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簡介：自動化工程學(xué)院楊峰EMAILFYANGUESTCMOBILE13308176262201975153微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計第一章概述計算機的應(yīng)用形式通用計算機與嵌入計算機普適計算與泛在通信半導(dǎo)體技術(shù)與計算機的發(fā)展機械式計算機、電子式計算機SOC、NOC嵌入式計算機系統(tǒng)概念、特點、組成、發(fā)展趨勢課程體系介紹201975253計算機是什么201975353計算機的分類后PC時代通用計算機、嵌入式計算機201975453嵌入式計算機系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)是一門交叉學(xué)科，涉及計算機、微電子、網(wǎng)絡(luò)、通信、信號處理、傳感器等諸多領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代微電子技術(shù)、微機電系統(tǒng)MEMS、片上系統(tǒng)SOC、納米材料、無線通信技術(shù)、信號處理技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的進步以及互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)向集成化、微型化，智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。201975553普適計算無所不在的計算機201975653泛在通信無所不在的通信201975753物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)201975853物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)201975953IT行業(yè)的四大定律MOE定律微處理器內(nèi)晶體管集成度每18個月翻一番BELL定律如果保持計算能力不變，微處理器的價格每18個月減少一半；每10年會有一類新的計算設(shè)備誕生巨型機、小型機、工作站、PC到PDA的演變、新一代計算設(shè)備GILDER定律未來25年（1996年預(yù)言）里，主干網(wǎng)的帶寬將每6個月增加一倍；METCALFE定律網(wǎng)絡(luò)價值同網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)的平方成正比；2019751053計算機技術(shù)的發(fā)展微電子技術(shù)計算機技術(shù)通信技術(shù)2019751153節(jié)能POWERSAVINGS數(shù)字生活DIGITALLIFE泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)UBIQUITOUSSENSWKSUSN高性能視頻會議HIGHPERFMANCEVIDEOCONFERENCING數(shù)字安全SYBERSECURITY下一代網(wǎng)絡(luò)及功效NEXTGENERATIONWKSENERGYEFFICIENCY遠距離協(xié)作工具REMOTECOLLABATIONTOOLS智能傳送網(wǎng)INTELLIGENTTRANSPTSYSTEMSITSITUT近年關(guān)注的熱門話題信息的生成、獲取、存儲、傳輸、處理及其應(yīng)用是現(xiàn)代信息科學(xué)的六大組成部分。2019751253機械式計算機的發(fā)展2019751353機械式計算機的發(fā)展2019751453電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的誕生電子管VACUUMTUBE時代晶體管TRANSIST時代第一個晶體管的誕生2019751553第一代電子管計算機ENIAC2019751653第一臺存儲程序計算機EDSAC2019751753從分立到集成第一塊IC誕生之后，基爾比在IRE美國無線電工程師學(xué)會的一次會議上宣布了“固體電路”SOLIDCIRCUIT的出現(xiàn)，這就是以后的“集成電路”的代名詞。2019751853集成度迅猛發(fā)展2019751953GDONMOEINTEL的創(chuàng)始人之一IC技術(shù)SSIMSILSIVLSIULSIGLSI晶圓尺寸100MM125MM150MM200MM300MM400MM特征尺寸3M2M12M08M05M035M025M018M013M90NM65NM45NMINTELCEI7四核處理器2019752153系統(tǒng)級芯片SOC技術(shù)軟硬件協(xié)同設(shè)計設(shè)計及驗證技術(shù)IP核生成和復(fù)用技術(shù)超深亞微米工藝及納米IC設(shè)計技術(shù)2019752253片上網(wǎng)絡(luò)NOC技術(shù)P處理器M存儲器C緩存RNI網(wǎng)絡(luò)接口S交換開關(guān)DSP核RE可重構(gòu)邏輯L專用邏輯2019752353計算機發(fā)展的主要階段第零代（16421945年）機械計算器和繼電器計算器第一代（1946～1955年）電子管計算機以電子管為邏輯部件，以陰極射線管、磁芯和磁鼓等為存儲手段。