《嵌入式微處理器結(jié)構(gòu)與應(yīng)用》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱嵌入式微處理器結(jié)構(gòu)與應(yīng)用ArchitectureandApplicationofEmbeddedMicroprocessor課程編碼CST421121030開課院部計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院課程團(tuán)隊(duì)計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)團(tuán)隊(duì)學(xué)分3.0課內(nèi)學(xué)時(shí)56講授32實(shí)驗(yàn)24上機(jī)0實(shí)踐0課外學(xué)時(shí)56適用專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程授課語言中文先修課程計(jì)算機(jī)組成原理、單片機(jī)原理與技術(shù)課程簡(jiǎn)介（限選）《嵌入式微處理器結(jié)構(gòu)與應(yīng)用》是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)和軟件工程專業(yè)的一門專業(yè)選修課程。本課程以目前32位嵌入式系統(tǒng)中使用最廣泛的ARM微處理器為對(duì)象，講授嵌入式微處理器的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用開發(fā)技術(shù)。課程特點(diǎn)是原理多、涉及面廣、實(shí)用性強(qiáng)，是一門計(jì)算機(jī)偏底層的應(yīng)用類課程。學(xué)習(xí)該課程后學(xué)生將具備基本的嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)能力和系統(tǒng)分析能力，為進(jìn)行各類嵌入式系統(tǒng)的底層設(shè)計(jì)及后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本課程的應(yīng)用性和實(shí)踐性很強(qiáng)，課程學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)注意理論與實(shí)踐相結(jié)合。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握ARM嵌入式處理器的組成、編程模型、存儲(chǔ)器組織、指令系統(tǒng)、以及常見外圍I/O模塊的接口原理，掌握基于ARM微處理器的匯編語言及C語言編程原理和軟件設(shè)計(jì)方法?！癆rchitectureandApplicationofEmbeddedMicroprocessor”isaspecializedelectivecourseoftheInternetofthingsengineeringandsoftwareengineering.ThiscoursebasedonthepopularARMembeddedmicroprocessorsistointroducethestructurefeatureofmicroprocessors,programmodels,memory,instructionsystemandoutsideI/Omodules.ThisCourseischaracterizedbymoreconcept,involvingawiderange,strongpracticability,whichisacomprehensivetechnicalapplicationcourses.Knowledgeforthiscoursewillprovidethestudentsengagedintheresearchanddevelopmentofembeddedsysteminthefutureandlayasolidfoundation.Duetotheapplianceandpracticecharacter,thecourseshouldpayattentiontothecombinationoftheoryandpractice.Throughlearningofthiscourse,demandsthestudentstomasterthebasicstructure,workingprincipleandcommonconnectionofperipheralinterfacecircuitandprogrammingmethodofembeddedMicroprocessor,mastertheMPUinternalorganization,storagestructureandI/Omodules,mastertheARMassemblylanguageandClanguageprogramming.負(fù)責(zé)人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標(biāo)序號(hào)代號(hào)課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)任務(wù)自選1M1目標(biāo)1：理解并掌握嵌入式微處理的基礎(chǔ)知識(shí)、ARM嵌入式處理器的組成、編程模型、存儲(chǔ)器組織、指令系統(tǒng)、以及常見外圍I/O模塊的接口原理，能夠利用上述知識(shí)，針對(duì)具體工程問題，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)特定功能嵌入式硬件電路及控制程序。為畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)1.3的達(dá)成提供支持。是2M2目標(biāo)2：熟悉基于ARM嵌入式微處理器的應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程及開發(fā)工具，能夠根據(jù)實(shí)際問題，優(yōu)選設(shè)計(jì)方案，確定設(shè)計(jì)目標(biāo)，完成嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，能夠論證方案的有效性。為畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.3的達(dá)成提供支持。