基于嵌入式芯片的《微机原理》课程改革.ppt

基于嵌入式芯片的基于嵌入式芯片的微机原理课程改革微机原理课程改革徐惠民北京邮电大学 2021/9/211大学计算机基础教学改革的新阶段大学计算机基础教学改革的新阶段进入21世纪后，计算机软硬件技术继续在快速发展，大学计算机基础教学也面临这新的挑战。大学计算机基础教学进入了一个新阶段。新阶段的中心任务是要研究和解决在计算机技术发展的新形势下，大学计算机基础教学应该如何发展，才能适应新的形势的要求。2021/9/212大学计算机基础教学改革的新阶段大学计算机基础教学改革的新阶段大学计算机基础大学计算机基础课程的改革使得课程的改革使得计算机文化基础的教学内容向深度和计算机文化基础的教学内容向深度和广度发展。广度发展。对于大学计算机基础的教学目的、对于大学计算机基础的教学目的、教学内容的讨论教学内容的讨论是一种成熟的表现。是一种成熟的表现。2021/9/213大学计算机基础教学改革的新阶段大学计算机基础教学改革的新阶段在程序设计课程的设置和改革方在程序设计课程的设置和改革方面，也出现了各种不同的方案和做法。面，也出现了各种不同的方案和做法。不少学校提出了可以让学生选择不同不少学校提出了可以让学生选择不同的高级语言的高级语言。2021/9/214计算机硬件基础课程的现状计算机硬件基础课程的现状对于大多数工科专业来说，计算机硬对于大多数工科专业来说，计算机硬件技术基础课程基本上是经过了两个件技术基础课程基本上是经过了两个阶段。阶段。第一个阶段是第一个阶段是Z80阶段。阶段。第二阶段：第二阶段：8086/8088阶段。阶段。8086/8088Intel公司在公司在1978/1979年推年推出的出的16位微处理器。位微处理器。2021/9/215计算机硬件基础课程的现状计算机硬件基础课程的现状8088/8086CPU早就退出了应用领域早就退出了应用领域;和和8086相应的配套芯片在计算机中也相应的配套芯片在计算机中也早就不再使用。早就不再使用。在课程进行过程中，理论脱离实际、在课程进行过程中，理论脱离实际、理论落后实际的情况比比皆是。理论落后实际的情况比比皆是。2021/9/216计算机硬件基础课程的现状计算机硬件基础课程的现状如果说，大学的计算机基础教学经常如果说，大学的计算机基础教学经常落后于计算机技术的发展，那么，计落后于计算机技术的发展，那么，计算机硬件技术基础课程就是最典型的算机硬件技术基础课程就是最典型的例子。例子。计算机硬件技术基础课程的改革应该计算机硬件技术基础课程的改革应该往哪里走？往哪里走？2021/9/217快速发展的嵌入式芯片及系统快速发展的嵌入式芯片及系统 然而，当前计算机技术发展的一个重然而，当前计算机技术发展的一个重要的趋势是嵌入式芯片和系统的发展。要的趋势是嵌入式芯片和系统的发展。嵌入式系统（嵌入式系统（EmbeddedSystems）是）是以应用为中心，以计算技术为基础，以应用为中心，以计算技术为基础，软件硬件可剪裁的适应应用系统对功软件硬件可剪裁的适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严能、可靠性、成本、体积、功耗等严格综合性要求的专用计算机系统。格综合性要求的专用计算机系统。2021/9/2182021/9/219嵌入式技术无处不在 消费电子消费电子嵌入式应用嵌入式应用信息家电信息家电智能玩具智能玩具军事电子军事电子通信设备通信设备移动存贮移动存贮工控设备工控设备智能仪表智能仪表汽车电子汽车电子网络设备网络设备 工业工业 军事国防军事国防电子商务电子商务网络网络2021/9/2110嵌入式处理器快速成长嵌入式处理器快速成长$70亿亿2021/9/2111ARM处理器处理器目前嵌入式芯片市场主要流行的是基目前嵌入式芯片市场主要流行的是基于于ARM公司设计的处理器内核的嵌入公司设计的处理器内核的嵌入式芯片。式芯片。ARM公司是一家设计高性能嵌入式内公司是一家设计高性能嵌入式内核的科技公司，通过出售知识产权来核的科技公司，通过出售知识产权来获利。获利。2021/9/21122021/9/2113ARM的全球合作伙伴半导体和系统伙伴半导体和系统伙伴,操作系统伙伴操作系统伙伴,开发工具开发工具伙伴伙伴,应用伙伴应用伙伴,ARM技术共享计划技术共享计划（ATAP）2021/9/2114ARM系列内核介绍系列内核介绍ARM处理器核当前有处理器核当前有6个系列产品：个系列产品：ARM7ARM9ARM9EARM10E,SecurCoreARM11Intel公司推出的：公司推出的：StrongARMXScale2021/9/2115引入嵌入式处理器引入嵌入式处理器嵌入式处理器具有微机原理嵌入式处理器具有微机原理课程中所涉及的处理器的所课程中所涉及的处理器的所有特征。在微机原理课程有特征。在微机原理课程中引入嵌入式处理器应该是计中引入嵌入式处理器应该是计算机硬件技术基础课程改革的算机硬件技术基础课程改革的一条可选之路。一条可选之路。2021/9/2116优势和困难优势和困难 微机原理课程主要内容包括：处微机原理课程主要内容包括：处理器体系结构、汇编语言程序设计、理器体系结构、汇编语言程序设计、存储器、计算机接口等。存储器、计算机接口等。