軟件采用機器語言，后期采用匯編語言。第二代（1955～1965年）晶體管計算機以晶體管為邏輯部件，內(nèi)存用磁芯，外存用磁盤。軟件廣泛采用高級語言，并出現(xiàn)了早期的操作系統(tǒng)。第三代（1965～1980年）集成電路計算機以中小規(guī)模集成電路為主要部件，內(nèi)存用磁芯、半導(dǎo)體，外存用磁盤。軟件廣泛使用操作系統(tǒng)，產(chǎn)生了分時、實時等操作系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡(luò)第四代（1980年至今）個人計算機以LSI、VLSI為主要部件，以半導(dǎo)體存儲器和磁盤為內(nèi)、外存儲器。在軟件方法上產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的思想。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。微處理器和微型計算機也在這一階段誕生并獲得飛速發(fā)展。第五代無所不在的計算機生物計算機、模糊計算機、光計算機、量子計算機、超導(dǎo)計算機、20197524532019752553嵌入式計算機系統(tǒng)2019752653嵌入式系統(tǒng)的定義IEEE定義DEVICESUSEDTOCONTROLMONIT，ASSISTTHEOPERATIONEQUIPMENTMACHINERYPLANTS國內(nèi)普遍認(rèn)同的定義以各種形態(tài)嵌入到對象體系中的專用計算機系統(tǒng)芯片級（MCU、SOC）板級（單板、模塊）設(shè)備級（工控機）EMBEDDEDSYSTEMEMBEDDEDCOMPUTERSYSTEMEMBEDDEDREALTIMESYSTEMEMBEDDEDDEVICE2019752753以應(yīng)用為中心軟、硬件可裁剪對體積、功耗、實時性、可靠性、功能、成本等有嚴(yán)格約束嵌入式系統(tǒng)的特點2019752853硬件軟件開發(fā)系統(tǒng)嵌入式處理器存儲器系統(tǒng)外部接口EMPUEMCUEDSPESOCEPSOC程序ROM數(shù)據(jù)RAM參數(shù)EEPROMNVRAM并行接口串行接口音視頻接口網(wǎng)絡(luò)接口嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用軟件VXWKSΜCOSWINDOWSCE嵌入式LINUX編譯器鏈接器調(diào)試器集成軟件環(huán)境硬件工具仿真器編程器在線調(diào)試工具外圍設(shè)備鍵盤LCD存儲設(shè)備音頻設(shè)備專用設(shè)備嵌入式系統(tǒng)的組成2019752953嵌入式計算機系統(tǒng)2019753053201975315320197532532019753353嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢網(wǎng)絡(luò)化、支持分布式計算可編程、可在線更新集成度提高、SOCNOC開發(fā)平臺的完備化友好的人機界面343234302019753453計算機專業(yè)系列課程核心系統(tǒng)架構(gòu)軟件基礎(chǔ)本課程涉及主要內(nèi)容計算機體系結(jié)構(gòu)與組成原理；微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；嵌入式系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)；硬件基礎(chǔ)2019753553相關(guān)知識及課程數(shù)字邏輯設(shè)計（先修）EDA設(shè)計技術(shù)數(shù)?；旌螴C設(shè)計技術(shù)匯編語言程序設(shè)計C語言程序設(shè)計計算機組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計嵌入式操作系統(tǒng)2019753653教材及推薦參考書微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及嵌入式系統(tǒng)設(shè)計（第二版）李廣軍等，電子工業(yè)出版社，2010嵌入式系統(tǒng)原理及技術(shù)楊峰等，科學(xué)出版社，2014系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（第5版）郭新房等譯STEPHENDB著，清華大學(xué)出版社，2007計