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微处理器与嵌入式系统设计
第13次开课
开课时间: 2025年02月24日 ~ 2025年06月22日
学时安排: 4小时每周
进行至第10周,共17周 已有 508 人参加
认证学习
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智能问答和解析
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课程评价(59)
spContent=随着互联网3.0时代的到来,物联网正在重新定义新经济世界的生活方式和工作方式,以嵌入式计算机系统设计为基础的智能终端植入技术将为世界各地的用户创造丰富的“智能触点”。本课程的学习将帮助您迈入嵌入式微处理器系统设计的技术殿堂,了解物联网中智能终端的工作原理与设计方法。
随着互联网3.0时代的到来,物联网正在重新定义新经济世界的生活方式和工作方式,以嵌入式计算机系统设计为基础的智能终端植入技术将为世界各地的用户创造丰富的“智能触点”。本课程的学习将帮助您迈入嵌入式微处理器系统设计的技术殿堂,了解物联网中智能终端的工作原理与设计方法。
—— 课程团队
课程概述

  生活中,嵌入式系统已经几乎无处不在:从电子体温计到大型医疗设备、从智能手机到无人驾驶汽车、从信息家电到仿真机器人、从智能家居到智慧城市……

  随着微电子技术与计算机技术的飞速发展,计算机与其他各专业技术不断地渗透整合,越来越多的微计算机系统嵌入到各类设备中,基于智能物联的泛在连接与泛在服务需求促使嵌入式微系统的设计及应用技术进入了全新的发展阶段。实际上,以集成电路和基础软件为代表的嵌入式微处理器系统设计技术已经成为业内的核心标志性技术,微处理器及嵌入式计算机系统/片上系统(SoC)设计技术也已成为通信、雷达、计算机、自动控制和微电子等研究应用领域的工程师应掌握的基本技术和必备技能。

   本课程是工科电工电子类重要的专业基础课程,其特点及优势在于:

  1. 加强了计算机组成原理和体系结构等基础理论(而不仅限于某种特定型号CPU的使用技术),有助于真正理解微处理器系统的行为,从而做到举一反三。

  2. 探讨了微处理器的原理、组成及结构等核心设计技术,从CPU芯片设计角度(而不仅仅是芯片使用角度)重点揭示了微处理器系统硬、软件之间的相互影响及综合设计方法。

  3. 选用ARM核作为系统设计核心,并引入了先进的ASIC/SoC设计技术,更贴近相关专业领域的产业和行业需求。     

  4. 各章均提供了“本章导学”,方便梳理各章的学习重点与课程知识脉络。

  5. 提供了大量习题库,方便把控学习效果。其中单元测验(占总成绩85%)用于对知识点细节进行查缺补漏,而单元作业(占总成绩10%)相对较难,用于考察知识的综合应用能力。

   

授课目标

   通过本课程的学习,可以帮助您理解微处理器系统的组成结构及工作原理,掌握以ARM为代表的嵌入式微处理器系统(SoC系统)的软硬件设计方法,初步具备计算机及嵌入式微系统的分析及应用能力。

