微处理器系统结构与嵌入式系统设计教案.docx
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微处理器系统结构与嵌入式系统设计教案
教师教案
（2010—2011学年第1学期）
课程名称：
微机系统原理及接口技术
授课学时：
80
授课班级：
机电学院
任课教师：
吴献钢
教师职称：
讲师
教师所在学院：
机械电子工程学院
电子科技大学
课程名称
微机系统原理及接口技术
授课专业班级
机电学院
年级
2008级
课程编号
BK03
修课人数
114
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
李广军等
电子科技大学出版社，2005
参考书目
1.体系结构（第5版）
2.计算机机系统结构
3.计算机组成原理
4.计算机机组织与体系结构-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，20XX年
高等教育出版社，20XX年
科学出版社，20XX年
清华大学出版社，20XX年
清华大学出版社，20XX年
北京航空航天大学出版社，2007
授课时间
周一第5,6节;周三第1,2节;单周五第5,6节
第一章概述
授课学时：
4
一、教学内容及要求
☆内容☆
1课程介绍
●本课程讲授的主要内容、改革目标及要求。
●相关知识及本课程在系列课程中的地位。
●有效学习方法。
●推荐参考书。
●教学进度安排。
●课程考核方式。
2计算机基础知识
●从微电子技术角度理解计算机的发展。
●现代计算机系统的层次模型。
●并行处理技术：
流水线、超标量、VLIW、多机（处理器）
●存储器层次结构。
●不同的CPU设计策略：
CISC和RISC结构。
●计算机系统的性能评测。
●嵌入式系统概念。
☆要求☆
1重点掌握内容
●现代计算机系统的层次模型。
●不同的CPU设计策略：
CISC和RISC结构。
●计算机流水线结构。
2理解内容
●计算机存储器的层次结构。
3了解内容
●计算机的发展过程。
●多核处理器的并行结构。
●嵌入式系统。
二、教学重点与难点
☆重点☆
●现代计算机的层次结构。
●现代计算机的流水线结构。
●RISC和CISC体系结构的区别。
●计算机组织的模型：
计算机组织和体系结构
☆难点☆
●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：
1、7~10
思考：
2、3、5、6
四、本章参考资料
五、教学后记
重点是使学生能够了解本课程的学习重点和关注的技术领域，激发学生的学习兴趣，并引导学生建立良好的学习方法和学习习惯。
其它问题：
本书例程是否需要统一成ARM指令？
不统一的好处在于：
x86汇编指令其实更容易理解；另外也可以对比学习到CISC和RISC两种类型的指令。
第二章计算机系统组成与工作原理
授课学时：
10
一、教学内容及要求
☆内容☆
1计算机体系结构
●冯诺依曼体系结构的特点。
●现代计算机的体系结构的改进：
指令集的改进、存储器组织结构的改进、输入/输出的改进。
2计算机的组成原理
●总线与接口技术。
●CPU的结构。
●存储器组织结构。
●输入/输出的组织结构。
3计算机互连结构
●总线要素及组织结构。
●总线仲裁方式、总线带宽和时序。
●串行总线。
4计算机工作原理与基本工作流程
☆要求☆
1重点掌握内容
●冯诺依曼体系结构的特点。
●CPU的基本结构及组成。
●存储器的分层体系及组织结构。
●输入/输出控制方式及接口组成。
●总线组织形式及带宽、仲裁、时序的概念。
●串行总线的特点。
2理解内容
●计算机的基本工作过程。
3了解内容
二、教学重点与难点
☆重点☆
●计算机体系结构：
指令集、存储器读写、I/O控制方式
●计算机组成原理：
CPU结构、存储器组织、总线及接口
●计算机互连：
总线协议、总线带宽、总线仲裁、总线时序
●计算机工作流程
☆难点☆
●计算机工作原理及工作过程
●串行总线
三、课后练习
作业：
7、13~15、20~23、28~31
思考：
1~6、8~12、16~18、25~27
四、本章参考资料
五、教学后记
本章几乎全是重点，而且从不同角度解释CPU子系统、存储器子系统及输入输出子系统的结构及工作原理，可能会导致学生感觉混乱，还需要找到一个好的方法将计算机体系结构及组成这两个角度融合起来理解。
建议将第四章提前到第三章前讲。
第三章微处理器体系结构及关键技术
授课学时：
10学时
一、教学内容及要求
☆内容☆
1.CPU的内部结构和功能。
2.从逻辑设计和硬件电路的角度，研究微处理器的体系结构、指令系统及其特性。
3.探讨微处理器系统的硬件、软件两者之间的相互影响。
☆要求☆
1重点掌握内容
●计算机指令系统要素。
●指令格式与寻址方式。
2理解内容
●微处理器的结构和组成
●随机逻辑结构及操作。
●微码体系结构。
●流水线体系结构。
3了解内容
●超标量体系结构及操作。
二、教学重点与难点
☆重点☆
●微处理器结构与功能。
●指令系统设计要素。
☆难点☆
●微码体系结构。
●随机逻辑体系结构。
三、课后练习
作业：
1、2、7、9、11、13
思考：
3~6、8、10、12、15、16
四、本章参考资料
五、教学后记
需要强调并引导学生建立“CPU=硬件+指令”的系统级概念，理解软件和硬件的等价性。
对于CPU的不同体系结构应注意说明并不是对立的，而是发展过程中逐渐演变成的。
考虑是否补充CISC（x86）及RISC（ARM）的具体结构及机器指令编码格式，当然这个也可以在第五章补充。
第四章计算机总线接口技术
授课学时：
