第一章-概述(完整版)

自動化工程學院測試計量技術(shù)及儀器研究所戴志堅

地址:主樓C1-315

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(jié)構(gòu)組成與工作原理

10課時三：微處理器體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)6課時四：總線技術(shù)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(shè)計4課時十:基于ARM微處理器的硬件系統(tǒng)設(shè)計5課時十一:基于ARM微處理器的軟件系統(tǒng)設(shè)計5課時十二:基于ARM微處理器核的SOC設(shè)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(qū)動程序?qū)嶒濧RM-Linux下鍵盤及數(shù)碼管驅(qū)動程序設(shè)計實驗ARM-Linux下LCD驅(qū)動程序設(shè)計實驗ARM-Linux下觸摸屏驅(qū)動程序設(shè)計實驗ARM-Linux下SD卡驅(qū)動程序及文件系統(tǒng)設(shè)計實驗ARM-Linux下AC97音頻驅(qū)動程序設(shè)計實驗ARM-Linux下以太網(wǎng)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(guān)部門證明。注意及建議課程的重要性:3+6基礎(chǔ)課、應(yīng)用廣、研究生復(fù)試理論聯(lián)系實際非常緊密的課程,課程內(nèi)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(guān)知識的興趣實際應(yīng)用實際應(yīng)用基于USB的邏輯分析儀實際應(yīng)用生物信號數(shù)據(jù)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(guān)的產(chǎn)品與嵌入式系統(tǒng)有關(guān)的產(chǎn)品教材、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

微機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)

李廣軍等，電子科技大學出版社，2005

系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（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(jié)構(gòu)

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(jié)構(gòu)與編程

杜春雷，清華大學出版社，2007相關(guān)知識及課程

數(shù)字邏輯設(shè)計（先修）EDA設(shè)計技術(shù)數(shù)?；旌螴C設(shè)計技術(shù)匯編語言程序設(shè)計C語言程序設(shè)計計算機組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

嵌入式系統(tǒng)設(shè)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(gòu)軟件基礎(chǔ)本課程涉及主要內(nèi)容：計算機體系結(jié)構(gòu)與組成原理；

微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；嵌入式系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)；硬件基礎(chǔ)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(shè)計（理解）集成電路技術(shù)的發(fā)展基于IP的SoC設(shè)計1.3先進的處理器技術(shù)（了解）片上多核處理器(CMP)流處理器(StreamProcessor) PIM(ProcessorInMemory)可重構(gòu)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(jié)構(gòu)組成與工作原理2.1計算機系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與組成（掌握）計算機系統(tǒng)的層次模型計算機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、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(gòu)模型機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型機指令集模型機工作流程2.3微處理器體系結(jié)構(gòu)的改進（理解）

馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的改進并行技術(shù)的發(fā)展流水線結(jié)構(gòu)超標量與超長指令字結(jié)構(gòu)多機與多核結(jié)構(gòu)2.4計算機體系結(jié)構(gòu)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(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3.4指令流水線技術(shù)流水線技術(shù)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(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)簡介第四章

總線技術(shù)與總線標準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總線標準（理解）

片內(nèi)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(zhì)分類按讀寫策略分類5.2半導(dǎo)體存儲芯片的基本結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)（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(shè)計技術(shù)（掌握）

存儲芯片選型存儲芯片的組織形式地址譯碼技術(shù)

存儲器接口設(shè)計設(shè)計第六章

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

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) 處理器運行模式 寄存器組織 數(shù)據(jù)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(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)生指令偽指令第九章

ARM程序設(shè)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(shù)據(jù)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(shè)計（掌握）

ARM匯編語言程序結(jié)構(gòu) ARM匯編語言程序?qū)嵗?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(shù)調(diào)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(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(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)核配置編譯實例

11.4Linux下驅(qū)動程序設(shè)計示例（了解） 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（理解） SoC中常用的總線標準（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(guān)---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(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->……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(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、實時等操作系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡(luò)第四代（1980年至今）個人計算機以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(dǎo)計算機、……計算機技術(shù)的發(fā)展微電子技術(shù)計算機技術(shù)通信技術(shù)2023/2/559/53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(wǎng)技術(shù)2023/2/564/53物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)2023/2/565/53IT行業(yè)的四大定律Moore定律微處理器內(nèi)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(shè)備誕生：巨型機、小型機、工作站、PC到PDA的演變、新一代計算設(shè)備……Gilder定律未來25年（1996年預(yù)言）里，主干網(wǎng)的帶寬將每6個月增加一倍；Metcalfe定律網(wǎng)絡(luò)價值同網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)的平方成正比；2023/2/566/53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)2023/2/567/53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2023/2/568/53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(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)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的進步以及互聯(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。2023/2/569/53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(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（MCU、SoC）板級（單板、模塊）設(shè)備級（工控機）EmbeddedSystemEmbeddedComputerSystemEmbeddedReal-timeSystemEmbeddedDe