嵌入式技術與應用教案

1、XXX學院嵌入式技術與應用教案序號:01-01授課時間2016.9.3授課時數6授課地點6404授課題目嵌入5m概述授課班級14電子選教學目的與教學要求1、了解嵌入式系統的定義2、了解嵌入式技術的發(fā)展歷程3、了解嵌入式系統組成4、了解嵌入式系統的設計方法5、了解嵌入式系統的基礎開發(fā)流程重點難點重點：嵌入式系統的基礎開發(fā)流程難點：嵌入式技術在國內外的發(fā)展及趨勢教學方法1、講授法主要內容后PC時代-豐富的嵌入式:鵬叫上Efdn配AAInstTMiefitaMnand/£JLmtstnaf訕!DEalibi嵌入式系統定義嵌入式系統是以應用為中心,適用于應用系統對功能、可靠T系統。兩種技術朝

2、不向的技術發(fā)展1通用計算機系統技術要求是高速、海量的數彳技術發(fā)展方向是總線速度的二嵌入式計算機系統技術要求則是對象的智能化才技術發(fā)展方向是與對象系統W性。嵌入式系統實例分析產品市場息E/I-,M|CwfiEufiltakM打皿以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁剪，生、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機要求與發(fā)展方向進步直計算；印艮提升，存儲容量的無限擴大。空制能力；曾切相關的嵌入性能、控制能力與控制的可靠嵌入式處理器選擇ARMPowerPCMIPSXscaleDSPX86嵌入式軟件組成嵌入式系統設計方法由上而下與由下而上由上而下(TopdownApproach)是一個正統的設計方案，也就是

3、說，所有的設計皆是遵循系統工程的流程來進行，確定需求、制定系統規(guī)格、設計、實現、測試都是一步一步、按部就班地進行。相對應的是由下而上(ButtonupApproach)。由下而上的意思是：一個系統是由已經有的基礎(或組件)為起點，開始往上延伸，最后將系統完成。其實大部分的項目都是這兩種方式的混合體，很少有整個項目都是從上而下的，同樣也很少有整個項目都是由卜而上的。參考資料課后作業(yè)與思考題教學反饋XXX學院智能用電終端技術應用教案予號：01-02授課時間2016.9.9授課時數6授課地點6404授課題目嵌入式系統處理器授課班級14電子選教學目的與教學要求1、了解嵌入式處理器的體系結構2、了解嵌入

4、式處理器的分類3、了解ARMb理器的發(fā)展4、了解ARMb理器的體系結構版本5、了解ARMb理器的選型重點難點重點：ARM處理器的發(fā)展難點：ARM處理器的選型教學方法1、講授法2、演示法主要內容1 .嵌入式處理器基礎馮諾依曼體系結構模型及特點哈佛體系結構及特點CISC和RISC影響CPU生能的因素：流水線、超標量、高速緩存2 .嵌入式處理器的分類嵌入式微處理器MPia入式微處理器是由通用計算機中的cpu寅變而來與計算機處理器不向的是，只保留和嵌入式應用緊密相關的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，這樣就以最低的功耗和資源實現嵌入式應用的特殊要求一個單片的大規(guī)模集成電路(VLSI)芯片，除了集成有中

5、央處理單元(CPU)之外,往往還有高速緩存、浮點處理單兀、指令流水線和超標量單兀等其它電路嵌入式微控制器嵌入式微控制器的典型代表是單片機微控制器也是單片的大規(guī)模集成電路，除去基本的計算能力之外，內部還集成ROM/EPROMRAM總線、總線邏輯、定時/計數器、看門狗、I/O、串行口、脈寬調制輸出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPRO疇各種必要功能和外設嵌入式DSP處理器專門應用在需要數字信號處理的場合特點(結構和指令系統兩方面):哈佛結構或者增強的哈佛結構，可以同時從內存中讀取指令和數據進行運算，大大加快了處理速度對指令系統也進行了特殊的設計，指令的編譯效率和執(zhí)行速度都得到提高廣泛應用的

6、DSP處理器TI的TMS32Q系列包括C2000/C5000/C6000/C8000系列Motorola的DSP56000系列嵌入式片上系統SOC把構成一個系統所必需的全部電路都集成到一個芯片之中，有時也被稱作微芯片(microchip)它結合了許多功能區(qū)塊，將功能做在一個芯片上，例如ARMRISCMIPSRISC、DSP等微處理器核心，加上通信的接口單元，例如USBTCP/IP通信單元、GPRSGSM!信接口、藍牙模塊接口等等，這些單元以往都是依照各自功能做成獨立的處理芯片3 .ARM的起步與發(fā)展ARM公司簡介ARM微處理器的應用領域ARM微處理器的特點4 .ARM的體系結構版本ARM架構自

