生對課程內(nèi)容的深入理解，注重引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)，注重加強(qiáng)學(xué)生上機(jī)練習(xí)。課程的要求學(xué)生必須同時掌握硬件與軟件方面的基本知識與技能，了解和熟悉一些常用的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)工具和開發(fā)方法，還可以培養(yǎng)學(xué)生軟件與硬件綜合測試與調(diào)試的技能。成績考核形式：末考成績（閉卷考試）（70%）+平時成績（平時測驗(yàn)、作業(yè)、課堂提問、課堂討論等）（30%）。成績評定采用百分制，60分為及格。三、 課程教學(xué)內(nèi)容第一章 ARM概述及其編程模型1教學(xué)基本要求理解和掌握ARM處理器的應(yīng)用領(lǐng)域、ARM處理器的分類以及處理器的基本構(gòu)成。2?要求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過本章學(xué)習(xí)，通過本章教學(xué)使學(xué)生了解ARM體系版本的命名格式、以及ARM處理器各個系列比如ARM7、ARM9等之間的差異，了解ARM處理器的組成，主要包括ARM寄存器、ARM存儲系統(tǒng)、異常中斷系統(tǒng)等。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是ARM處理器各個系列的性能參數(shù)、中斷響應(yīng)和存儲空間格式。教學(xué)難點(diǎn)是各系列間的差異、中斷響應(yīng)過程、存儲空間訪問。教學(xué)內(nèi)容（1） ARM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及其特點(diǎn)主要知識點(diǎn)：IP核。（2） ARM的體系結(jié)構(gòu)的版本及命名方式主要知識點(diǎn)：ARM體系的各個版本的特點(diǎn)。（3） ARM處理器系列主要知識點(diǎn)：ARM7、ARM9等各個系列的特點(diǎn)。（4） ARM處理器模式主要知識點(diǎn)：7種模式以及特點(diǎn)。（5） ARM處理器寄存器介紹主要知識點(diǎn)：37個寄存器的功能和使用方法。（6） ARM體系的異常中斷主要知識點(diǎn)：異常中斷的類型、中斷響應(yīng)過程、中斷程序的返回。（7） ARM體系中的存儲系統(tǒng)主要知識點(diǎn)：存儲器空間、存儲器格式。第二章 ARM指令分類及其尋址方式1教學(xué)基本要求理解和掌握ARM指令集分類以及尋址方式。2?要求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過本章學(xué)習(xí)，通過本章教學(xué)使學(xué)生了解數(shù)據(jù)處理的操作數(shù)尋址方式、各種Load/Store指令的尋址方式。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是尋址方式。教學(xué)難點(diǎn)是字及無符號操作字節(jié)的Load/Store指令的尋址方式、雜類Load/Store指令的尋址方式、批量Load/Store指令的尋址方式、協(xié)處理器Load/Store指令的尋址方式。教學(xué)內(nèi)容ARM指令集概要介紹主要知識點(diǎn)：ARM指令的分類；ARM指令的編碼格式；ARM指令的條件碼域。ARM指令尋址方式主要知識點(diǎn)：數(shù)據(jù)處理的操作數(shù)尋址方式；字及無符號操作字節(jié)的Load/Store指令的尋址方式；雜類Load/Store指令的尋址方式；批量Load/Store指令的尋址方式；協(xié)處理器Load/Store指令的尋址方式。第三章 ARM指令集介紹1教學(xué)基本要求理解和掌握常用的ARM指令集、基本的ARM指令功能段以及Thumb指令。2?要求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過本章學(xué)習(xí)，通過本章教學(xué)使學(xué)生了解ARM指令集，主要包括跳轉(zhuǎn)、數(shù)據(jù)處理指令、狀態(tài)寄存器訪問指令、異常中斷產(chǎn)生指令等，并且需要掌握算術(shù)邏輯運(yùn)算指令的應(yīng)用、跳轉(zhuǎn)指令的應(yīng)用、批量Load/Store指令的應(yīng)用等。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是各個指令集的格式、各種指令功能段的應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)是各種指令功能段的應(yīng)用。教學(xué)內(nèi)容ARM指令集主要知識點(diǎn)：跳轉(zhuǎn)指令、數(shù)據(jù)處理指令、乘法指令、雜類的算術(shù)指令、狀態(tài)寄存器訪問指令、Load/Store內(nèi)存訪問指令、批量Load/Store指令訪問指令、異常中斷產(chǎn)生指令?！