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)張晨曦等，高等教育出版社，2008現(xiàn)代計算機組成原理潘松等，，科學(xué)出版社，2007ARM體系結(jié)構(gòu)與編程杜春雷，清華大學(xué)出版社，2007201975375320197538532019753953教學(xué)進度及考核安排第一章概述34課時第二章計算機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成與工作原理67課時第三章微處理器體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)67課時第四章總線技術(shù)與總線標(biāo)準(zhǔn)78課時第五章存儲器系統(tǒng)89課時第六章輸入輸出接口67課時第七章ARM微處理器編程模型4課時第八章ARM匯編指令45課時第九章ARM程序設(shè)計45課時第十章基于ARM微處理器的硬件系統(tǒng)設(shè)計3課時第十一章基于ARM微處理器的軟件系統(tǒng)設(shè)計3課時第十二章基于ARM微處理器核的SOC設(shè)計2課時上課64學(xué)時（包括習(xí)題課），實驗16學(xué)時考核方式平時10實驗15期中15期末60第一章概述11計算機發(fā)展概述（了解）電子計算機發(fā)展概述普適計算與泛在通信12集成電路與SOC設(shè)計（理解）集成電路技術(shù)的發(fā)展基于IP的SOC設(shè)計13先進的處理器技術(shù)（了解）片上多核處理器CMP流處理器STREAMPROCESSPIMPROCESSINMEMY可重構(gòu)計算處理器14嵌入式系統(tǒng)（了解）嵌入式系統(tǒng)的概念嵌入式系統(tǒng)的特點嵌入式系統(tǒng)中的處理器嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)的意義第二章計算機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成與工作原理21計算機系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與組成（掌握）計算機系統(tǒng)的層次模型計算機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組織與實現(xiàn)22計算機系統(tǒng)的工作原理（掌握）馮諾依曼計算機架構(gòu)模型機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型機指令集模型機工作流程23微處理器體系結(jié)構(gòu)的改進（理解）馮諾依曼結(jié)構(gòu)的改進并行技術(shù)的發(fā)展流水線結(jié)構(gòu)超標(biāo)量與超長指令字結(jié)構(gòu)多機與多核結(jié)構(gòu)24計算機體系結(jié)構(gòu)分類（理解）25計算機性能評測（掌握）字長、存儲容量、運算速度第三章微處理器體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)31微處理器體系結(jié)構(gòu)及功能模塊簡介處理器的主要功能及部件（掌握）處理器的基本功能結(jié)構(gòu)（掌握）一個簡化的處理器模型結(jié)構(gòu)示例（理解）32處理器設(shè)計（理解）處理器的設(shè)計步驟控制器的操作與功能隨機邏輯控制器設(shè)計微程序微碼控制器結(jié)構(gòu)及設(shè)計寄存器組REGISTERFILE設(shè)計33指令系統(tǒng)設(shè)計（掌握）機器指令的組成指令格式指令類型尋址方式指令系統(tǒng)設(shè)計要點34指令流水線技術(shù)流水線技術(shù)的特點（掌握）流水線操作的詳細(xì)說明（掌握）流水線的局限性（理解）指令流水線設(shè)計（理解）35典型微處理體系結(jié)構(gòu)簡介（理解）ARM體系結(jié)構(gòu)簡介INTELX86體系結(jié)構(gòu)簡介第四章總線技術(shù)與總線標(biāo)準(zhǔn)41總線技術(shù)（掌握）總線技術(shù)概述總線仲裁總線操作與時序42總線標(biāo)準(zhǔn)（理解）片內(nèi)AMBA總線PCI系統(tǒng)總線異步串行通信總線第五章存儲器系統(tǒng)51存儲器件的分類（掌握）按存儲介質(zhì)分類按讀寫策略分類52半導(dǎo)體存儲芯片的基本結(jié)構(gòu)與性能指標(biāo)（掌握）隨機存取存儲器只讀存儲器存儲器芯片的性能指標(biāo)53存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)（掌握）存儲系統(tǒng)的分層管理虛擬存儲器與地址映射現(xiàn)代計算機的多層次存儲體系54主存儲器設(shè)計技術(shù)（掌握）存儲芯片選型存儲芯片的組織形式