2013微机教案-祝崇今.doc

教 师 教 案

(2013 — 2014学年第1学期)

课 程 名 称：微处理器系统结构与嵌入式系统设计
授 课 学 时：80
授 课 班 级：电子工程学院
任 课 教 师：祝崇今
教 师 职 称：讲师
教师所在学院：电子工程学院

电子科技大学

课程名称
微处理器系统结构与嵌入式系统设计
授课专业班级
电子信息科学类, 20110010102011001020
年级
2011级
课程编号
(2013-2014-1)-0122050
修课人数
90
课程类型
必修课
学科基础课 ( √ ) ； 专业基础课 ( ) ； 专业课 ( )
选修课
专 选 课 ( ) ； 公选课 ( )
授课方式
理论课 ( √ ) ；实践课 ( )
考核方式
考 试 ( √ )
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
电子科技大学出版社，2011
参考书目
1.体系结构（第5版）
2.计算机系统结构
3.计算机组成原理
4.计算机组织与体系结构-性能设计（第七版）
5.ARM体系结构与编程
6.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
周一第3,4节; 周三第5,6节;周四(单周)第1,2节
第1章 概述
授课学时：2

一、教学内容及要求
J 内 容
1 课程介绍
l 本课程讲授的主要内容、改革目标及要求。
l 相关知识及本课程在系列课程中的地位。
l 有效学习方法。
l 推荐参考书。
l 教学进度安排。
l 课程考核方式。
2 计算机基础知识
l 无处不在的计算机。
l 从微电子技术角度理解计算机的发展。
l 嵌入式系统相关概念。
J 要 求
1 重点掌握内容
2 理解内容
l 嵌入式计算机与通用计算机的不同。
l 微电子技术、通信技术与计算机技术的发展、融合。
3 了解内容
l 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
第2章 计算机系统的结构组成与工作原理
授课学时：10
一、教学内容及要求
J 内 容
1 计算机系统的基本结构与组成
l 现代计算机系统的层次模型。
l 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
l 冯诺依曼体系结构。
l 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演进
l 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
l 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。
J 要 求
1 重点掌握内容
l 冯诺依曼体系结构的特点。
l 计算机系统的基本结构、组成及工作流程。
l 计算机系统的性能评测指标。
2 理解内容
l 微处理器体系结构的改进。
l 计算机体系结构分类。
3 了解内容
二、 教学重点与难点
J 重 点
l 计算机组织的模型：计算机组织和体系结构
l 现代计算机的层次结构。
l 现代计算机的流水线结构。
l 不同的CPU设计策略：CISC和RISC结构。
J 难 点
l 计算机工作流程。
l 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
第3章 微处理器体系结构及关键技术
授课学时：6

一、教学内容及要求
J 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。
J 要 求
1 重点掌握内容
l 微处理器的HDL设计模型：控制器+数据通路
l 计算机指令系统要素：指令格式与寻址方式。
l 流水线技术的特点。
2 理解内容
l 微处理器的设计要素及关键技术。
l 随机逻辑体系结构与微码体系结构的对比。
l 流水线结构的问题及解决技术。
3 了解内容
l 超标量体系结构及操作。

二、 教学重点与难点
J 重 点
l 数据通路。
l 寻址方式。
J 难 点
l 微码体系结构与随机逻辑体系结构的比较。
l 微处理器的时序控制及相关部件设计。
l 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
第4章 总线技术与总线标准
授课学时：6

一、教学内容及要求
J 内 容
1 总线技术
l 总线要素、分类。
l 总线性能指标。
l 总线组织结构。
l 总线仲裁方式。
l 总线周期与时序。
2 总线标准
l 并行总线标准示例：AMBA、PCI
l 串行总线标准示例：RS232、USB、SPI
J 要 求
1 重点掌握内容
l 高效的多级总线组织形式。
l 总线仲裁的目的。
l 同步及异步并行总线时序特点。
l 异步串行总线控制特点。
2 理解内容
l 常见SoC总线特点。
了解内容
l 其他常见并行总线标准特点。
l 其他常见串行总线标准特点。

二、 教学重点与难点
J 重 点
l 总线带宽概念及提升总线带宽的技术。
l 总线周期与时序。
J 难 点
l 并行总线的同步及异步时序。
l 异步串行总线（RS232）时序。

三、课后练习
作业：3~614
思考：1、2、7、12、15
四、 本章参考资料
五、 教学后记
第5章 存储器系统
授课学时：8
一、教学内容及要求
J 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
3 存储系统的层次结构
l 存储系统的分层管理
l 地址映射技术
l 现代计算机的多级存储体系
4 主存储器设计技术
l 存储芯片选型
l 存储芯片的组织形式：容量；吞吐量
l 地址译码技术：两级译码；全译码、部分译码、线译码；固定、可变
l 存储器接口设计
J 要 求
1 重点掌握内容
l 半导体存储芯片的性能指标
l 分层存储系统的管理
l 地址映射技术
l 地址译码设计方法
l 存储器模块结构及设计
2 理解内容
l 半导体存储器件的基本读写策略
l 半导体存储芯片的内部结构
3 了解内容
l 不同的半导体存储介质
二、 教学重点与难点
J 重 点
l 存储器子系统的分层管理策略
l 地址空间概念，接口电路中译码电路的设计
l 主存储器扩展设计
J 难 点
l 地址空间与地址映射
l 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
第6章 输入/输出接口
授课学时：8

