uestc微處理器體系結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計第1章概述v2課件

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

微機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)

系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（第5版） 郭新房等譯.StephenD.B.2007計算機(jī)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(jī)組成原理 潘松等，科學(xué)出版社，2007ARM體系結(jié)構(gòu)與編程20072023/3/912023/3/92教學(xué)進(jìn)度及考核安排

第一章：概述 2課時

第二章：計算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成與工作原理 8課時

第三章：微處理器體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù) 8課時

第四章：總線技術(shù)與總線標(biāo)準(zhǔn) 6課時

第五章：存儲器系統(tǒng) 8課時

第六章：輸入/輸出接口 8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 4課時

第九章：ARM程序設(shè)計 4課時

第十章：基于ARM微處理器的硬件系統(tǒng)設(shè)計 5課時

第十一章：基于ARM微處理器的軟件系統(tǒng)設(shè)計 5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(shí)驗(yàn)16學(xué)時考核方式：平時10%+實(shí)驗(yàn)15%+期中15%+期末60%2023/3/93第二章 計算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成與工作原理2.1計算機(jī)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與組成（掌握）計算機(jī)系統(tǒng)的層次模型計算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組織與實(shí)現(xiàn)2.2計算機(jī)系統(tǒng)的工作原理（掌握）馮·諾依曼計算機(jī)架構(gòu)模型機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型機(jī)指令集模型機(jī)工作流程2.3微處理器體系結(jié)構(gòu)的改進(jìn)（理解）

馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的改進(jìn)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(jī)與多核結(jié)構(gòu)2.4計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)分類（理解）2.5計算機(jī)性能評測（掌握）字長、存儲容量、運(yùn)算速度2023/3/95第三章 微處理器體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)3.1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）3.2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(jī)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

3.3指令系統(tǒng)設(shè)計（掌握）機(jī)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(diǎn)3.4指令流水線技術(shù)流水線技術(shù)的特點(diǎn)（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）3.5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2023/3/96第四章 總線技術(shù)與總線標(biāo)準(zhǔn)4.1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4.2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2023/3/97第六章

輸入輸出接口6.1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 2023/3/99第七章ARM微處理器編程模型7.1ARM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7.2ARM編程模型（理解）處理器工作狀態(tài) 處理器運(yùn)行模式 寄存器組織 數(shù)據(jù)類型和儲存格式異常 2023/3/910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(shù)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(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2023/3/911第十章

基于ARM微處理器的硬件系統(tǒng)設(shè)計10.1基于ARM微處理器的系統(tǒng)設(shè)計概述（理解）10.2S3C2440A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10.3ARM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10.4人機(jī)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）2023/3/913第十一章基于ARM微處理器的軟件系統(tǒng)設(shè)計11.1嵌入式軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作流程（掌握）11.2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）U-Boot的分析與移植（理解）11.3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(shí)例

11.4Linux下驅(qū)動程序設(shè)計示例（了解）

2023/3/914第十二章基于ARM微處理器核的SoC設(shè)計12.1概述（了解）

12.2SoC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）

12.3SoC的片上總線 片上總線的特點(diǎn)（理解）

SoC中常用的總線標(biāo)準(zhǔn)（了解）

12.4SoC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12.5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2023/3/915ARM集成開發(fā)環(huán)境建立ARM匯編實(shí)現(xiàn)LED控制實(shí)驗(yàn) ARM匯編實(shí)現(xiàn)串口通信實(shí)驗(yàn)ARM-Linux開發(fā)環(huán)境建立ARM-Linux下模塊方式驅(qū)動程序?qū)嶒?yàn)ARM-Linux下鍵盤及數(shù)碼管驅(qū)動程序設(shè)計實(shí)驗(yàn)ARM-Linux下LCD驅(qū)動程序設(shè)計實(shí)驗(yàn)ARM-Linux下觸摸屏驅(qū)動程序設(shè)計實(shí)驗(yàn)ARM-Linux下SD卡驅(qū)動程序及文件系統(tǒng)設(shè)計實(shí)驗(yàn)ARM-Linux下AC97音頻驅(qū)動程序設(shè)計實(shí)驗(yàn)ARM-Linux下以太網(wǎng)通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)2023/3/917第一章概述一.計算機(jī)的應(yīng)用形式

通用計算機(jī)與嵌入計算機(jī)