地址譯碼技術(shù)存儲器接口設(shè)計設(shè)計第六章輸入輸出接口61輸入輸出接口基礎(chǔ)（掌握）輸入輸出接口功能與結(jié)構(gòu)輸入輸出端口編址62接口地址譯碼（掌握）63接口信息傳輸方式（掌握）程序查詢傳輸方式程序中斷傳輸方式直接存儲器訪問DMA方式通道方式64并行接口（掌握）無握手信號并行接口帶握手信號的并行接口可編程并行接口65串行接口（理解）同步串行接口異步串行接口第七章ARM微處理器編程模型71ARM內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)（了解）ARM體系結(jié)構(gòu)版本ARM內(nèi)核簡介72ARM編程模型（理解）處理器工作狀態(tài)處理器運行模式寄存器組織數(shù)據(jù)類型和儲存格式異常第八章ARM匯編指令81ARM指令格式（掌握）ARM指令的一般編碼格式ARM指令的條件域指令的第二源操作數(shù)82ARM尋址方式（掌握）立即尋址寄存器直接尋址寄存器移位尋址寄存器間接尋址基址變址尋址多寄存器直接尋址相對尋址堆棧尋址83ARM指令集（掌握）數(shù)據(jù)處理指令轉(zhuǎn)移指令程序狀態(tài)寄存器訪問指令加載存儲指令異常產(chǎn)生指令偽指令第九章ARM程序設(shè)計91ARM程序開發(fā)環(huán)境（掌握）常用ARM程序開發(fā)環(huán)境簡介RVDS開發(fā)環(huán)境簡介92匯編語言偽指令（掌握）符號定義偽指令數(shù)據(jù)定義偽指令匯編控制偽指令其他常用偽指令匯編語言中常用的符號常用的運算符和表達式93ARM匯編語言程序設(shè)計（掌握）ARM匯編語言程序結(jié)構(gòu)ARM匯編語言程序?qū)嵗?4ARM匯編語言與CC的混合編程（理解）C與匯編之間的函數(shù)調(diào)用CC語言和匯編語言的混合編程第十章基于ARM微處理器的硬件系統(tǒng)設(shè)計101基于ARM微處理器的系統(tǒng)設(shè)計概述（理解）102S3C2440A微處理器（了解）S3C2440A微處理器簡介S3C2440A內(nèi)部結(jié)構(gòu)及主要特性S3C2440A外部引腳103ARM微處理器最小硬件系統(tǒng)（掌握）電源模塊時鐘模塊復(fù)位模塊JTAG調(diào)試接口外部存儲器模塊104人機交互接口鍵盤與LED接口（掌握）LCD顯示接口（理解）觸摸屏接口（理解）105通信接口串行通信接口（掌握）其他通信接口（理解）第十一章基于ARM微處理器的軟件系統(tǒng)設(shè)計111嵌入式軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作流程（掌握）112嵌入式軟件系統(tǒng)的引導(dǎo)和加載BOOTLOADER程序的基本概念（掌握）UBOOT的分析與移植（理解）113嵌入式LINUX內(nèi)核的移植（了解）LINUX內(nèi)核的結(jié)構(gòu)內(nèi)核的配置與裁剪內(nèi)核的編譯LINUX內(nèi)核配置編譯實例114LINUX下驅(qū)動程序設(shè)計示例（了解）第十二章基于ARM微處理器核的SOC設(shè)計121概述（了解）122SOC設(shè)計SOC的典型結(jié)構(gòu)（理解）SOC設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)（了解）123SOC的片上總線片上總線的特點（理解）SOC中常用的總線標(biāo)準(zhǔn)（了解）124SOC系統(tǒng)的設(shè)計流程（理解）SOC系統(tǒng)芯片的系統(tǒng)級設(shè)計系統(tǒng)芯片的設(shè)計流程125基于ARM內(nèi)核的SOC系統(tǒng)設(shè)計（了解）常用ARMCPU內(nèi)核所使用的總線接口基于ARM的SOC結(jié)構(gòu)基于ARM內(nèi)核的SOC系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計舉例2019755353教學(xué)實驗裝置ARM集成開發(fā)環(huán)境建立ARM匯編實現(xiàn)LED控制實驗ARM匯編實現(xiàn)串口通信實驗ARMLINUX開發(fā)環(huán)境建立ARMLINUX下模塊方式驅(qū)動程序?qū)嶒濧RMLINUX下鍵盤及數(shù)碼管驅(qū)動程序設(shè)計實驗ARMLINUX下LCD驅(qū)動程序設(shè)計實驗ARMLINUX下觸摸屏驅(qū)動程序設(shè)計實驗ARMLINUX下SD卡驅(qū)動程序及文件系統(tǒng)設(shè)計實驗ARMLINUX下AC97音頻驅(qū)動程序設(shè)計實驗ARMLINUX下以太網(wǎng)通信實驗教學(xué)內(nèi)容實驗第一章習(xí)題作業(yè)2、3、5、8思考4、6、92019755553

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