微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)教案(mod).doc

《微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)教案(mod).doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)教案(mod).doc（19頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

教 師 教 案 (2010 — 2011學(xué)年第1學(xué)期) 課 程 名 稱：微機(jī)系統(tǒng)原理及接口技術(shù) 授 課 學(xué) 時(shí)：80 授 課 班 級(jí)：機(jī)電學(xué)院 任 課 教 師：吳獻(xiàn)鋼 教 師 職 稱：講師 教師所在學(xué)院：機(jī)械電子工程學(xué)院 電子科技大學(xué) 課程名稱 微機(jī)系統(tǒng)原理及接口技術(shù) 授課專業(yè)班級(jí) 機(jī)電學(xué)院 年級(jí) 2008 級(jí) 課程編號(hào) BK03 修課人數(shù) 114 課程類型 必修課 學(xué)科基礎(chǔ)課 ( √ ) ； 專業(yè)基礎(chǔ)課 ( ) ； 專業(yè)課 ( ) 選修課 專 選 課 ( ) ； 公選課 ( ) 授課方式 理論課 ( √ ) ；實(shí)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(xué)時(shí)分配 課堂講授64學(xué)時(shí)， 實(shí)踐課16學(xué)時(shí) 名稱 作者 出版社及出版時(shí)間 教材 微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì) 李廣軍等 電子科技大學(xué)出版社，2005 參考書目 1.體系結(jié)構(gòu)（第5版） 2.計(jì)算機(jī)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 3.計(jì)算機(jī)組成原理 4.計(jì)算機(jī)機(jī)組織與體系結(jié)構(gòu)-性能設(shè)計(jì)（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(xué)出版社，2007年 高等教育出版社，2008年 科學(xué)出版社，2007年 清華大學(xué)出版社，2006年 清華大學(xué)出版社，2007年 北京航空航天大學(xué)出版社，2007 授課時(shí)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(xué)時(shí)：4 一、 教學(xué)內(nèi)容及要求 ☆ 內(nèi) 容 ☆ 1 課程介紹 l 本課程講授的主要內(nèi)容、改革目標(biāo)及要求。 l 相關(guān)知識(shí)及本課程在系列課程中的地位。 l 有效學(xué)習(xí)方法。 l 推薦參考書。 l 教學(xué)進(jìn)度安排。 l 課程考核方式。 2 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) l 從微電子技術(shù)角度理解計(jì)算機(jī)的發(fā)展。 l 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次模型。 l 并行處理技術(shù)：流水線、超標(biāo)量、VLIW、多機(jī)（處理器） l 存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)。 l 不同的CPU設(shè)計(jì)策略：CISC和RISC結(jié)構(gòu)。 l 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能評(píng)測。 l 嵌入式系統(tǒng)概念。 ☆ 要 求 ☆ 1 重點(diǎn)掌握內(nèi)容 l 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次模型。 l 不同的CPU設(shè)計(jì)策略：CISC和RISC結(jié)構(gòu)。 l 計(jì)算機(jī)流水線結(jié)構(gòu)。 2 理解內(nèi)容 l 計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)。 3 了解內(nèi)容 l 計(jì)算機(jī)的發(fā)展過程。 l 多核處理器的并行結(jié)構(gòu)。 l 嵌入式系統(tǒng)。 二、 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) ☆ 重 點(diǎn) ☆ l 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的層次結(jié)構(gòu)。 l 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的流水線結(jié)構(gòu)。 l RISC和CISC體系結(jié)構(gòu)的區(qū)別。 l 計(jì)算機(jī)組織的模型：計(jì)算機(jī)組織和體系結(jié)構(gòu) ☆ 難 點(diǎn) ☆ l 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組織、計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)以及計(jì)算機(jī)層次結(jié)構(gòu)的關(guān)系。 三、課后練習(xí) 作業(yè)：1、7 ~10 思考：2、3、5、6 四、 本章參考資料 五、 教學(xué)后記 重點(diǎn)是使學(xué)生能夠了解本課程的學(xué)習(xí)重點(diǎn)和關(guān)注的技術(shù)領(lǐng)域，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并引導(dǎo)學(xué)生建立良好的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)習(xí)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(shí)更容易理解；另外也可以對(duì)比學(xué)習(xí)到CISC和RISC兩種類型的指令。 第二章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成與工作原理 授課學(xué)時(shí)：10 一、教學(xué)內(nèi)容及要求 ☆ 內(nèi) 容 ☆ 1 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu) l 馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。 