自動化工程學院測試計量技術及儀器研究所戴志堅

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電話:61831311E-mail:daizhijian@2023/2/5課程表星期1第5,6節(jié)(14:30)B411

星期3第1,2節(jié)(8:30)

B411

星期5第3,4節(jié)(單)

(10:20)B314教學計劃教學總學時：80（課堂教學：64實驗：16）一：概述

4課時二：計算機系統(tǒng)的結構組成與工作原理

10課時三：微處理器體系結構及關鍵技術6課時四：總線技術與總線標準

6課時五：

存儲器系統(tǒng)

8課時六：輸入輸出接口 6課時七：ARM微處理器編程模型4課時八：ARM匯編指令4課時九：ARM程序設計4課時十:基于ARM微處理器的硬件系統(tǒng)設計5課時十一:基于ARM微處理器的軟件系統(tǒng)設計5課時十二:基于ARM微處理器核的SOC設計2課時實驗計劃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ARM-Linux開發(fā)環(huán)境建立ARM-Linux下模塊方式驅動程序實驗ARM-Linux下鍵盤及數碼管驅動程序設計實驗ARM-Linux下LCD驅動程序設計實驗ARM-Linux下觸摸屏驅動程序設計實驗ARM-Linux下SD卡驅動程序及文件系統(tǒng)設計實驗ARM-Linux下AC97音頻驅動程序設計實驗ARM-Linux下以太網通信實驗教學實驗裝置5/30成績考核平時：10%期中：15%期末：60%實驗：15%注意：平時，期中及實驗必須有成績，缺一按不及格處理。若有特殊情況，必須有學校相關部門證明。注意及建議課程的重要性:3+6基礎課、應用廣、研究生復試理論聯(lián)系實際非常緊密的課程,課程內容多、更新極快。主動參與、發(fā)現(xiàn)、探究。多探討交流，但要獨立完成作業(yè)。積極參與實驗，增強動手能力，培養(yǎng)分析解決實際問題的能力。--最重要的是要培養(yǎng)對該課程相關知識的興趣實際應用實際應用基于USB的邏輯分析儀實際應用生物信號數據采集處理系統(tǒng)LXI示波器LXI邏輯分析儀高速音頻播放系統(tǒng)高速音頻播放系統(tǒng)代碼測試系統(tǒng)代碼測試系統(tǒng)PXI模塊PXI模塊PXI模塊噴碼機噴碼機2023/2/52023/2/51588觸發(fā)盒2023/2/5三星s3c6410開發(fā)板2023/2/5與嵌入式系統(tǒng)有關的產品與嵌入式系統(tǒng)有關的產品教材、參考書：微處理器系統(tǒng)結構及嵌入式系統(tǒng)設計（第二版） 李廣軍等，電子工業(yè)出版社，2010

微機系統(tǒng)原理與接口技術

李廣軍等，電子科技大學出版社，2005

系統(tǒng)體系結構（第5版）

郭新房等譯.StephenD.Burd著，清華大學出版社，2007計算機系統(tǒng)結構

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，，科學出版社，2007ARM體系結構與編程

杜春雷，清華大學出版社，2007相關知識及課程

數字邏輯設計（先修）EDA設計技術數?；旌螴C設計技術匯編語言程序設計C語言程序設計計算機組成原理與系統(tǒng)結構

嵌入式系統(tǒng)設計嵌入式操作系統(tǒng)2023/2/529/30計算機專業(yè)系列課程核心系統(tǒng)架構軟件基礎本課程涉及主要內容：計算機體系結構與組成原理；

微處理器系統(tǒng)結構；嵌入式系統(tǒng)設計技術；硬件基礎2023/2/530/30第一章 概述1.1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1.2集成電路與SoC設計（理解）集成電路技術的發(fā)展基于IP的SoC設計1.3先進的處理器技術（了解）片上多核處理器(CMP)流處理器(StreamProcessor) PIM(ProcessorInMemory)可重構計算處理器1.4嵌入式系統(tǒng)（理解）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)狀與趨勢學習嵌入式系統(tǒng)的意義第二章

計算機系統(tǒng)的結構組成與工作原理2.1計算機系統(tǒng)的基本結構與組成（掌握）計算機系統(tǒng)的層次模型計算機系統(tǒng)的結構、組織與實現(xiàn)2.2計算機系統(tǒng)的工作原理（掌握）馮·諾依曼計算機架構模型機系統(tǒng)結構模型機指令集模型機工作流程2.3微處理器體系結構的改進（理解）