课程大纲
计算机系统的结构组成与工作原理
课时目标:了解计算机的组成与原理,理解计算机系统设计技术的发展趋势。
1.0 本章导学
1.1 计算机系统的基本结构与组成
1.2 计算机系统的工作原理
1.2.1-冯洛伊曼计算机架构
1.2.2-计算机组成结构
1.2.3-计算机执行指令过程
1.3 微处理器体系结构的演进
1.3.1-微处理器体系结构的改进
1.3.2-微处理器体系结构的改变
1.4 计算机分类与性能评测
微处理器设计技术
课时目标:深入理解计算机微体系结构的发展变化、以及CPU芯片的关键设计技术。更多微处理器芯片设计的相关知识可参考本网站的另一门课程:《数字逻辑与集成电路设计(ASIC 设计)》(编号:0807uestc021)https://www.icourse163.org/learn/UESTC-234015
2.0 本章导学
2.1 CISC与RISC体系结构
2.1.1-CISC与RISC设计策略的差别
2.1.2-CISC与RISC指令集的差别
2.1.3-CISC与RISC数据通路的差别
2.1.4-CISC与RISC控制器的差别
2.2 指令系统设计
2.2.1 指令结构
2.2.2-指令类型
2.2.3-寻址方式
2.3 指令流水线设计
2.3.1-指令流水线
2.3.2-流水线性能分析
2.3.3-计算机测评
总线技术与总线标准
课时目标:深入理解总线(协议)的基本要素,了解常用并行总线与串行总线的设计、应用特点。
3.0 本章导学
3.1 总线技术
3.1.1-总线的要素
3.1.2-总线的分类
3.1.3-总线的性能指标
3.1.4-总线操作与总线仲裁
3.1.5-总线时序
3.2 常见的总线标准
3.2.1-AMBA总线
3.2.2-APB总线
3.2.3-PCI总线
3.2.4-串行数据传输
3.2.5-串行总线的性能
3.2.6-串行总线的时序
3.2.7-RS232类总线
3.2.8-USB总线
3.2.9-SPI总线
3.2.10-现场总线
存储器子系统
课时目标:深入理解计算机存储器子系统的组成结构与工作原理,以及嵌入式系统中主存储器的设计技术。
4.0 本章导学
4.1 存储层次结构
4.1.1-存储层次结构及存储介质
4.1.2-地址映射技术
4.2 主存储器
4.2.1-工作原理
4.2.2-内部结构
4.3 主存储器设计
4.3.1-问题分析
4.3.2-字位扩展技术
4.3.3-片选译码技术
4.3.4-设计实例
4.3.5-并行存储技术
输入输出子系统
课时目标:深入理解计算机系统中I/O接口的工作原理,初步掌握接口电路的硬件设计及驱动开发技术。
5.0 本章导学
5.1 I/O组织
5.2 常用I/O接口设计
5.2.1-无条件控制
5.2.2-条件查询控制-接口模型与控制流程
5.2.3-中断控制-相关概念
5.2.4-中断控制-接口模型与控制流程
5.2.5-中断控制-优先级判别
5.2.6-直接存储器访问(DMA)
5.3 接口传输方式对比
ARM嵌入式系统开发技术
课时目标:初步掌握以ARM CPU为核心的嵌入式计算机系统的软硬件设计、开发技术。该部分内容请配合实验部分进行学习。
6.0 本章导学
6.1 嵌入式系统硬件设计与开发
6.1.1-ARM微处理器简介
6.1.2-最小系统设计
6.1.3-S3C2410特殊功能寄存器SFR
6.1.4-通用IO接口设计及控制
6.1.5-串行接口设计及控制
6.2 嵌入式系统软件设计
6.2.1-基于循环的嵌入式程序设计
6.2.2-基于操作系统的驱动程序设计
基于Zyqn SoC芯片的嵌入式系统开发技术实验
课时目标:课程配套实验,请配合“ARM嵌入式系统开发技术”章节进行学习。
1 ARM基础编程仿真(Keil)
2 Soc环境平台搭建
3 IO驱动程序设计1-无操作系统的裸机环境
4 IO驱动程序设计2- Linux系统环境
4.1 Linux下的LED驱动程序设计
4.2 Linux下的串口驱动程序设计
展开全部
预备知识

   建议先修课程:数字逻辑设计及应用,高级语言程序设计

参考资料

(一)教材

微处理器系统结构及嵌入式系统设计(第3版). 阎波,李广军等著. 电子工业出版社, 2020.8


(二)参考资料

1. 布鲁克希尔等.计算机科学概论(第12版).刘艺等,译.北京:人民邮电出版社,2017.

2. 斯托林斯.计算机组成与体系结构:性能设计(第10版).北京:机械工业出版社,2019.

3. 帕特森等.计算机组成与设计:硬件/软件接口(原书第5版·ARM版).陈微,译.北京:机械工业出版社,2018.

4. 帕特森等.计算机组成与设计:硬件/软件接口(原书第5版·RISC-V版). 易江芳等,译.北京:机械工业出版社,2018.

5. 何宾.ARM Cortex-M0全可编程SoC原理及实现——面向处理器、协议、外设、编程和操作系统.北京:清华大学出版社,2017.

6. 杜春雷.ARM体系结构与编程(第2版).北京:清华大学出版社,2015.

7. 弓雷等.ARM嵌入式Linux系统开发详解(第2版).北京:清华大学出版社,2014.

8. 陆启帅等.Xilinx ZynqSoC与嵌入式Linux设计实战指南:兼容ARM Cortex-A9的设计方法.北京:清华大学出版社,2014.

9.数字系统设计(Verilog & VHDL,第2版,英文).  阎波等改编.  Enoch O.Hwang著. 

10. ARM926EJ-S Technical Reference Manual DDI0198D. ARM, January, 2004.

11. ARM Architecture Reference Manual.ARM Limited,2005.

12. https://www.arm.com

13. https://www.xilinx.com

14. https://www.e-element.com  微信公众号:依元素科技 

15. https://www.samsung.com

电子科技大学
1 位授课老师
阎波

阎波

教授

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