微處理器系統(tǒng)結構與嵌入式系統(tǒng)-第一章-概述

1、 地址地址: :主樓主樓C2-508 電話電話: : 61831430 E-mail : 2022-4-26星期星期1 第第3,4節(jié)節(jié) 二教二教108 星期星期3 第第5,6節(jié)節(jié) 二教二教108 星期星期5 (單單) 第第1,2節(jié)節(jié) 二教二教204 教學總學時：教學總學時：80 （課堂教學：（課堂教學：64 實驗：實驗：16） 一：一：概述概述 4 4課時課時 二：二：計算機系統(tǒng)的結構組成與工作原理計算機系統(tǒng)的結構組成與工作原理 1010課時課時 三：三：微處理器體系結構及關鍵技術微處理器體系結構及關鍵技術 6 6課時課時 四：四：總線技術與總線標準總線技術與總線標準 6 6課時課時 五：五：

2、 存儲器系統(tǒng)存儲器系統(tǒng) 8 8課時課時 六：輸入輸出接口六：輸入輸出接口 6 6課時課時 七：七：ARM微處理器編程模型微處理器編程模型 4 4課時課時 八：八：ARM匯編指令匯編指令 4 4課時課時 九：九：ARMARM程序設計程序設計 4 4課時課時 十十: : 基于基于ARMARM微處理器的硬件系統(tǒng)設計微處理器的硬件系統(tǒng)設計 5 5課時課時十一十一: : 基于基于ARMARM微處理器的軟件系統(tǒng)設計微處理器的軟件系統(tǒng)設計 5 5課時課時十二十二: : 基于基于ARMARM微處理器核的微處理器核的SOCSOC設計設計 2 2課時課時uARM集成開發(fā)環(huán)境建立集成開發(fā)環(huán)境建立uARM匯編實現(xiàn)匯編

3、實現(xiàn)LED控制實驗控制實驗uARM匯編實現(xiàn)串口通信實驗匯編實現(xiàn)串口通信實驗uARM-Linux開發(fā)環(huán)境建立開發(fā)環(huán)境建立uARM-Linux下模塊方式驅(qū)動程序?qū)嶒炏履K方式驅(qū)動程序?qū)嶒瀠ARM-Linux下下鍵盤及數(shù)碼管驅(qū)動鍵盤及數(shù)碼管驅(qū)動程序設計實驗程序設計實驗uARM-Linux下下LCD驅(qū)動程序設計實驗驅(qū)動程序設計實驗uARM-Linux下下觸摸屏驅(qū)動程序設計實驗觸摸屏驅(qū)動程序設計實驗uARM-Linux下下SD卡驅(qū)動程序及文件系統(tǒng)設計實驗卡驅(qū)動程序及文件系統(tǒng)設計實驗uARM-Linux下下AC97音頻驅(qū)動程序設計實驗音頻驅(qū)動程序設計實驗uARM-Linux下下以太網(wǎng)通以太網(wǎng)通信實驗信實驗

4、5/30l平時：平時： 10%l期中：期中： 15%l期末：期末： 60%l實驗：實驗： 15%課程的重要性課程的重要性:3+6:3+6基礎課、應用廣、基礎課、應用廣、研究生研究生復試復試理論聯(lián)系實際非常緊密的課程理論聯(lián)系實際非常緊密的課程, , 課程內(nèi)容課程內(nèi)容多、更新極快。多、更新極快。主動參與、發(fā)現(xiàn)、探究。主動參與、發(fā)現(xiàn)、探究。多探討交流，但要獨立完成作業(yè)。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。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最重要的是要培養(yǎng)對該課程相關知識的興趣v微處理器系統(tǒng)

5、結構及嵌入式系統(tǒng)設計（第二版）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)出版社李廣軍等，電子工業(yè)出版社 ，20201010 v微機系統(tǒng)原理與接口技術微機系統(tǒng)原理與接口技術李廣軍等，電子科技大學出版社，李廣軍等，電子科技大學出版社，20052005 v系統(tǒng)體系結構（第系統(tǒng)體系結構（第5 5版）版）郭新房等譯郭新房等譯. Stephen D. Burd. Stephen D. Burd著，清華大學出版社，著，清華大學出版社，20072007v計算機系統(tǒng)結構計算機系統(tǒng)結構張晨曦等，高等教育出版社，張晨曦等，高等教育出版社，20082008 v現(xiàn)代計算機組成原理現(xiàn)代計算機組成原理潘松