是3M3目標(biāo)3：能夠根據(jù)目標(biāo)要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)軟硬件系統(tǒng)，安全地開展實(shí)驗(yàn)并撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，在實(shí)驗(yàn)過程中培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和腳踏實(shí)地的工作作風(fēng)。為畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)4.2的達(dá)成提供支持。是4.24.2三、課程內(nèi)容序號(hào)章節(jié)號(hào)標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點(diǎn)支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時(shí)教學(xué)方式課外學(xué)時(shí)課外環(huán)節(jié)1第一章第一章嵌入式系統(tǒng)概述本章重點(diǎn)難點(diǎn)：嵌入式系統(tǒng)的定義、嵌入式微處理器分類////21.11.1嵌入式系統(tǒng)的定義嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域；兩種經(jīng)典定義；嵌入式系統(tǒng)的三要素。M10.5講授0.5資料查閱31.21.2嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)的硬件特點(diǎn)；軟件特點(diǎn)。M10.5講授0.5資料查閱41.31.3嵌入式微處理器的分類嵌入式微處理器；微控制器；數(shù)字信號(hào)處理器；SOPC；同構(gòu)與異構(gòu)多核；不同處理器的特點(diǎn)；國(guó)產(chǎn)嵌入式微處理器發(fā)展?fàn)顩r；討論專題：自主可控嵌入式生態(tài)系統(tǒng)的重要性；M1,M20.5講授0.5資料查閱51.41.4嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)嵌入式系統(tǒng)經(jīng)歷的4個(gè)發(fā)展階段；8個(gè)發(fā)展趨勢(shì)；M10.5講授、討論0.5作業(yè)6第二章第二章ARM技術(shù)概述本章重點(diǎn)難點(diǎn)：ARM處理器的寄存器組織，CPU工作模式，ARM920T存儲(chǔ)系統(tǒng)，Cortex-M3內(nèi)核結(jié)構(gòu)。////72.12.1ARM體系結(jié)構(gòu)的技術(shù)特征及發(fā)展ARM公司簡(jiǎn)介；ARM技術(shù)特點(diǎn)；ARM體系結(jié)構(gòu)發(fā)展；討論專題：華為事件中ARM的角色與思考；M11講授、討論1自學(xué)82.22.2ARM微處理器簡(jiǎn)介ARM7系列；ARM9系列；ARM11系列；Cortex系列等各系列的特點(diǎn)M11講授1自學(xué)92.32.3ARM微處理器結(jié)構(gòu)及應(yīng)用選型ARM總體結(jié)構(gòu)；處理器選型原則；M1,M21講授1作業(yè)102.42.4ARM920T內(nèi)核工作模式ARM七種工作模式；工作模式切換方法；不同模式應(yīng)用特點(diǎn)；2講授2/112.52.5ARM920T寄存器組織及存儲(chǔ)系統(tǒng)不同模式下的可見寄存器；寄存器功能特點(diǎn)；M11講授1資料查閱122.62.6Cortex-M3內(nèi)核結(jié)構(gòu)Cortex-M3結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；工作模式；存儲(chǔ)管理；中斷機(jī)制M13講授3自學(xué)13第三章第三章ARM的指令系統(tǒng)本章重點(diǎn)難點(diǎn)：ARM指令的尋址方式；ARM指令集典型指令應(yīng)用////143.13.1ARM指令的數(shù)據(jù)處理指令尋址方式立即尋址；寄存器直接尋址；寄存器移位尋址；M11講授1自學(xué)153.23.2內(nèi)存訪問指令尋址方式寄存器間接尋址；變址尋址；多寄存器尋址M11講授1自學(xué)163.33.3ARM指令集的常用指令傳送類指令；運(yùn)算量指令；LOAD/STORE類指令；專用指令；M1,M21講授1自學(xué)17第四章第四章ARM程序設(shè)計(jì)本章重點(diǎn)難點(diǎn)：ARM匯編程序設(shè)計(jì)；匯編與C語言混合編程；STM32庫函數(shù)開發(fā)方式；////184.14.1ARMRealviewMDK集成開發(fā)環(huán)境ARM開發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介；MDK軟件功能；項(xiàng)目文件管理；M1,M31講授、討論1自學(xué)194.24.2ARM匯編語言設(shè)計(jì)ARM匯編程序偽指令；匯編程序格式；STM32匯編編程；M1,M21.5講授1.5自學(xué)204.34.3C語言與匯編語言混編ARM啟動(dòng)代碼簡(jiǎn)原理；嵌入式C語言基礎(chǔ)；C語言與匯編語言混合編程；M11講授1自學(xué)214.44.4STM32外設(shè)編程實(shí)例GPIO原理；GPIO匯編編程；GPIOC語言編程設(shè)計(jì)；M11.5講授1.5自學(xué)224.54.5CMSIS架構(gòu)與STM32標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫CMSIS概述；CMSIS編程方法；編程實(shí)例M1,M21講授1自學(xué)23第五章第五章STM32的主要模塊原理及編程本章重點(diǎn)難點(diǎn)：時(shí)鐘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；外部中斷原理及編程；////245.15.1時(shí)鐘系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)概述；時(shí)鐘初始化；時(shí)鐘相關(guān)庫函數(shù)；M11講授1自學(xué)255.25.2外部中斷ARM中斷機(jī)制；STM32外部中斷管理；外部中斷編程實(shí)例；M1,M22講授2作業(yè)26第六章第六章ARM應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本章重點