馮·諾依曼結構的改進并行技術的發(fā)展流水線結構超標量與超長指令字結構多機與多核結構2.4計算機體系結構分類（理解）2.5計算機性能評測（掌握）字長、存儲容量、運算速度第三章

微處理器體系結構及關鍵技術3.1微處理器體系結構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構（掌握）一個簡化的處理器模型結構示例（理解）3.2處理器設計

（理解）處理器的設計步驟控制器的操作與功能隨機邏輯控制器設計

微程序(微碼)控制器結構及設計

寄存器組(registerfile)設計

3.3指令系統(tǒng)設計（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)設計要點3.4指令流水線技術流水線技術的特點（掌握）流水線操作的詳細說明（掌握）流水線的局限性（理解）指令流水線設計（理解）3.5典型微處理體系結構簡介（理解）ARM體系結構簡介Intelx86體系結構簡介第四章

總線技術與總線標準4.1總線技術（掌握）

總線技術概述總線仲裁總線操作與時序4.2總線標準（理解）

片內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)5.1存儲器件的分類（掌握）按存儲介質分類按讀寫策略分類5.2半導體存儲芯片的基本結構與性能指標（掌握）

隨機存取存儲器只讀存儲器存儲器芯片的性能指標5.3存儲系統(tǒng)的層次結構（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5.4主存儲器設計技術（掌握）

存儲芯片選型存儲芯片的組織形式地址譯碼技術

存儲器接口設計設計第六章

輸入輸出接口6.1輸入/輸出接口基礎（掌握）

輸入/輸出接口功能與結構輸入/輸出端口編址6.2接口地址譯碼（掌握）

6.3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6.4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6.5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7.1ARM內核體系結構（了解）ARM體系結構版本ARM內核簡介7.2ARM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 數據類型和儲存格式異常 第八章

ARM匯編指令8.1ARM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8.2ARM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8.3ARM指令集（掌握）數據處理指令轉移指令程序狀態(tài)寄存器訪問指令加載/存儲指令異常產生指令偽指令第九章

ARM程序設計9.1ARM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

9.2匯編語言偽指令（掌握） 符號定義偽指令數據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 9.3ARM匯編語言程序設計（掌握）

ARM匯編語言程序結構 ARM匯編語言程序實例 9.4ARM匯編語言與C/C++的混合編程（理解）C與匯編之間的函數調用C/C++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)設計10.1基于ARM微處理器的系統(tǒng)設計概述（理解）10.2S3C2440A微處理器（了解）S3C2440A微處理器簡介S3C2440A內部結構及主要特性S3C2440A外部引腳10.3ARM微處理器最小硬件系統(tǒng)（掌握）電源模塊時鐘模塊復位模塊JTAG調試接口外部存儲器模塊10.4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）10.5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)設計11.1嵌入式軟件系統(tǒng)結構及工作流程（掌握）11.2嵌入式軟件系統(tǒng)的引導和加載