7、誕生至今，已經發(fā)生了很大的演變，至今已定義6種不同的版本V1版架構V2版架構V3版架構V4版架構V5版架構V6版架構5 .Arm處理器系列六個產品系列ARM源歹UARM寐歹UARM9舔歹UARM10E(歹USecurCore系列ARM11系列來源于合作伙伴：intelStrongARMXscale微體系結構6 .Arm芯片選型一般性原則多芯核結構ARMK片的選擇主要Arm芯片供應商最佳方案應用舉例參考資料課后作業(yè)與思考題教學反饋XXX學院智能用電終端技術應用教案序號：01-03授課時間2016.9.16授課時數6授課地點6404授課題目ARMfe理器基礎授課班級14電子2教學目的與教學要求1、

8、了解ARMfe理器的結構與特點2、掌握ARMfe理器的尋址方式3、掌握ARMfe理器的指令重點難點重點：ARM處理器的指令系統難點：ARM處理器的啟動教學方法1、講授法2、演示法主要內容1.ARM體系結構ARM處理器的特點RISC架構具有大量的寄存器絕大多數操作都在寄存器中進行尋址方式簡單采用固定長度的指令格式體積小、低功耗、低成本、高性能支持Thumb/ARM旨令集數據類型字(Word)在ARM系結構中，字的長度為32位，其它8位/16位處理器體系結構中，字的長度一般為16位半字(Half-Word)在ARM系結構中，半字的長度為16位，與8位/16位處理器體系結構中字的長X字節(jié)(Byte)

9、在ARM系Z構8位ARM處理器工作狀態(tài)ARMb理器的工作狀態(tài)一般有兩種，并可在兩種狀態(tài)之間切換(1)第一種為ARM狀態(tài)，此時處理器執(zhí)行32位的字對齊的ARM旨令；(2)第二種為Thumb狀態(tài)，此時處理器執(zhí)行16位的、半字對齊的Thumb指令ARMb理器的工作模式ARM有7個基本工作模式：(1) User:非特權模式，大部分任務執(zhí)行在這種模式正常程序執(zhí)行的模式(2) FIQ:當一個高優(yōu)先級(fast)中斷產生時將會進入這種模式高速數據傳輸和通道處理(3) IRQ:當一個低優(yōu)先級(normal)中斷產生時將會進入這種模式通常的中斷處理(4) Supervisor:當復位或軟中斷指令執(zhí)行時將會進入這

10、種模式供操作系統使用的一種保護模式(5) Abort:當存取異常時將會進入這種模式虛擬存儲及存儲保護(6) Undef:當執(zhí)行未定義指令時會進入這種模式(7) System:使用和User模式相同寄存器的特權模式特權級的操作系統任務寄存器描述ARM有37個32-Bits長的寄存器.1個用作PC(programcounter)1個用作CPSR(currentprogramstatusregister)5個用作SPSR(savedprogramstatusregisters)30個通用寄存器當前處理器的模式決定著哪組寄存器可操作.任何模式都可以存?。合鄳膔0-r12子集相應的r13(thesta

11、ckpointer,sp)andr14(thelinkregister,lr)相應的r15(theprogramcounter,pc)相應的CPSR(currentprogramstatusregister,cpsr)特權模式(除system模式)還可以存取；相應的spsr(savedprogramstatusregister)2.ARM指令的尋址方式4立即尋址上寄存器尋址4寄存器間接尋址4基址變址尋址4寄存器偏移尋址工相對尋址上多寄存器尋址土堆棧尋址3.Arm指令系統41跳轉指令*2數據處理指令3 3乘法指令與乘加指令4 4程序狀態(tài)寄存器訪問指令45加載/存儲指令土6批量數據加載/存儲指令4

12、7數據交換指令土8移位操作指令99異常產生指令410協處理器指令參考資料課后作業(yè)與思考題教學反饋XXX學院智能用電終端技術應用教案予號：01-04授課時間2016.9.23授課時數6授課地點6404授課題目ARM7TDMI(S指令系統授課班級14電子2教學目的與教學要求1、了解ARM指令集2、Thumb指令集3、ARM匯編程序設計重點難點重點：ARM指令集；難點：ARM匯編程序設計教學方法1、講授法2、實踐法主要內容4.1 ARM處理器尋址方式1）簡介2） ARM指令集與Thumb指令集的關系3）尋址方式分類：4寄存器尋址滿遞增：堆棧向上增長，堆棧指針指向內含有效數據項的最高地址。指令如LDM