(diǎn)難點(diǎn)：ARM最小系統(tǒng)；STM32最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)；////276.16.1最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)電源設(shè)計(jì)；復(fù)位電路；時(shí)鐘電路；串口電路；調(diào)試接口；存儲(chǔ)器電路；M12講授2自學(xué)286.26.2STM32最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)STM32最小系統(tǒng)構(gòu)成；STM32最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)及注意事項(xiàng)；M1,M31講授1自學(xué)29第七章第七章STM32串口通信本章重點(diǎn)難點(diǎn)：STM32串口原理；串口編程設(shè)計(jì)；/////307.17.1概述STM32串口原理；串口相關(guān)參數(shù)；M11講授1自學(xué)317.27.2串口通信原理及編程串口編程庫函數(shù)簡(jiǎn)介；串口編程實(shí)例；串口中斷編程；M1,M22講授2作業(yè)32第八章第八章STM32定時(shí)器本章重點(diǎn)難點(diǎn)：STM32定時(shí)器原理；定時(shí)器編程設(shè)計(jì)；/////338.18.1概述STM32定時(shí)器類型；不同類型定時(shí)器的區(qū)別；M11講授1自學(xué)348.28.2定時(shí)器原理及編程定時(shí)器編程流程；通用定時(shí)器編程實(shí)例；M12講授2自學(xué)35實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)1：ARMCortex-M3基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)包含如下基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)K：MDK開發(fā)環(huán)境入門；常用ARM匯編指令練習(xí)；匯編與C混合編程練習(xí)；M1,M34實(shí)驗(yàn)4實(shí)驗(yàn)報(bào)告36實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)2：跑馬燈實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的是控制ALIENTEKminiSTM32開發(fā)板上的兩個(gè)LED實(shí)現(xiàn)跑馬燈的效果，該實(shí)驗(yàn)的主要掌握GPIO工作原理及控制STM32的IO口輸出。M1,M2,M34實(shí)驗(yàn)4實(shí)驗(yàn)報(bào)告37實(shí)驗(yàn)3實(shí)驗(yàn)3：按鍵輸入實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)主要掌握如何使用STM32的IO口作為輸入功能。實(shí)驗(yàn)利用板載的3個(gè)按鍵來控制板載的兩個(gè)LED的亮滅。通過實(shí)驗(yàn)掌握STM32的IO口作為輸入口的編程方法。M1,M2,M34實(shí)驗(yàn)4實(shí)驗(yàn)報(bào)告38實(shí)驗(yàn)4實(shí)驗(yàn)4：串口實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)主要掌握如何使用STM32的串口來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)STM32通過串口和上位機(jī)的對(duì)話，STM32在收到上位機(jī)發(fā)過來的字符串后，將接收數(shù)據(jù)返回給上位機(jī)。M1,M2,M34實(shí)驗(yàn)4實(shí)驗(yàn)報(bào)告39實(shí)驗(yàn)5實(shí)驗(yàn)5：外部中斷實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)主要掌握如何使用STM32的外部輸入中斷。實(shí)驗(yàn)在掌握了STM32的IO口基本的操作的基礎(chǔ)上將STM32的IO口作為外部中斷輸入，并編程實(shí)現(xiàn)。M1,M2,M34實(shí)驗(yàn)4實(shí)驗(yàn)報(bào)告40實(shí)驗(yàn)6實(shí)驗(yàn)6：定時(shí)器綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)主要掌握如何使用STM32的通用定時(shí)器，STM32的定時(shí)器功能十分強(qiáng)大，有TIME1和TIME8等高級(jí)定時(shí)器，也有TIME2~TIME5等通用定時(shí)器，還有TIME6和TIME7等基本定時(shí)器。本實(shí)驗(yàn)將使用TIM3的定時(shí)器中斷來控制DS1的翻轉(zhuǎn)，在主函數(shù)用DS0的翻轉(zhuǎn)來提示程序正在運(yùn)行。M1,M2,M34實(shí)驗(yàn)4實(shí)驗(yàn)報(bào)告四、考核方式序號(hào)考核環(huán)節(jié)操作細(xì)節(jié)總評(píng)占比1平時(shí)作業(yè)1.每章布置1-2道題目。2.成績(jī)采用百分制，根據(jù)作業(yè)完成準(zhǔn)確性、是否按時(shí)上交、是否獨(dú)立完成評(píng)分。3.考核學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握能力，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問題、解決問題的能力。題型主要有編程、畫電路圖和設(shè)計(jì)題。10%2實(shí)驗(yàn)1.本課程24個(gè)學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)，共6次實(shí)驗(yàn)。2.成績(jī)采用百分制，根據(jù)實(shí)驗(yàn)完成過程及實(shí)驗(yàn)報(bào)告情況評(píng)分。3.