┗镜腁RM指令功能段主要知識點(diǎn)：算術(shù)邏輯運(yùn)算指令的應(yīng)用、跳轉(zhuǎn)指令的應(yīng)用、批量Load/Store指令的應(yīng)用。Thumb指令介紹主要知識點(diǎn)：Thumb指令的功能。第四章 ARM匯編語言程序設(shè)計(jì)1教學(xué)基本要求理解和掌握偽操作的定義以及形成偽操作的方式、ARM匯編語言的偽指令，了解ARM匯編語言的語句格式和程序格式，并且要掌握匯編語言編譯器armasm的使用，最終讓學(xué)生掌握ARM匯編語言設(shè)計(jì)的方法。2?要求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過本章學(xué)習(xí)，通過本章教學(xué)使學(xué)生了解偽操作如何定義，主要包括數(shù)據(jù)定義偽操作、符號定義偽操作、匯編控制偽操作、棧中數(shù)據(jù)描述偽操作等，了解匯編語言的符號、匯編語言的表達(dá)式、匯編語言的程序格式以及子程序調(diào)用等。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是匯編語言的偽操作、匯編語言的符號和表達(dá)式以及程序格式和子程序調(diào)用。教學(xué)難點(diǎn)是匯編語言的偽操作、匯編語言的程序格式和程序調(diào)用。教學(xué)內(nèi)容（1） 偽操作主要知識點(diǎn)：符號定義偽操作、數(shù)據(jù)定義偽操作、匯編控制偽操作、框架描述偽操作、信息報(bào)告?zhèn)尾僮鳌＃?） ARM匯編語言偽指令主要知識點(diǎn)：ADR；ADRL；LDR；NOP。（3） ARM匯編語言語句格式主要知識點(diǎn)：變量；標(biāo)號；局部標(biāo)號；數(shù)字常量；字符串表達(dá)式；數(shù)字表達(dá)式；基于寄存器和基于pc的表達(dá)式；邏輯表達(dá)式。（4） ARM匯編語言程序格式主要知識點(diǎn)：段的概念以及用AREA定義段；BL命令調(diào)用子程序。（5） ARM匯編編譯器的使用主要知識點(diǎn)：ARMASM的各個參數(shù)。（6） 匯編語言程序設(shè)計(jì)距離主要知識點(diǎn)：使用偽操作、跳轉(zhuǎn)表等的程序?qū)嵗?。第五?ARM存儲系統(tǒng)1教學(xué)基本要求理解和掌握存儲管理的各種技術(shù)，系統(tǒng)包含的各種存儲器件以及如何通過 CACHE和WRITEBUFFER技術(shù)提高系統(tǒng)的整體性能，并且要掌握如何實(shí)現(xiàn)虛擬空間到物理空間的映射等。2?要求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過本章學(xué)習(xí)，通過本章教學(xué)使學(xué)生了解ARM中用于存儲管理的系統(tǒng)控制協(xié)處理器CP15、ARM中的存儲管理部件MMU、ARM中的CACHE以及WRITEBUFFER技術(shù)。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是CP15、MMU的使用。教學(xué)難點(diǎn)是CP15寄存器的使用、MMU如何實(shí)現(xiàn)地址映射。教學(xué)內(nèi)容（1） ARM存儲器系統(tǒng)概述主要知識點(diǎn)：存儲器件；空間映射機(jī)制；存儲系統(tǒng)的各個部件。（2） ARM中用于存儲管理的系統(tǒng)控制協(xié)處理器CP15主要知識點(diǎn)：MCRMRC訪問CP15寄存器；寄存器CO、C1。（3） 存儲器管理單元MMU主要知識點(diǎn)：禁止/使能MMU；MMU中地址變換過程；頁表的概念；一級頁表的地址變換；二級頁表的地址變換過程；MMU中的存儲訪問權(quán)限控制；ARM中的存儲訪問失效。（4） 高速緩沖存儲器和寫緩沖區(qū)主要知識點(diǎn)：cache的工作原理和地址映像方法；cache的分類；cache的替換算法；cache的存儲系統(tǒng)的一致性。（5） 快速上下文切換技術(shù)主要知識點(diǎn)：切換技術(shù)原理；快速上下文切換技術(shù)編程接口。（6） 與存儲系統(tǒng)相關(guān)的程序設(shè)計(jì)指南主要知識點(diǎn)：存儲器格式；非對齊的存儲訪問操作；指令預(yù)取和子修改代碼；IMB;存儲映射的I/O空間。（7） ARM存儲系統(tǒng)的實(shí)例主要知識點(diǎn)：L7205中的MMU、SDRAM。第六章ATPCS介紹1教學(xué)基本要求理解和掌握ARM/Thumb過程調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)ATPCS,并且使用這些標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)子程序調(diào)用。2?要求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過本章學(xué)習(xí)，通過本章教學(xué)使學(xué)生了解子程序調(diào)用過程中寄存器的使用規(guī)則、數(shù)據(jù)棧的使用規(guī)則和參數(shù)的傳遞的規(guī)則等。