13、FA、STMFA等；空遞增：堆棧向上增長，堆棧指針指向堆棧上的第一個空位置。指令如LDMEA、STMEA等；滿遞減：堆棧向下增長，堆棧指針指向內含有效數據項的最低地址。指令如LDMFD、STMFD等；空遞減：堆棧向下增長，堆棧指針向堆棧下的個空位置。指令如LDMED、STMED等。5）塊拷貝尋址6）相對尋址4.2 指令集介紹1）簡單的ARM程序示例2）指令格式3）存儲器訪問指令LDR和STR字和無符號字節(jié)加載/存儲指令LDR和STR半字和有符號字節(jié)加載/存儲指令LDR和STR指令應用示例：加載/存儲字和無符號字節(jié)指令加載/存儲半字和有符號字節(jié)指令4）多寄存器存取寄存器加載/存儲指令格式：LDM

14、cond<模式>Rn!,reglistASTMcond<模式>Rn!,reglistALDM和STM多寄存器加載/存儲指令編碼5）寄存器和存儲器交換指令SWP和SWPB寄存器和存儲器交換指令編碼6）ARM數據處理指令數據傳送指令；MOVcondSRd,operand2MVNcondSRd,operand27）算術邏輯運算指令：ADDcondSSUBcondSRd,Rn,operand2RSBcondSRd,Rn,operand2ADCcondSRd,Rn,operand2SBCcondSRd,Rn,operand2RSCcondSRd,Rn,operand2ANDcon

15、dSORRcondSEORcondSBICcondS8）比較指令。CMPcondCMNcondTSTcondTEQcond9）乘法指令乘法指令編碼32位乘法指令存到Rd中。Rd,Rn,operand2Rd,Rn,operand2Rd,Rn,operand2Rd,Rn,operand2Rn,operand2Rn,operand2Rn,operand2Rn,operand2MUL指令將Rm和Rs中的值相乘，結果的低32位保MULcondS32位乘加指令Rd,Rm,RsMLA指令將Rm和Rs中的值相乘，再將乘積加上第3個操作數，Z果的低32位保存到Rd中。MLAcondSRd,Rm,Rs,Rn10）

16、分支指令分支指令B/BL指令編碼格式分支指令B指令，該指令跳轉范圍限制在當前指令的士32M字節(jié)地址內（ARM指令為字對齊，最低2位地址固定為0）。指令格式：BcondLabel帶鏈接的分支指令一一BL指令適用于子程序調用，使用該指令后，下一條指令的地址被拷貝到R14（即LR）連接寄存器中，然后跳轉到指定地址運行程序。跳轉范圍限制在當前指令的士32M字節(jié)地址內。指令格式：BLcondLabelBXcondRm11）協處理器指令12）數據操作指令CDPcondcoproc,opcode1,CRd,CRn,CRm,opcode213）數據存取指令LDCcondLcoproc,CRd,地址>ST

17、CcondLcoproc,CRd,地址>14）寄存器傳送指令MCRcondcoproc,opcode1,Rd,CRn,CRm,opcode2MRCcondcoproc,opcode1,Rd,CRn,CRm,opcode215）雜項指令16）軟中斷指令SWIcondimmed_24狀態(tài)寄存器讀指令MRScondRd,psr狀態(tài)寄存器寫指令MSRcondpsr_fields,#immed_8rMSRcondpsrfields,RmARM偽指令小范圍的地址讀取ADRcondregister,expr中等范圍的地址讀取ADRLcondregister,expr大范圍的地址讀取LDRcondreg

18、ister,=expr空操作偽指令NOP17)Thumb指令集Thumb指令Thumb指令集與ARM指令集的區(qū)別參考資料課后作業(yè)與思考題教學反饋XXX學院智能用電終端技術應用教案予號：01-05授課時間2016.9.30授課時數6授課地點6404授課題目LPC2000系列ARMM件結構授課班級14電子2教學目的與教學要求LPC21/22系列嵌入式微控制器概述，LPC21/22系列嵌入式微控制器硬件結構，LPC21/22系列嵌入式微控制器指令系統，LPC21/22系列嵌入式微控制器應用重點難點引腳配置，存儲器尋址，向量中斷控制器，GPIO;向量中斷，UART0,定時器0和定時器。教學方法1、講授

19、法2、實踐法主要內容5.1 簡介1） LPC2000系列微控制器概述LPC2000系列器件信息芯片內部框圖芯片內部各單元簡介5.2 引腳配置1） LPC2000系列芯片外形2）引腳功能選擇使用示例5.3 存儲器尋址1）存儲器分布2）各存儲器操作方法片內Flash編程方法片外Flash編程方法（LPC2200）片內SRAM勺寫操作3）存儲器映射存儲器映射基本概念存儲器重新映射預取指中止和數據中止異常向量表5.4 系統控制模塊小節(jié)目錄1）系統控制模塊概述2）系統時鐘3）鎖相環(huán)（PLL）PLL內部結構PLL相關寄存器PLL頻率計算4）VPB分頻器5）復位外部復位復位后的系統狀態(tài)Boot程序6）外部中

