第一章-概述(完整版)

自動(dòng)化工程學(xué)院測試計(jì)量技術(shù)及儀器研究所戴志堅(jiān)

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(xué)計(jì)劃教學(xué)總學(xué)時(shí)：80（課堂教學(xué)：64實(shí)驗(yàn)：16）一：概述

4課時(shí)二：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成與工作原理

10課時(shí)三：微處理器體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)6課時(shí)四：總線技術(shù)與總線標(biāo)準(zhǔn)

6課時(shí)五：

存儲(chǔ)器系統(tǒng)

8課時(shí)六：輸入輸出接口 6課時(shí)七：ARM微處理器編程模型4課時(shí)八：ARM匯編指令4課時(shí)九：ARM程序設(shè)計(jì)4課時(shí)十:基于ARM微處理器的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)5課時(shí)十一:基于ARM微處理器的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)5課時(shí)十二:基于ARM微處理器核的SOC設(shè)計(jì)2課時(shí)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃ARM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(dòng)程序?qū)嶒?yàn)ARM-Linux下鍵盤及數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)ARM-Linux下LCD驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)ARM-Linux下觸摸屏驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)ARM-Linux下SD卡驅(qū)動(dòng)程序及文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)ARM-Linux下AC97音頻驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)ARM-Linux下以太網(wǎng)通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置5/30成績考核平時(shí)：10%期中：15%期末：60%實(shí)驗(yàn)：15%注意：平時(shí)，期中及實(shí)驗(yàn)必須有成績，缺一按不及格處理。若有特殊情況，必須有學(xué)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?yán)碚撀?lián)系實(shí)際非常緊密的課程,課程內(nèi)容多、更新極快。主動(dòng)參與、發(fā)現(xiàn)、探究。多探討交流，但要獨(dú)立完成作業(yè)。積極參與實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)動(dòng)手能力，培養(yǎng)分析解決實(shí)際問題的能力。--最重要的是要培養(yǎng)對(duì)該課程相關(guān)知識(shí)的興趣實(shí)際應(yīng)用實(shí)際應(yīng)用基于USB的邏輯分析儀實(shí)際應(yīng)用生物信號(hào)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(jī)噴碼機(jī)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(jì)（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)

李廣軍等，電子科技大學(xué)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(xué)出版社，2007計(jì)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(jì)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

杜春雷，清華大學(xué)出版社，2007相關(guān)知識(shí)及課程

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

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)嵌入式操作系統(tǒng)2023/2/529/30計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(jì)技術(shù)；硬件基礎(chǔ)2023/2/530/30第一章 概述1.1計(jì)算機(jī)發(fā)展概述（了解）電子計(jì)算機(jī)發(fā)展概述普適計(jì)算與泛在通信1.2集成電路與SoC設(shè)計(jì)（理解）集成電路技術(shù)的發(fā)展基于IP的SoC設(shè)計(jì)1.3先進(jìn)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(jì)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(diǎn)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(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)的意義第二章

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成與工作原理2.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與組成（掌握）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次模型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組織與實(shí)現(xiàn)2.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作原理（掌握）馮·諾依曼計(jì)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(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)分類（理解）2.5計(jì)算機(jī)性能評(píng)測（掌握）字長、存儲(chǔ)容量、運(yùn)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(gè)簡化的處理器模型結(jié)構(gòu)示例（理解）3.2處理器設(shè)計(jì)

（理解）處理器的設(shè)計(jì)步驟控制器的操作與功能隨機(jī)邏輯控制器設(shè)計(jì)

微程序(微碼)控制器結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)

寄存器組(registerfile)設(shè)計(jì)

3.3指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)（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(jì)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(jì)（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(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(shí)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第五章

存儲(chǔ)器系統(tǒng)5.1存儲(chǔ)器件的分類（掌握）按存儲(chǔ)介質(zhì)分類按讀寫策略分類5.2半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的基本結(jié)構(gòu)與性能指標(biāo)（掌握）

隨機(jī)存取存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器芯片的性能指標(biāo)5.3存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)（掌握）存儲(chǔ)系統(tǒng)的分層管理虛擬存儲(chǔ)器與地址映射

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的多層次存儲(chǔ)體系5.4主存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)技術(shù)（掌握）

存儲(chǔ)芯片選型存儲(chǔ)芯片的組織形式地址譯碼技術(shù)

存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)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(chǔ)器訪問(DMA)方式通道方式6.4并行接口（掌握）無握手信號(hào)并行接口帶握手信號(hào)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(yùn)行模式 寄存器組織 數(shù)據(jù)類型和儲(chǔ)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(duì)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(chǔ)指令異常產(chǎn)生指令偽指令第九章