BootLoader程序的基本概念（掌握）U-Boot的分析與移植（理解）11.3嵌入式Linux內核的移植（了解）

Linux內核的結構內核的配置與裁剪

內核的編譯

Linux內核配置編譯實例

11.4Linux下驅動程序設計示例（了解） 第十二章

基于ARM微處理器核的SoC設計12.1概述（了解） 12.2SoC設計 SoC的典型結構（理解） SoC設計中的關鍵技術（了解） 12.3SoC的片上總線 片上總線的特點（理解） SoC中常用的總線標準（了解） 12.4SoC系統(tǒng)的設計流程（理解）SoC系統(tǒng)芯片的系統(tǒng)級設計系統(tǒng)芯片的設計流程12.5基于ARM內核的SoC系統(tǒng)設計（了解）常用ARMCPU內核所使用的總線接口基于ARM的SoC結構 基于ARM內核的SoC系統(tǒng)應用設計舉例計算機是什么？2023/2/543/30信息輸入傳感器視覺嗅覺觸覺聽覺---信息輸出信息處理動作表情語言---信息處理系統(tǒng)計算機是什么？2023/2/544/30信息處理系統(tǒng)信息輸入鍵盤鼠標麥克風掃描儀磁盤/光盤傳感器---信息輸出信息處理顯示屏打印機揚聲器繼電器開關---計算機是什么？2023/2/545/30計算機是什么？2023/2/546/302023/2/547/30計算機的發(fā)展2023/2/548/30計算機的發(fā)展機械式計算機的發(fā)展2023/2/549/53電子管(vacuumtube)時代晶體管(transistor)時代第一個晶體管的誕生2023/2/550/53第一代電子管計算機ENIAC2023/2/551/532023/2/552/53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。2023/2/553/53集成度迅猛發(fā)展2023/2/554/53IC技術：SSI/MSI->LSI->VLSI->ULSI->GLSI->……晶圓尺寸：100mm->125mm->150mm->200mm-> 300mm->400mm->……特征尺寸：3μm->2μm->1.2μm->0.8μm->0.5μm->0.35μm->0.25μm ->0.18μm->0.13μm->90nm->65nm->45nm->……IntelCorei7四核處理器2023/2/556/53計算機發(fā)展的主要階段2023/2/557/53第零代（1642~1945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，內存用磁芯、半導體，外存用磁盤。軟件廣泛使用操作系統(tǒng)，產生了分時、實時等操作系統(tǒng)和計算機網絡第四代（1980年至今）個人計算機以LSI、VLSI為主要部件，以半導體存儲器和磁盤為內、外存儲器。在軟件方法上產生了結構化程序設計和面向對象程序設計的思想。網絡操作系統(tǒng)、數據庫管理系統(tǒng)得到廣泛應用。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、超導計算機、……計算機技術的發(fā)展微電子技術計算機技術通信技術2023/2/559/53節(jié)能Powersavings數字生活Digitallife泛在傳感器網絡UbiquitousSensorNetworks(USN)高性能視頻會議High-PerformanceVideoConferencing數字安全Sybersecurity下一代網絡及功效Next-GenerationNetworksandEnergyEfficiency遠距離協(xié)作工具RemoteCollaborationTools智能傳送網IntelligentTransportSystems(ITS)……ITU-T近年關注的熱門話題信息的生成、獲取、存儲、傳輸、處理及其應用是現(xiàn)代信息科學的六大組成部分。2023/2/560/53計算機的分類后PC時代：通用計算機、嵌入式計算機2023/2/561/53

CPU>90%<10%2023/2/562/53泛在通信(無所不在的計算機)2023/2/563/53物聯(lián)網技術2023/2/564/53物聯(lián)網技術2023/2/565/53IT行業(yè)的四大定律Moore定律微處理器內晶體管集成度每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備誕生：巨型機、小型機、工作站、PC到PDA的演變、新一代計算設備……Gilder定律未來25年（1996年預言）里，主干網的帶寬將每6個月增加一倍；Metcalfe定律網絡價值同網絡用戶數的平方成正比；2023/2/566/53系統(tǒng)級芯片(SOC)技術系統(tǒng)知識

(硬件與軟件)電路設計知識

(DAC、ADC等)制造工藝知識

(90nm,65nm,45nm)晶圓工藝知識

(300mm晶圓)A/DA/D數字射頻處理器數字濾波與控制混合信號處理器

數字基帶混合信號處理器軟硬件協(xié)同設計設計及驗證技術IP核生成和復用技術超深亞微米工藝及納米IC設計技術2023/2/567/53片上網絡(NOC)技術P處理器M存儲器C緩存rni網絡接口S交換開關Dsp核re可重構邏輯L專用邏輯2023/2/568/53嵌入式(計算機)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)是一門交叉學科，涉及計算機、微電子、網絡、通信、信號處理、傳感器等諸多領域。隨著現(xiàn)代微電子技術、微機電系統(tǒng)MEMS、片上系統(tǒng)SoC、納米材料、無線通信技術、信號處理技術、計算機網絡技術等的進步以及互聯(lián)網的迅猛發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)向集成化、微型化，智能化、網絡化方向發(fā)展。2023/2/569/53嵌入式(計算機)系統(tǒng)2023/2/570/53嵌入式系統(tǒng)的定義IEEE定義devicesusedtocontrol,monitor，orassisttheoperationequipment,machineryorplants國內普遍認同的定義

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）設備級（工控機）EmbeddedSystemEmbeddedComputerSystemEmbeddedReal-timeSystemEmbeddedDe