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是寄存器的使用規(guī)則、參數(shù)傳遞規(guī)則、數(shù)據(jù)棧使用規(guī)則。教學(xué)難點(diǎn)是寄存器、數(shù)據(jù)棧的使用規(guī)則。教學(xué)內(nèi)容（1）APTCS概述主要知識點(diǎn)：APTCS規(guī)定的規(guī)則。基本APTCS主要知識點(diǎn)：寄存器的使用規(guī)則、數(shù)據(jù)棧使用規(guī)則、參數(shù)傳遞規(guī)則。幾種特定的ATPCS主要知識點(diǎn)：支持?jǐn)?shù)據(jù)棧限制檢查的ATPCS;支持只讀段位值無關(guān)(ROPI)的ATPCS;支持可讀寫段位置無關(guān)(RWPI)的ATPCS;支持ARM程序和Thumb程序混合使用的ATPCS;處理浮點(diǎn)運(yùn)算的ATPCSo第七章ARM程序和Thumb程序混合使用1教學(xué)基本要求理解和掌握ARM程序和Thumb程序混合使用的方法，學(xué)會使用編譯時可用的選項(xiàng)和編程技術(shù)。2?要求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過本章學(xué)習(xí)，通過本章教學(xué)使學(xué)生了解ARM程序和Thumb程序混合使用的方法，選項(xiàng)-apcs/interwork如何使用。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是-apcs/interwork如何使用。教學(xué)難點(diǎn)是-apcs/interwork如何使用。教學(xué)內(nèi)容概述主要知識點(diǎn)：ARM程序和Thumb程序混合使用的場合；在編譯或者匯編時使用選項(xiàng)-apcs/interwork。在匯編語言程序中通過用戶代碼支持interwork主要知識點(diǎn)：程序狀態(tài)切換指令BX指令、BLX指令；CODE16和CODE32偽操作的使用。在C/C++程序中實(shí)現(xiàn)interwork主要知識點(diǎn)：tcc-apcs/interwork；armcc-apcs/interwork；tcpp-apcs/interworkarmcpp一apcs/interwork。在匯編語言程序中通過連接器支持interwork主要知識點(diǎn)：veneers指令的使用。第八章 c\c++以及匯編語言的混合編程1教學(xué)基本要求理解和掌握ARM匯編程序以及C/C++程序之間相互調(diào)用的技術(shù)，了解C編譯器中內(nèi)嵌的匯編器的使用方法。2?要求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過本章學(xué)習(xí)，通過本章教學(xué)使學(xué)生掌握內(nèi)嵌匯編器的使用，并學(xué)會使用_asm如何來標(biāo)識匯編程序；使用IMPORT、LDR和STR等指令來在匯編程序中使用C程序變量；使用extern來實(shí)現(xiàn)C++程序中使用C程序頭文件。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是指令I(lǐng)MPORT、LDR、STR以及extern的使用。教學(xué)內(nèi)容（1） 內(nèi)嵌匯編器的使用主要知識點(diǎn)：操作數(shù)、物理寄存器、常亮、指令展開等ARM指令在C/C++中的注意事項(xiàng)；內(nèi)嵌的匯編器和armasm的區(qū)別；_asm命令的使用。（2） 從匯編程序中訪問C程序變量主要知識點(diǎn)：IMPROT、LDR、STR等指令實(shí)現(xiàn)在匯編中使用C中的全局變量。（3） 匯編程序、C程序以及C++程序的相互調(diào)用主要知識點(diǎn)：匯編程序、C程序以及C++程序的相互調(diào)用實(shí)例。第九章異常中斷處理1教學(xué)基本要求理解和掌握ARM體系中異常中斷技術(shù)。2?要求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過本章學(xué)習(xí)，通過本章教學(xué)使學(xué)生了解異常中斷處理的處理過程；各種異常中斷處理的進(jìn)入和返回機(jī)制，在應(yīng)用程序中使用異常中斷處理的方法以及各種異常中斷的詳細(xì)使用技術(shù)。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是氣場中斷的進(jìn)入和返回以及各種異常中斷的使用方法。教學(xué)難點(diǎn)是各種異常中斷的使用方法。教學(xué)內(nèi)容（1） ARM中異常中斷處理概述主要知識點(diǎn)：異常中斷的種類；異常中斷向量表及異常中斷優(yōu)先級；異常中斷使用的寄存器。（2） 進(jìn)入和退出異常中斷的過程主要知識點(diǎn)：各種異常中斷處理程序中CPSR、SPSR、IRQ、FIQ如何使用和設(shè)置。