6、等，科學出版社，潘松等，科學出版社，20072007vARMARM體系結構與編程體系結構與編程杜春雷，清華大學出版社，杜春雷，清華大學出版社，200720071.1 計算機發(fā)展概述（了解）計算機發(fā)展概述（了解）電子計算機發(fā)展概述電子計算機發(fā)展概述普適計算與泛在通信普適計算與泛在通信1.2 集成電路與集成電路與SoC設計（理解）設計（理解）集成電路技術的發(fā)展集成電路技術的發(fā)展基于基于IP的的SoC設計設計1.3 先進的處理器技術（了解）先進的處理器技術（了解）片上多核處理器片上多核處理器(CMP)流處理器流處理器(Stream Processor)PIM(Processor In Memory)

7、可重構計算處理器可重構計算處理器1.4 嵌入式系統(tǒng)（理解）嵌入式系統(tǒng)（理解）嵌入式系統(tǒng)的概念嵌入式系統(tǒng)的概念 嵌入式系統(tǒng)的特點嵌入式系統(tǒng)的特點嵌入式系統(tǒng)中的處理器嵌入式系統(tǒng)中的處理器嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(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)的意義學習嵌入式系統(tǒng)的意義已學習的課程？已學習的課程？軟件類有：軟件類有：硬件類有：硬件類有：從兩個方面來學習：從兩個方面來學習：結構，構成結構，構成計算機的應用計算機的應用2022-4-262022-4-2610/302022-4-262022-4-2611/301940圖靈機圖靈機 1946馮馮諾依曼計算機諾依曼計

8、算機(電子管）電子管）1955晶體管計算機晶體管計算機1957集成電路時代集成電路時代1978VLSI1980IBMPC2022-4-2612/ 53電子管電子管(vacuum tube)時代時代晶體管晶體管(transistor)時代時代第一個晶體管的誕生第一個晶體管的誕生2022-4-2613/ 532022-4-2614/ 53 第一塊第一塊IC誕生之后，誕生之后，基爾比在基爾比在IRE(美國無美國無線電工程師線電工程師學會學會)的一次的一次會議上宣布會議上宣布了了“固體電固體電路路”(Solid circuit)的出的出現(xiàn)，這就是現(xiàn)，這就是以后的以后的“集集成電路成電路”的的代名詞代名

9、詞 。2022-4-2615/ 532022-4-2616/ 53微電子技術微電子技術計算機技術計算機技術通信技術通信技術2022-4-2617/ 532022-4-2618/ 53普適計算普適計算設備和各種網(wǎng)絡整合在一起，清除設備和各種網(wǎng)絡整合在一起，清除“計算機計算機”作為獲取數(shù)字服務的中作為獲取數(shù)字服務的中央媒介地位，計算機徹底退居央媒介地位，計算機徹底退居“幕幕后后”泛在通信泛在通信泛在通信與網(wǎng)絡泛在通信與網(wǎng)絡無線傳感器無線傳感器物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng) CPU 90% 90% 10% 10%2022-4-2619/ 532022-4-2620/ 532022-4-2621/ 53無線傳感器網(wǎng)絡技

10、術構成無線傳感器網(wǎng)絡技術構成傳感器傳感器嵌入式計算技術嵌入式計算技術網(wǎng)絡網(wǎng)絡物聯(lián)網(wǎng)技術物聯(lián)網(wǎng)技術2022-4-2622/ 53感知傳遞處理MooreMoore定律定律 微處理器內(nèi)晶體管集成度每微處理器內(nèi)晶體管集成度每1818個月翻一番個月翻一番BellBell定律定律 如果保持計算能力不變，微處理器的價格每如果保持計算能力不變，微處理器的價格每1818個月減少一半；個月減少一半；每每1010年會有一類新的計算設備誕生：巨型機、小型機、年會有一類新的計算設備誕生：巨型機、小型機、工作站、工作站、PCPC到到PDAPDA的演變、新一代計算設備的演變、新一代計算設備GilderGilder定律定律