20、斷外部中斷內部示意圖外部中斷相關寄存器外部中斷引腳設置外部中斷應用示例使用外部中斷注息要點7）存儲器映射控制存儲器映射控制原理存儲器映射的流程存儲器映射控制重新映射前后地址8）喚醒定時器5.5存儲器加速模塊（MAIMMAM吉構相關啟動代碼分析5.6.外部存儲器控制器外部存儲器控制器概述外部存儲器總線接口描述相關寄存器與外部存儲器的連接：相關啟動代碼分析1.7 引腳連接模塊1）概述2）外部存儲器寄存器描述3）外部總線設置4）啟動代碼相關部分1.8 向量中斷控制器（VIC）1）向量中斷控制器概述2）選擇產生中斷的類型3）向量IRQ中斷相關寄存器4）產生中斷后的服務程序地址5）中斷狀態(tài)寄存器所有中斷

21、狀態(tài)寄存器（VICRawIntr）FIQ狀態(tài)寄存器（VICFIQStatus）IRQ狀態(tài)寄存器（VICIRQStatus）6）軟件中斷寄存器軟件中斷寄存器（VICSoftInt）軟件中斷清零寄存器（VICSoftIntClear）7）IRQ中斷的設計實例1.9 GPIO1）應用2）引腳描述3） GPIO相關寄存器描述4） GPIO應用示例：1.10 UART01）特性2） UART訥部結構示意3） UART儕目關寄存器描述4）使用UART0士懸要點5） UART0S用示例操作流程初始化代碼收發(fā)數據5.11UART11）特性2) UART1寄存器描述5.12 I2C接口1) I2C簡介2)總線時

22、序3)寄存器描述4)I2C應用示例操作流程主模式設置主機發(fā)送主機接收5.13 SPI接口1) SPI簡介2) SPI接口內部結構3) SPI寄存器描述4) SPI應用示例：5.14 定時器0/11)特性2)應用3)寄存器描述：4)定時器操作示例：5.15 脈寬調制器1) PW晌介2) PWMI腳描述3) PWMf存器描述4) PW順用示例”5.16 A/D轉換器1) A/D轉換器描述2) A/D轉換器寄存器描述控制寄存器數據寄存器3) A/D轉換器操作示例：5.17 實時時鐘1) RTC內部結構2)寄存器描述3)RTC使用示例：5.18看門狗1)內部結構2)寄存器描述看門狗模式寄存器看門狗常數

23、寄存器看門狗喂狗寄存器看門狗定時器值寄存器3)使用小例：操作流程看門狗初始化喂狗程序參考資料課后作業(yè)與思考題教學反饋XXX學院智能用電終端技術應用教案予號：01-06授課時間2016.10.14授課時數6授課地點6404授課題目接et與硬件設計授課班級14電子2教學目的與教學要求最小系統的結構與配置、GPIOUARTMODEMI2C、并行SRAM并行FLASHUSB(D12)接口、液晶接口、網絡接口、并行打印機接口、CF卡及IDE硬盤接口重點難點最小系統的結構與配置、GPIO、UART、USB(D12)接口2C、并行SRAM、并行FLASH、教學方法1、講授法2、實踐法主要內容6.1最小系統1

24、）簡介2）電源分析需求設計末級電源電路設計前級電源電路3）時鐘4）復位及其芯片配置5）存儲器系統6）調試與測試接口7）完整的最小系統6.2 片內外設1） 簡介2） GPIO外設接口設計按鍵LED控制蜂鳴器模擬總線3） UARTMODE孫設接口設計4） ）I2C總線接口總線信號I2C應用示例5） I總線接口發(fā)送與接收總線連接應用示例6.3 總線接口1）并行SRAM2 ）并行Flash3 ）USB（D12）4 ）液晶接口5）網絡接口：6.4其它外設1）并行打印機2）CF卡及IDE硬盤接口：設備寄存器地址I/O時序圖接口示例參考資料課后作業(yè)與思考題教學反饋XXX學院智能用電終端技術應用教案予號：01-07授課時間2016.10.21授課時數6授課地點6404授課題目移植科C/OSII到ARM7授課班級14電子2教學目的與教學要求將嵌入式實時操作系統C/OSII移植到ARM林系結構上的方法；將移植代碼應用到具體的基于ARM祗的微控制器上。重點難點將移植代碼應用到具體的基于ARM服的微控制器上；C/OSII操作系統的基本原理；移植代碼的編寫。教學方法1、講授法2、實踐法7.1 祖C/OS-II簡介1）概述2）C/OS-II特點7.2 移植規(guī)劃1）