（3） 在應(yīng)用程序中安裝異常中斷處理程序主要知識點(diǎn)：使用地址0X0ROM地址和使用0X0RAM地址在系統(tǒng)啟動中安裝異常中斷處理程序；在C程序中安裝異常中斷處理程序。（4） SWI異常中斷處理程序主要知識點(diǎn)：兩級SWI異常中斷處理；特權(quán)模式下調(diào)用SWI；應(yīng)用程序中調(diào)用SWI;應(yīng)用程序中動態(tài)調(diào)用SWI。（5） FIQ和IRQ異常中斷處理程序主要知識點(diǎn)：重入和不可重入的IRQ/FIQ。（6） 復(fù)位異常中斷處理程序主要知識點(diǎn)：復(fù)位異常中斷處理程序的處理。（7） 未定義指令異常中斷主要知識點(diǎn)：未定義指令異常中斷的處理過程。（8） 指令預(yù)取中止異常中斷處理程序主要知識點(diǎn)：含有MMU的指令預(yù)取中止異常中斷處理過程。（9） 數(shù)據(jù)訪問中止異常中斷處理程序主要知識點(diǎn)：可能引起數(shù)據(jù)訪問中止異常中斷處理程序的3種情況。第十章ARMC/C++編譯器1教學(xué)基本要求理解和掌握ARM體系中C/C++語言程序設(shè)計(jì)的基本知識；掌握開發(fā)嵌入式C/C++應(yīng)用程序的基本知識和方法，進(jìn)一步了解嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的特點(diǎn)。2?要求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過本章學(xué)習(xí)，通過本章教學(xué)使學(xué)生了解ARMC/C++語言的一些特性；ARMC/C++編譯器的使用方法；ARMC/C++運(yùn)行時庫的使用方法。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是ARM編譯器命令行格式，ARMC/C++運(yùn)行時庫的使用方法。教學(xué)難點(diǎn)是ARM編譯器命令行格式。教學(xué)內(nèi)容（1） ARMC/C++編譯器概述主要知識點(diǎn)：編譯器armcc、tcc、armcpp、tcpp；編譯器輸出的文件格式；ARM中包含的C\C++語言的庫ARMC、RogueWaveC++、支持庫；編譯時搜索頭文件和源文件的方式。（2） ARM編譯器命令行格式主要知識點(diǎn)：過程調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)；設(shè)置源程序語言類型；制定搜索路徑；設(shè)置輸出文件類型；指定目標(biāo)處理器和ARM體系版本；生成調(diào)試信息；代碼生成的控制；控制警告信息的產(chǎn)生；控制錯誤信息。ARM編譯器中的pragmas主要知識點(diǎn)：ARM編譯器支持的各種pragmas。ARM編譯器特定的關(guān)鍵詞主要知識點(diǎn)：聲明函數(shù)的關(guān)鍵詞_asm、」nline、_irq、_pure等；聲明變量的關(guān)鍵詞register、_int64等；用于限定數(shù)據(jù)類型的關(guān)鍵詞_align等。ARM編譯器支持的基本數(shù)據(jù)類型主要知識點(diǎn)：char、short、Int等。ARM編譯器中預(yù)定義宏主要知識點(diǎn)：各種預(yù)定義宏以及應(yīng)用場合。ARM中C/C++庫主要知識點(diǎn)：在semihosted環(huán)境下使用C/C++運(yùn)行庫；在semihosted環(huán)境下使用C/C++運(yùn)行庫；在nonsemihosted環(huán)境下使用C/C++運(yùn)行庫；。第十_章RAM連接器1教學(xué)基本要求理解和掌握如何由目標(biāo)文件以及庫文件得到可執(zhí)行的映像文件。2?要求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過本章學(xué)習(xí)，通過本章教學(xué)使學(xué)生了解ELF格式的可執(zhí)行映像文件的組成；ARM連接器的是使用方法，以及連接過程中的各個操作。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是映像文件的組成；ARM連接器介紹以及其生成符；連接器的優(yōu)化功能；運(yùn)行時庫的使用。教學(xué)難點(diǎn)是映像文件；運(yùn)行時庫的使用等。教學(xué)內(nèi)容ARM映像文件主要知識點(diǎn)：映像文件的組成和入口點(diǎn)。ARM連接器介紹主要知識點(diǎn)：armlink的使用。ARM連接器生成的符號主要知識點(diǎn)：ARM連接器生成的與域相關(guān)的符號；ARM連接器生成的與輸出端相關(guān)的符號;ARM連接器生成的與輸入端相關(guān)的符號。連接器優(yōu)化功能主要知識點(diǎn)：刪除重復(fù)的調(diào)試信息段；刪除重復(fù)的代碼段；刪除未使用的段；生成小代碼段。運(yùn)行時庫的使用主要知識點(diǎn)：使用庫的步驟；查找需要的C/C++運(yùn)行時庫等。從