l 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)的改進(jìn)：指令集的改進(jìn)、存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、輸入/輸出的改進(jìn)。 2 計(jì)算機(jī)的組成原理 l 總線與接口技術(shù)。 l CPU的結(jié)構(gòu)。 l 存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)。 l 輸入/輸出的組織結(jié)構(gòu)。 3 計(jì)算機(jī)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(shí)序。 l 串行總線。 4 計(jì)算機(jī)工作原理與基本工作流程 ☆ 要 求 ☆ 1 重點(diǎn)掌握內(nèi)容 l 馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。 l CPU的基本結(jié)構(gòu)及組成。 l 存儲(chǔ)器的分層體系及組織結(jié)構(gòu)。 l 輸入/輸出控制方式及接口組成。 l 總線組織形式及帶寬、仲裁、時(shí)序的概念。 l 串行總線的特點(diǎn)。 2 理解內(nèi)容 l 計(jì)算機(jī)的基本工作過程。 3 了解內(nèi)容 二、 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) ☆ 重 點(diǎn) ☆ l 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)：指令集、存儲(chǔ)器讀寫、I/O控制方式 l 計(jì)算機(jī)組成原理：CPU結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)器組織、總線及接口 l 計(jì)算機(jī)互連：總線協(xié)議、總線帶寬、總線仲裁、總線時(shí)序 l 計(jì)算機(jī)工作流程 ☆ 難 點(diǎn) ☆ l 計(jì)算機(jī)工作原理及工作過程 l 串行總線 三、課后練習(xí) 作業(yè)：7 、13~15、20~23、28~31 思考：1~6、8~12、16~18、25~27 四、 本章參考資料 五、 教學(xué)后記 本章幾乎全是重點(diǎn)，而且從不同角度解釋CPU子系統(tǒng)、存儲(chǔ)器子系統(tǒng)及輸入輸出子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理，可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)生感覺混亂，還需要找到一個(gè)好的方法將計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)及組成這兩個(gè)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(guān)鍵技術(shù) 授課學(xué)時(shí)：10學(xué)時(shí) 一、教學(xué)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(shè)計(jì)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(diǎn)掌握內(nèi)容 l 計(jì)算機(jī)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(jī)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(biāo)量體系結(jié)構(gòu)及操作。 二、 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) ☆ 重 點(diǎn) ☆ l 微處理器結(jié)構(gòu)與功能。 l 指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)要素。 ☆ 難 點(diǎn) ☆ l 微碼體系結(jié)構(gòu)。 l 隨機(jī)邏輯體系結(jié)構(gòu)。 三、課后練習(xí) 作業(yè)：1、2、7、9、11、13 思考：3~6、8、10、12、15、16 四、 本章參考資料 五、 教學(xué)后記 需要強(qiáng)調(diào)并引導(dǎo)學(xué)生建立“CPU=硬件+指令”的系統(tǒng)級(jí)概念，理解軟件和硬件的等價(jià)性。對(duì)于CPU的不同體系結(jié)構(gòu)應(yīng)注意說明并不是對(duì)立的，而是發(fā)展過程中逐漸演變成的。 考慮是否補(bǔ)充CISC（x86）及RISC（ARM）的具體結(jié)構(gòu)及機(jī)器指令編碼格式，當(dāng)然這個(gè)也可以在第五章補(bǔ)充。 第四章 計(jì)算機(jī)總線接口技術(shù) 授課學(xué)時(shí)：10 一、教學(xué)內(nèi)容及要求 ☆ 內(nèi) 容 ☆ l 接口基礎(chǔ)：地址映射、地址譯碼、總線隔離 l 存儲(chǔ)器接口技術(shù) l 并行接口技術(shù)（無條件控制、查詢控制、中斷控制） l 串口接口技術(shù) l 模數(shù)/數(shù)模接口技術(shù) l 定時(shí)/計(jì)數(shù)接口技術(shù) ☆ 要 求 ☆ 1 重點(diǎn)掌握內(nèi)容 l 地址映射技術(shù) l 地址譯碼設(shè)計(jì)方法 l 存儲(chǔ)器模塊結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì) l 程序控制方式下并行接口技術(shù)及接口電路設(shè)計(jì)方法 2 理解內(nèi)容 l 中斷接口電路設(shè)計(jì) l 串行接口設(shè)計(jì) l 定時(shí)/計(jì)數(shù)接口設(shè)計(jì) l 模數(shù)/數(shù)模接口技術(shù) 3 了解內(nèi)容 l DMA控制器接口 二、 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) ☆ 重 點(diǎn) ☆ l 接口的概念，地址空間概念，接口電路中譯碼電路的設(shè)計(jì) l 主存儲(chǔ)器擴(kuò)展設(shè)計(jì) l 并行接口設(shè)計(jì) ☆ 難 點(diǎn) ☆ l 地址分配、地址空間及地址譯碼 l 帶握手信號(hào)的接口結(jié)構(gòu)及工作流程 l 中斷接口的軟硬件實(shí)現(xiàn) l 模數(shù)接口技術(shù) 三、課后練習(xí) 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(shù)相關(guān)參考書。 五、 教學(xué)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(gè)接口芯片的手冊(cè)。 