考核學(xué)生對(duì)ARM微處理器硬件結(jié)構(gòu)及編程應(yīng)用能力，針對(duì)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中的具體問題，能夠根據(jù)用戶需求確定設(shè)計(jì)目標(biāo)，從技術(shù)角度優(yōu)選解決方案，正確安全開展實(shí)驗(yàn)并獲得有效結(jié)論。20%3隨堂測(cè)試1.安排1-2次隨堂測(cè)試，成績(jī)采用百分制，多次測(cè)試以平均分作為最終成績(jī)。2.隨堂測(cè)試主要考核基礎(chǔ)知識(shí)和理論知識(shí)的掌握程度，針對(duì)微處理器結(jié)構(gòu)與應(yīng)用，能夠掌握基本概念、內(nèi)核結(jié)構(gòu)、工作模式、中斷機(jī)制、設(shè)計(jì)方法等基礎(chǔ)知識(shí)。3.測(cè)試題以填空題、簡(jiǎn)單題、問答題為主。20%4大作業(yè)本課程要求基于利用AltiumDesigner、RealViewMDK等現(xiàn)代仿真工具建立研究對(duì)象的模型，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)具體問題，基于STM2嵌入式處理器設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟硬件應(yīng)用系統(tǒng)，并進(jìn)行答辯，提交大作業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告。50%五、評(píng)分細(xì)則序號(hào)課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)大致占比評(píng)分等級(jí)1M1平時(shí)作業(yè)20%A-按時(shí)提交作業(yè)，對(duì)軟硬件知識(shí)點(diǎn)理解無誤。B-按時(shí)提交作業(yè)，對(duì)上述知識(shí)點(diǎn)理解存在少量錯(cuò)誤。C-按時(shí)提交作業(yè)，對(duì)上述知識(shí)點(diǎn)理解存在一定量錯(cuò)誤。D-不按時(shí)提交作業(yè)，或?qū)ι鲜鲋R(shí)點(diǎn)理解存在大量錯(cuò)誤。2M1隨堂測(cè)試20%（見隨堂測(cè)試評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)）3M1實(shí)驗(yàn)30%A-按時(shí)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，電路圖及程序設(shè)計(jì)正確，實(shí)驗(yàn)過程熟練，實(shí)驗(yàn)結(jié)論無誤，實(shí)驗(yàn)報(bào)告規(guī)范。B-按時(shí)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，電路圖及程序設(shè)計(jì)正確，實(shí)驗(yàn)過程基本熟練，實(shí)驗(yàn)結(jié)論無誤，實(shí)驗(yàn)報(bào)告基本規(guī)范。C-按時(shí)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，電路圖及程序設(shè)計(jì)有少量錯(cuò)誤，實(shí)驗(yàn)過程不太熟練，不能全部完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告不太規(guī)范。D-發(fā)生安全事故，或不能按時(shí)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，電路圖及程序設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，實(shí)驗(yàn)過程不熟練，不能獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告不規(guī)范。4M1大作業(yè)30%（見大作業(yè)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)）5M2隨堂測(cè)試10%（見隨堂測(cè)試評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)）6M2實(shí)驗(yàn)30%A-按時(shí)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，電路圖及程序設(shè)計(jì)正確，實(shí)驗(yàn)過程熟練，實(shí)驗(yàn)結(jié)論無誤，實(shí)驗(yàn)報(bào)告規(guī)范。B-按時(shí)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，電路圖及程序設(shè)計(jì)正確，實(shí)驗(yàn)過程基本熟練，實(shí)驗(yàn)結(jié)論無誤，實(shí)驗(yàn)報(bào)告基本規(guī)范。C-按時(shí)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，電路圖及程序設(shè)計(jì)有少量錯(cuò)誤，實(shí)驗(yàn)過程不太熟練，不能全部完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告不太規(guī)范。D-發(fā)生安全事故，或不能按時(shí)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，電路圖及程序設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，實(shí)驗(yàn)過程不熟練，不能獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告不規(guī)范。7M2大作業(yè)60%（見大作業(yè)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)）8M3實(shí)驗(yàn)60%A-按時(shí)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，電路圖及程序設(shè)計(jì)正確，實(shí)驗(yàn)過程熟練，實(shí)驗(yàn)結(jié)論無誤，實(shí)驗(yàn)報(bào)告規(guī)范。B-按時(shí)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，電路圖及程序設(shè)計(jì)正