引入嵌入式处理器必须保证课程的核引入嵌入式处理器必须保证课程的核心内容不能受到冲击，而且要能够提心内容不能受到冲击，而且要能够提高课程的质量。高课程的质量。2021/9/2117优势和困难优势和困难 主要使用的主要使用的ARM处理器都是处理器都是32位位RISC芯片，体系结构的设计比芯片，体系结构的设计比8088/8086有很大的改进。同学们有很大的改进。同学们可以接触更先进的计算机体系结构，可以接触更先进的计算机体系结构，了解当前的主流硬件技术。了解当前的主流硬件技术。2021/9/2118由于由于ARM采用采用RISC技术，使用的技术，使用的是精简指令集，指令的寻址方式和是精简指令集，指令的寻址方式和指令系统并不因为是指令系统并不因为是32位系统而变位系统而变得很复杂。所以，引入嵌入式芯片，得很复杂。所以，引入嵌入式芯片，在指令系统方面并不会增加多少负在指令系统方面并不会增加多少负担。担。2021/9/2119程序设计的模式更加结合实际。程序设计的模式更加结合实际。在嵌入式系统的情况下，一方面要求在嵌入式系统的情况下，一方面要求对于指令系统和汇编语言有必要的了对于指令系统和汇编语言有必要的了解。同时，还会提供高级语言的程序解。同时，还会提供高级语言的程序接口。同学们会接触到实际的嵌入式接口。同学们会接触到实际的嵌入式系统开发的环境和实践。系统开发的环境和实践。2021/9/2120学习多种存储器的扩充方法。学习多种存储器的扩充方法。不仅可以学习一般的存储器扩充的方不仅可以学习一般的存储器扩充的方法，还会学习到各种不同类型的存储法，还会学习到各种不同类型的存储器在扩充时的区别。如扩展器在扩充时的区别。如扩展SDRAM、FLASH、或者、或者SRAM。2021/9/2121接口的选择将更加多样化。接口的选择将更加多样化。嵌入式芯片提供了实际的接口技术的解决嵌入式芯片提供了实际的接口技术的解决方案，而且接口的选择更加多样化。除了方案，而且接口的选择更加多样化。除了最基本的并行接口、最基本的并行接口、UART串行接口、计数串行接口、计数器器/定时器接口外，还提供定时器接口外，还提供USB接口、网络接口、网络接口、数模转换接口，以及接口、数模转换接口，以及I2C总线接口、总线接口、CAN总线接口等，可供不同专业、不同应总线接口等，可供不同专业、不同应用场合的选择。用场合的选择。2021/9/2122在微机原理课程中引入嵌入式芯在微机原理课程中引入嵌入式芯片的难度也是不小的。片的难度也是不小的。技术上的难度。技术上的难度。人员上的难度。人员上的难度。教材资料上的难度。教材资料上的难度。2021/9/2123我们的实践我们的实践在在2005年申请了教改立项：基于嵌年申请了教改立项：基于嵌入式芯片的入式芯片的“微机原理微机原理”课程改革，课程改革，主要目的是改变计算机硬件技术基础主要目的是改变计算机硬件技术基础课程严重落后于计算机技术发展的现课程严重落后于计算机技术发展的现状，建立一套以状，建立一套以ARM32位嵌入式芯片位嵌入式芯片为核心的全新的微机原理及接口技为核心的全新的微机原理及接口技术课程体系和内容。术课程体系和内容。2021/9/2124我们的实践我们的实践讨论确定了微机原理及接口技术讨论确定了微机原理及接口技术（基于嵌入式芯片）课程的教学大（基于嵌入式芯片）课程的教学大纲。纲。教学大纲既要覆盖原来课程对于计算教学大纲既要覆盖原来课程对于计算机硬件技术基础的基本要求，也要适机硬件技术基础的基本要求，也要适应嵌入式技术的发展增加新的内容。应嵌入式技术的发展增加新的内容。还要考虑学生的接受能力。还要考虑学生的接受能力。2021/9/2125我们的实践我们的实践完成了和意法半导体公司成立完成了和意法半导体公司成立“嵌入嵌入式系统联合实验室式系统联合实验室”的一系列筹备工的一系列筹备工作。意法半导体公司（作。意法半导体公司（ST公司）是世公司）是世界著名的半导体厂商之一，他们生产界著名的半导体厂商之一，他们生产的的STR710F芯片是基于芯片是基于ARM7内核的内核的嵌入式芯片。联合实验室的建立为将嵌入式芯片。联合实验室的建立为将来基于嵌入式芯片的微机原理课来基于嵌入式芯片的微机原理课程实验准备好了硬件的环境。程实验准备好了硬件的环境。2021/9/21262021/9/2127我们的实践我们的实践讨论确定了微机原理及接口技术讨论确定了微机原理及接口技术（基于嵌入式芯片）教材的编写大（基于嵌入式芯片）教材的编写大纲。纲。教材以教材以STR710芯片为基础，介绍微型芯片为基础，介绍微型计算机的计算机的CPU、存储器和接口。、存储器和接口。教材的试用稿已经完成，并印刷完毕，教材的试用稿已经完成，并印刷完毕，交付使用。交付使用。2021/9/2128我们的实践我们的实践这学期开设的微机原理及接口技术这学期开设的微机原理及接口技术课程，拿出课程，拿出3个小班作为新课程的试个小班作为新课程的试点。点。进展情况良好。进展情况良好。2021/9/2129结束语结束语最近看到有些学校也开始在微机原理最近看到有些学校也开始在微机原理课程中引入课程中引入ARM芯片，开始了相应的芯片，开始了相应的教学。教学。希望有更多的交流机会。沟通努力。希望有更多的交流机会。沟通努力。解决好计算机硬件技术基础课程的改解决好计算机硬件技术基础课程的改革。革。2021/9/2130