11、未來未來2525年（年（19961996年預言）里，主干網(wǎng)的帶寬將年預言）里，主干網(wǎng)的帶寬將每每6 6個月增加一倍；個月增加一倍；MetcalfeMetcalfe定律定律 網(wǎng)絡價值同網(wǎng)絡用戶數(shù)的平方成正比；網(wǎng)絡價值同網(wǎng)絡用戶數(shù)的平方成正比；2022-4-2623/ 532022-4-2624/ 53什么是集成電路？什么是集成電路？集成電路兩個重要標志集成電路兩個重要標志集成規(guī)模集成規(guī)模特征尺寸特征尺寸SoC:在一個微電子芯片上將信息的采集、在一個微電子芯片上將信息的采集、傳輸、存儲和處理等功能集成在一傳輸、存儲和處理等功能集成在一起起系統(tǒng)級芯片系統(tǒng)級芯片 (SOC) 技術技術系統(tǒng)知識系統(tǒng)知識

12、(硬件與軟件硬件與軟件)電路設計知識電路設計知識 (DAC、ADC 等等)制造工藝知識制造工藝知識(90nm, 65nm, 45nm)晶圓工藝知識晶圓工藝知識(300mm 晶圓晶圓)A/DA/D數(shù)字射頻處理器數(shù)字射頻處理器數(shù)字濾波與控制數(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支撐技術支撐技術軟硬件協(xié)同設計設計及驗證技術軟硬件協(xié)同設計設計及驗證技術IP核生成和復用技術核生成和復用技術超深亞微米工藝及納米超深亞微米工藝及納米IC設計技術設計技術2022-4-2625/ 53嵌入式系統(tǒng)是一門嵌入式系統(tǒng)是一門交叉學科交叉學科，涉及計算機、微，涉及計算機、微電子、網(wǎng)絡、通信、信號處理、傳感

13、器等諸多領域。電子、網(wǎng)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)隨著現(xiàn)代微電子技術、微機電系統(tǒng)MEMSMEMS、片、片上系統(tǒng)上系統(tǒng)SoCSoC、納米材料、無線通信技術、信號處理、納米材料、無線通信技術、信號處理技術、計算機網(wǎng)絡技術等的進步以及互聯(lián)網(wǎng)的迅猛技術、計算機網(wǎng)絡技術等的進步以及互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)向發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)向集成化、微型化，智能化、網(wǎng)集成化、微型化，智能化、網(wǎng)絡化絡化方向發(fā)展。方向發(fā)展。2022-4-2626/ 532022-4-2627/ 53 IEEE定義devices used to control, monitor，or assist

14、the operation equipment , machinery or plants 國內(nèi)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（芯片級（MCU、SoC）板級（單板、模塊）板級（單板、模塊）設備級（工控機）設備級（工控機）2022-4-2628/ 53以應用為中心以應用為中心 軟、硬件可軟、硬件可裁剪裁剪 對體積、功對體積、功耗、實時性、耗、實時性、可靠性、功能、可靠性、功能、成本等有嚴格成本等有嚴格約束約束2022-4-2629/ 53硬件硬件軟件軟件開發(fā)系統(tǒng)開發(fā)系統(tǒng)嵌入式處理器嵌入式處理器存儲器系統(tǒng)存儲器系統(tǒng)外部接口外部接口EMPUEMCUEDSPESoCEP

15、SoC程序程序ROM數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)RAM參數(shù)參數(shù)EEPROMNVRAM并行接口并行接口串行接口串行接口音視頻接口音視頻接口網(wǎng)絡接口網(wǎng)絡接口嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)應用軟件應用軟件VxWorksc/OSWindows CE嵌入式嵌入式Linux編譯器編譯器鏈接器鏈接器調(diào)試器調(diào)試器集成軟件環(huán)境集成軟件環(huán)境硬件工具硬件工具仿真器仿真器編程器編程器在線調(diào)試工具在線調(diào)試工具外圍設備外圍設備鍵盤鍵盤LCD存儲設備存儲設備音頻設備音頻設備專用設備專用設備2022-4-2630/ 532022-4-2631/ 53網(wǎng)絡化、支持分布式計算網(wǎng)絡化、支持分布式計算可編程、可在線更新可編程、可在線更新集成度提高、集成度提高、SoC/NoCSoC/NoC開發(fā)平臺的完備化開發(fā)平臺的完備化 友好的人機界面友好的人機界面 32/3232/302022-4-2632/ 531. 信息的表示：各種編碼信息的表示：各種編碼2. 數(shù)據(jù)的類型數(shù)據(jù)的類型位（位（Bit） 、字節(jié)（、字節(jié)（Byte）、字（）、字（Word）、雙字）、雙字（Doubleword）、）、 四字（四字（Quardword） 1 bit=1個二