10
一、教学内容及要求
☆内容☆
●接口基础：
地址映射、地址译码、总线隔离
●存储器接口技术
●并行接口技术（无条件控制、查询控制、中断控制）
●串口接口技术
●模数/数模接口技术
●定时/计数接口技术
☆要求☆
1重点掌握内容
●地址映射技术
●地址译码设计方法
●存储器模块结构及设计
●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
●中断接口电路设计
●串行接口设计
●定时/计数接口设计÷
●模数/数模接口技术
3了解内容
●DMA控制器接口
二、教学重点与难点
☆重点☆
●接口的概念，地址空间概念，接口电路中译码电路的设计
●主存储器扩展设计
●并行接口设计
☆难点☆
●地址分配、地址空间及地址译码
●带握手信号的接口结构及工作流程
●中断接口的软硬件实现
●模数接口技术
三、课后练习
作业：
1、2、4、7、8、10、13、18、19、22、23、28、31、39、41
思考：
3、9、11（较难）、14、16、21、25、26、27、29、32（较难）、33（较难）、34、35、37
四、本章参考资料
教材第4章、接口技术相关参考书。
五、教学后记
本章教材中内容比较简略，建议在附录中增加涉及到的几个接口芯片的手册。
第五章ARM体系结构及指令系统
授课学时：
10
一、教学内容及要求
☆内容☆
●ARM体系结构及处理器
●ARM编程模型、运行模式、工作状态、存储器组织结构
●存储器格式及地址映射
●ARM指令系统、寻址方式
●ARM指令集
●THUM指令与ARM指令的区别
☆要求☆
1重点掌握内容
●ARM指令系统
●指令寻址方式
●指令格式
●ARM指令集的常用指令：
数据传送指令，基本运算指令
2理解内容
●ARM指令模型
●处理器运行模式、工作状态
●存储器组织状态
3了解内容
●ARM体系结构及处理器
●THUMB指令与ARM指令的区别
二、教学重点与难点
☆重点☆
●ARM指令系统、寻址方式
●指令格式及特点
●指令操作数
●ARM常用指令，数据传送指令，基本运算指令
☆难点☆
●指令结构规律
●指令操作
三、作业
作业：
5、7、9、10
思考：
1~4、6、8、11
四、本章参考资料
教材第5章。
ARM指令集等相关文件，ARM网站及论坛
五、教学后记
第六章ARM程序设计
授课学时：
7
一、教学内容及要求
☆内容☆
●汇编程序结构与汇编语言
●汇编语言常用伪指令
●汇编程序格式及规范
●ARM汇编程序设计方法
●ARM程序设计举例
●ARM汇编与C语言混合编程
☆要求☆
1重点掌握内容
●汇编程序结构要求及特点
●ARM汇编语言的伪指令
●汇编语言指令格式
●汇编语言程序设计
2理解内容
●ARM程序框架
●函数调用
●混合编程
二、教学重点与难点
☆重点☆
●汇编程序结构及规范
●常用伪指令
●汇编语句格式规范
●汇编程序设计
☆难点☆
●汇编语言程序设计
●混合编程、函数调用
三、作业
作业：
3、4、6、8、12、14~19
思考：
1、2、10、13
四、本章参考资料
教材第6章，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
第七章基于ARM内核的微处理器芯片简介
授课学时：
5
一、教学内容及要求
☆内容☆
●ARM处理器结构
●存储器管理单元及接口
●CACHE、总线接口单元
●ARM9微处理器：
MX21处理器、SAM9263处理器、S3C2440处理器
●ARM处理器硬件系统
☆要求☆
1重点掌握内容
●ARM处理器最小系统的设计
2理解内容
●ARM处理器内核结构
●存储器管理单元
●总线接口单元
●高速存储取
●ARM处理器MC9328MX21
3了解内容
●ARM处理器AT91SAM9263
●ARM处理器S3C2440
二、教学重点与难点
☆重点☆
●ARM处理器最小硬件设计
●ARM处理器内核结构特点
☆难点☆
●ARM处理器内核结构
三、作业
●3，5
四、本章参考资料
教材第7章，ARM处理器芯片资料。
五、教学后记
第八章嵌入式系统论设计
授课学时：
6
一、教学内容及要求
☆内容☆
●嵌入式系统简介
●嵌入式系统设计方法及设计流程
●嵌入式处理器介绍
●嵌入式软件系统：
软件系统结构、工作流程
●嵌入式操作系统任务及技术指标
●常用嵌入式操作系统
●嵌入式操作系统移植
●嵌入式系统的测试
☆要求☆
1重点掌握内容
●嵌入式操作系统的移植
●BOOTLOADER的移植方法及过程
●嵌入式操作系统的内核移植方法
2理解内容
●嵌入式软件的设计流程
●嵌入式处理器介绍
●嵌入式软件系统
3了解内容
●嵌入式系统简介
●其他常用嵌入式操作系统
二、教学重点与难点
☆重点☆
●嵌入式操作系统移植
●BOOTLOADER移植方法
●嵌入式系统设计方法
●嵌入式软件设计
☆难点☆
●嵌入式操作系统内核移植
三、作业
●1、3、4、6、8、10、12
四、本章参考资料
教材第8章，嵌入式系统相关资料
五、教学后记
第九章基于ARM微处理器核的SoC设计
授课学时：
2
一、教学内容及要求
☆内容☆
●片上芯片设计方法
●SOC的片上总线
●基于ARM内核的SOC系统设计
☆要求☆
1理解内容
●片上系统结构及关键技术
●SOC的片上总线
2了解内容
●基于ARM内核的SOC系统设计
二、教学重点与难点
☆重点☆
●片上芯片总线
☆难点☆
●片上系统设计
三、作业
1、3
四、本章参考资料
教材第9章，SOC相关资料
五、教学后记
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