一、教学内容及要求
J 内 容
1 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
l 程序控制方式：无条件控制、查询控制
l 中断方式
l DMA方式
l 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
J 要 求
1 重点掌握内容
l 端口编址技术
l 程序控制方式下并行接口技术及接口电路设计方法
2 理解内容
l 中断接口电路设计
l DMA接口电路设计
l 异步串行接口设计
3 了解内容
l 可编程接口设计

二、 教学重点与难点
J 重 点
l 接口的概念，地址空间概念，接口电路中译码电路的设计
l 带握手信号的并行接口设计
J 难 点
l 地址分配、地址空间及地址译码
l 带握手信号的接口结构及工作流程
l 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
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
J 内 容
1 ARM体系结构
l 体系结构、处理器核、处理器芯片
2 ARM编程模型
l 处理器：工作状态、运行模式、寄存器组织、异常
l 存储器：数据类型、存储格式
l I/O组织：存储器映像编址
J 要 求
1 重点掌握内容
2 理解内容
l ARM体系结构、处理器核、处理器芯片之间的关系
l 处理器运行模式、工作状态、寄存器组织
l 存储器组织状态
3 了解内容
l ARM体系结构的不同版本及代表性处理器

二、 教学重点与难点
J 重 点
l ARM的编程模型

J 难 点
l 处理器运行模式、工作状态、寄存器组织

三、作业
作业：4、5
思考：1~3

四、 本章参考资料

五、 教学后记

第8章 ARM汇编指令
授课学时：4

一、教学内容及要求
J 内 容
l ARM寻址方式
l ARM指令格式：机器指令、汇编指令
l ARM指令集
J 要 求
1 重点掌握内容
l ARM常用寻址方式
l ARM常用指令：数据传送指令，基本运算指令
2 理解内容
l ARM指令模型与格式
3 了解内容
l THUMB指令与ARM指令的区别

二、 教学重点与难点
J 重 点
l ARM常用寻址方式
l ARM指令格式及特点
l ARM常用指令：数据传送指令，基本运算指令

J 难 点
l 常用寻址方式；
l 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

第9章 ARM程序设计
授课学时：4

一、教学内容及要求
J 内 容
1 ARM程序开发环境
2 ARM汇编语言程序设计技术
l 汇编语言程序开发特点
l 汇编伪指令
l 汇编语句格式
l 汇编语言程序结构及实例
3 ARM“汇编+C”混合编程技术
l ARM工程及程序框架
l C/C++语言和汇编语言的混合编程
J 要 求
1 重点掌握内容
l 汇编程序结构要求及特点
l ARM汇编语言的常用伪指令
l 汇编程序（指令）格式及规范
l 汇编语言程序设计技术
2 理解内容
l ARM程序框架、函数调用
l 混合编程

二、 教学重点与难点
J 重 点
l 汇编程序结构及规范
l 常用伪指令
l 汇编语句格式规范
J 难 点
l 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
第10章 基于ARM微处理器的硬件系统设计
授课学时：5

一、教学内容及要求
J 内 容
1 基于ARM微处理器的系统设计概述
2 基于ARM内核的常用微处理器简介：MX21、S3C2440及其他
3 ARM微处理器最小硬件系统：电源、时钟、复位、存储器、调试接口
4 人机交互接口：键盘与LED接口、LCD显示接口、触摸屏接口
5 通信接口：串行通信接口、其他通信接口
J 要 求
1 重点掌握内容
l ARM处理器最小系统的设计
l ARM处理器常用接口的程控技术
2 理解内容
l ARM处理器内核与处理器芯片的结构
l 基于ARM的SoC架构

二、 教学重点与难点
J 重 点
l ARM处理器最小硬件系统设计技术
l ARM处理器常用接口的程控技术
J 难 点
l 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

第11章 基于ARM微处理器的软件系统设计
授课学时：5

一、教学内容及要求
J 内 容
1 嵌入式软件系统结构及工作流程
2 嵌入式软件系统的引导和加载
l S3C2440启动过程
l BootLoader 基本概念
l U-boot的分析与移植
3 嵌入式Linux操作系统
l 嵌入式操作系统
l 嵌入式Linux内核
4 Linux下驱动程序设计示例：打开、设置、读写、关闭
J 要 求
1 重点掌握内容
l BOOTLOADER的概念与基本移植方法。
l 嵌入式操作系统下基本的驱动开发技术。
2 理解内容
l 嵌入式软件系统结构。
l 嵌入式软件的设计流程。
3 了解内容
l 其他常用嵌入式操作系统及开发技术。

二、 教学重点与难点
J 重 点
l 嵌入式软件系统结构。
l BOOTLOADER移植方法。
J 难 点
l 嵌入式操作系统内核移植技术。
l 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
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
J 内 容
l 片上芯片设计方法
l SOC的片上总线
l 基于ARM内核的SOC系统设计
J 要 求
1 理解内容
l 片上系统结构及关键技术
l SOC的片上总线
2 了解内容
l 基于ARM内核的SOC系统设计

二、 教学重点与难点
J 重 点
l 片上芯片总线
J 难 点
l 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
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