普適計算與泛在通信二.半導(dǎo)體技術(shù)與計算機(jī)的發(fā)展

機(jī)械式計算機(jī)、電子式計算機(jī) SoC、NoC三.嵌入式(計算機(jī))系統(tǒng)

概念、特點(diǎn)、組成、發(fā)展趨勢2023/3/918第一章習(xí)題作業(yè)：2、3、5、8思考：4、6、92023/3/919計算機(jī)是什么？2023/3/921計算機(jī)的分類后PC時代：通用計算機(jī)、嵌入式計算機(jī)2023/3/922嵌入式(計算機(jī))系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)是一門交叉學(xué)科，涉及計算機(jī)、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(jī)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(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的進(jìn)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。2023/3/923泛在通信(無所不在的計算機(jī))2023/3/925物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)2023/3/926計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展微電子技術(shù)計算機(jī)技術(shù)通信技術(shù)2023/3/929節(jié)能Powersavings數(shù)字生活Digitallife泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)UbiquitousSensorNetworks(USN)高性能視頻會議High-PerformanceVideoConferencing數(shù)字安全Sybersecurity下一代網(wǎng)絡(luò)及功效Next-GenerationNetworksandEnergyEfficiency遠(yuǎn)距離協(xié)作工具RemoteCollaborationTools智能傳送網(wǎng)IntelligentTransportSystems(ITS)……ITU-T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。2023/3/930機(jī)械式計算機(jī)的發(fā)展2023/3/931巖石上的刻痕、算盤、機(jī)械加法機(jī)/乘法機(jī)/最大公約數(shù)機(jī)、通用圖靈機(jī)電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的誕生電子管(vacuumtube)時代1906,LeedeForest1909,BellLabs(AT&T)buythepatent(1996->朗訊科技，2008->阿爾卡特)晶體管(transistor)時代第一個晶體管的誕生2023/3/932第一代電子管計算機(jī)ENIAC二戰(zhàn)，美軍彈道研究室，6章火力表，200人計算2個月1942，莫克利、?？颂兀?5萬美元資助1944，戈?duì)査固古加鲴T諾依曼，原子彈1946，ENIAC誕生，耗資48萬美元JohnVonNeuman(1903-1957),美籍匈牙利，猶太人,數(shù)學(xué)天才,7種語言，最擅德語。對人類的最大貢獻(xiàn)是對計算機(jī)科學(xué)、計算機(jī)技術(shù)、數(shù)值分析和經(jīng)濟(jì)學(xué)中的博弈論的開拓性工作.精髓：2進(jìn)制思想與程序內(nèi)存思想

2023/3/933第一代電子管計算機(jī)ENIAC2023/3/934ABC計算機(jī)第1臺計算機(jī)1937-1940ABC（Atanasoff-BerryComputer）愛荷華大學(xué)阿坦納索夫（JohnVincentAtanasoff1904-1995)克利福特·貝瑞（CliffordBerry1918－1963）1937,IBM刺激1940,美國科學(xué)進(jìn)步協(xié)會年會，莫克利1973，專利判決2023/3/935第一臺存儲程序計算機(jī)EDSAC2023/3/936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。2023/3/937集成度迅猛發(fā)展2023/3/938GordonMoore：Intel的創(chuàng)始人之一IC技術(shù)：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->32nm……2023/3/939IntelCorei7四核處理器2023/3/940系統(tǒng)級芯片(SOC)技術(shù)系統(tǒng)知識

(硬件與軟件)電路設(shè)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(shù)字射頻處理器數(shù)字濾波與控制混合信號處理器

數(shù)字基帶混合信號處理器軟硬件協(xié)同設(shè)計設(shè)計及驗(yàn)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)2023/3/941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2023/3/942計算機(jī)發(fā)展的主要階段第零代（1642~1945年）機(jī)械計算器和繼電器計算器第一代（1946～1955年）電子管計算機(jī)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(jī)器語言，后期采用匯編語言。第二代（1955～1965年）晶體管計算機(jī)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(jī)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(shí)時等操作系統(tǒng)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第四代（1980年至今）個人計算機(jī)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(jī)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(jī)生物計算機(jī)、模糊計算機(jī)、光計算機(jī)、量子計算機(jī)、超導(dǎo)計算機(jī)、……2023/3/9432023/3/944嵌入式(計算機(jī))系統(tǒng)2023/3/945嵌入式系統(tǒng)的定義IEEE定義devicesusedtocontrol,monitor，orass