ARM程序設(shè)計(jì)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(hào)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(hào) 常用的運(yùn)算符和表達(dá)式 9.3ARM匯編語言程序設(shè)計(jì)（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(jì)10.1基于ARM微處理器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)鐘模塊復(fù)位模塊JTAG調(diào)試接口外部存儲(chǔ)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）第十一章

基于ARM微處理器的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)程序設(shè)計(jì)示例（了解） 第十二章

基于ARM微處理器核的SoC設(shè)計(jì)12.1概述（了解） 12.2SoC設(shè)計(jì) SoC的典型結(jié)構(gòu)（理解） SoC設(shè)計(jì)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(jì)流程（理解）SoC系統(tǒng)芯片的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)芯片的設(shè)計(jì)流程12.5基于ARM內(nèi)核的SoC系統(tǒng)設(shè)計(jì)（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(jì)舉例計(jì)算機(jī)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(dòng)作表情語言---信息處理系統(tǒng)計(jì)算機(jī)是什么？2023/2/544/30信息處理系統(tǒng)信息輸入鍵盤鼠標(biāo)麥克風(fēng)掃描儀磁盤/光盤傳感器---信息輸出信息處理顯示屏打印機(jī)揚(yáng)聲器繼電器開關(guān)---計(jì)算機(jī)是什么？2023/2/545/30計(jì)算機(jī)是什么？2023/2/546/302023/2/547/30計(jì)算機(jī)的發(fā)展2023/2/548/30計(jì)算機(jī)的發(fā)展機(jī)械式計(jì)算機(jī)的發(fā)展2023/2/549/53電子管(vacuumtube)時(shí)代晶體管(transistor)時(shí)代第一個(gè)晶體管的誕生2023/2/550/53第一代電子管計(jì)算機(jī)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(xué)會(huì))的一次會(huì)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(jì)算機(jī)發(fā)展的主要階段2023/2/557/53第零代（1642~1945年）機(jī)械計(jì)算器和繼電器計(jì)算器第一代（1946～1955年）電子管計(jì)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(chǔ)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(jì)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(jí)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(jì)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(shí)、實(shí)時(shí)等操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第四代（1980年至今）個(gè)人計(jì)算機(jī)以LSI、VLSI為主要部件，以半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和磁盤為內(nèi)、外存儲(chǔ)器。在軟件方法上產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算機(jī)生物計(jì)算機(jī)、模糊計(jì)算機(jī)、光計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)、……計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展微電子技術(shù)計(jì)算機(jī)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(huì)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(chǔ)、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。2023/2/560/53計(jì)算機(jī)的分類后PC時(shí)代：通用計(jì)算機(jī)、嵌入式計(jì)算機(jī)2023/2/561/53

CPU>90%<10%2023/2/562/53泛在通信(無所不在的計(jì)算機(jī))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(gè)月翻一番Bell定律如果保持計(jì)算能力不變，微處理器的價(jià)格每18個(gè)月減少一半；

每10年會(huì)有一類新的計(jì)算設(shè)備誕生：巨型機(jī)、小型機(jī)、工作站、PC到PDA的演變、新一代計(jì)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(gè)月增加一倍；Metcalfe定律網(wǎng)絡(luò)價(jià)值同網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)的平方成正比；2023/2/566/53系統(tǒng)級(jí)芯片(SOC)技術(shù)系統(tǒng)知識(shí)

(硬件與軟件)電路設(shè)計(jì)知識(shí)

(DAC、ADC等)制造工藝知識(shí)

(90nm,65nm,45nm)晶圓工藝知識(shí)

(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(hào)處理器

數(shù)字基帶混合信號(hào)處理器軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)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(jì)技術(shù)2023/2/567/53片上網(wǎng)絡(luò)(NOC)技術(shù)P處理器M存儲(chǔ)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(jì)算機(jī))系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)是一門交叉學(xué)科，涉及計(jì)算機(jī)、微電子、網(wǎng)絡(luò)、通信、信號(hào)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(hào)處理技術(shù)、計(jì)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。2023/2/569/53嵌入式(計(jì)算機(jī))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(rèn)同的定義

以各種形態(tài)嵌入到對(duì)象體系中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)芯片級(jí)（MCU、SoC）板級(jí)（單板、模塊）設(shè)備級(jí)（工控機(jī)）EmbeddedSystemEmbeddedComputerSystemEmbeddedReal-timeSystemEmbeddedDe