第五章 ARM體系結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng) 授課學(xué)時(shí)：10 一、教學(xué)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(yùn)行模式、工作狀態(tài)、存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu) l 存儲(chǔ)器格式及地址映射 l ARM指令系統(tǒng)、尋址方式 l ARM指令集 l THUM指令與ARM指令的區(qū)別 ☆ 要 求 ☆ 1 重點(diǎn)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(yùn)算指令 2 理解內(nèi)容 l ARM指令模型 l 處理器運(yùn)行模式、工作狀態(tài) l 存儲(chǔ)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(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) ☆ 重 點(diǎn) ☆ l ARM指令系統(tǒng)、尋址方式 l 指令格式及特點(diǎn) l 指令操作數(shù) l ARM常用指令，數(shù)據(jù)傳送指令，基本運(yùn)算指令 ☆ 難 點(diǎn) ☆ 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：1~4、6、8、11 四、 本章參考資料 教材第5章。ARM指令集等相關(guān)文件，ARM網(wǎng)站及論壇 五、 教學(xué)后記 第六章 ARM程序設(shè)計(jì) 授課學(xué)時(shí)：7 一、教學(xué)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(shè)計(jì)方法 l ARM程序設(shè)計(jì)舉例 l ARM匯編與C語言混合編程 ☆ 要 求 ☆ 1 重點(diǎn)掌握內(nèi)容 l 匯編程序結(jié)構(gòu)要求及特點(diǎn) 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(shè)計(jì) 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(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) ☆ 重 點(diǎn) ☆ 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(shè)計(jì) ☆ 難 點(diǎn) ☆ l 匯編語言程序設(shè)計(jì) l 混合編程、函數(shù)調(diào)用 三、作業(yè) 作業(yè)：3、4、6、8、 12、14~19 思考：1、2、10、13 四、 本章參考資料 教材第6章，ARM指令系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)及C語言設(shè)計(jì)相關(guān)參考書，ARM論壇及網(wǎng)站。 五、 教學(xué)后記 第七章 基于ARM內(nèi)核的微處理器芯片簡介 授課學(xué)時(shí)：5 一、教學(xué)內(nèi)容及要求 ☆ 內(nèi) 容 ☆ l ARM處理器結(jié)構(gòu) l 存儲(chǔ)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(diǎn)掌握內(nèi)容 l ARM處理器最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2 理解內(nèi)容 l ARM處理器內(nèi)核結(jié)構(gòu) l 存儲(chǔ)器管理單元 l 總線接口單元 l 高速存儲(chǔ)取 l ARM處理器MC9328MX21 3 了解內(nèi)容 l ARM處理器AT91SAM9263 l ARM處理器S3C2440 二、 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) ☆ 重 點(diǎn) ☆ l ARM處理器最小硬件設(shè)計(jì) l ARM處理器內(nèi)核結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ☆ 難 點(diǎn) ☆ 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(xué)后記 第八章 嵌入式系統(tǒng)論設(shè)計(jì) 授課學(xué)時(shí)：6 一、教學(xué)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(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)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(wù)及技術(shù)指標(biāo) 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(diǎn)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(shè)計(jì)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(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) ☆ 重 點(diǎn) ☆ 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(shè)計(jì)方法 l 嵌入式軟件設(shè)計(jì) ☆ 難 點(diǎn) ☆ 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(guān)資料 五、 教學(xué)后記  第九章 基于ARM微處理器核的SoC設(shè)計(jì) 授課學(xué)時(shí)：2 一、教學(xué)內(nèi)容及要求 ☆ 內(nèi) 容 ☆ l 片上芯片設(shè)計(jì)方法 l SOC的片上總線 l 基于ARM內(nèi)核的SOC系統(tǒng)設(shè)計(jì) ☆ 要 求 ☆ 1 理解內(nèi)容 l 片上系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù) l SOC的片上總線 2 了解內(nèi)容 l 基于ARM內(nèi)核的SOC系統(tǒng)設(shè)計(jì) 二、 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) ☆ 重 點(diǎn) ☆ l 片上芯片總線 ☆ 難 點(diǎn) ☆ l 片上系統(tǒng)設(shè)計(jì) 三、作業(yè) 1、3 四、 本章參考資料 教材第9章，SOC相關(guān)資料 五、 教學(xué)后記