《嵌入式微处理器结构与应用》课程教学大纲.docx

嵌入式微处理器结构与应用教学大纲一、课程基本信息课程名称嵌入式微处理器结构与应用Architecture and Application of Embedded Microprocessor课程编码CST421121020开课院部计算机科学与技术学院课程团队计算机组成原理教学团队学分2.0课内学时36讲授24实验12上机0实践0课外学时36适用专业软件工程授课语言中文先修课程计算机组成原理、单片机原理与技术课程简介（限选）嵌入式微处理器结构与应用是软件工程专业的一门专业选修课程。本课程以目前32位嵌入式系统中使用最广泛的ARM微处理器 为对象，讲授嵌入式微处理器的工作原理、结构特点及应用开发技术。课程特点是原理多、涉及面广、实用性强，是一门计算机偏底层的 应用类课程。学习该课程后学生将具备基本的嵌入式系统软硬件设计能力和系统分析能力，为进行各类嵌入式系统的底层设计及后续课程 的学习打下坚实基础。本课程的应用性和实践性很强，课程学习时应注意理论与实践相结合。通过本课程的学习，学生应掌握ARM嵌入式处理器的组成、编 程模型、存储器组织、指令系统、以及常见外围I/O模块的接口原理，掌握基于ARM微处理器的汇编语后及C语言编程原理和软件设计方 法。uArchitecture and Application of Embedded Microprocessorv is a specialized elective course of software engineering. This course based on the popular ARM embedded microprocessors is to introduce the structure feature of microprocessors, program models, memory, instruction system and outside I/O modules. This Course is characterized by more concept, involving a wide range, strong practicability, which is a comprehensive technical application courses. Knowledge for this course will provide the students engaged in the research and development of embedded system in the future and lay a solid foundation.Due to the appliance and practice character, the course should pay attention to the combination of theory and practice. Through learning of this course, demands the students to master the basic structure, working principle and common connection of peripheral interface circuit and programming method of embedded Microprocessor, master the MPU internal organization, storage structure and I/O modules, master the ARM assembly language and C language programming.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1Ml目标1 ：理解并掌握嵌入式微处理的基础知识、ARM嵌入式处理器的组成、编程模型、存储器组织、 指令系统、以及常见外围I/O模块的接口原理，能够利用上述知识，针对具体工程问题，设计与实 现特定功能嵌入式硬件电路及控制程序。为毕业要求指标点1. 3的达成提供支持。是1.32M2目标2 ：熟悉基于ARM嵌入式微处理器的应用系统的开发过程及开发工具，能够根据实际问题，优选 设计方案，确定设计目标，完成嵌入式应用系统设计与实现，能够论证方案的有效性。为毕业要求 指标点2. 3的达成提供支持。是2.33M3目标3 ：能够根据目标要求设计实验方案，构建实验软硬件系统，安全地开展实验并撰写实验报告， 在实验过程中培养学生严谨的工作态度和脚踏实地的工作作风。为毕业要求指标点4. 2的达成提供 支持。是4.24.2三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课 程目标课内 学时教学方式课外 学时课外环节1第一章第一章嵌入式系 统概述本章重点难点：嵌入式系统的定义、嵌入式微处理器分类/21. 11.1嵌入式系统的 定义嵌入式系统的应用领域；两种经典定义；嵌入式系统的三要 素。Ml0.5讲授0.5资料查阅31.2L2嵌入式系统的 特点嵌入式系统的硬件特点；软件特点。Ml0.5讲授0. 5资料查阅41.3L3嵌入式微处理 器的分类嵌入式微处理器；微控制器；数字信号处理器；SOPC ；同构与 异构多核；不同处理器的特点；国产嵌入式微处理器发展状 况。讨论专题：自主可控嵌入式生态的重要性。M1,M20.5讲授0. 5资料查阅51.4L4嵌入式系统的 发展趋势嵌入式系统经历的4个发展阶段；8个发展趋势；Ml0.5讲授、讨 论0.5作业6第二章第二章ARM技术本章重点难点：ARM处理器的寄存器组织，CPU工作模式，/概述ARM920T存储系统，Cortex-M3内核结构。72. 12. 1 ARM体系结构 的技术特征及发展ARM公司简介；ARM技术特点；ARM体系结构发展。讨论专题： 华为事件中ARM的角色与思考。Ml1讲授、讨 论1自学82.22. 2 ARM微处理器 简介ARM7系列；ARM9系列;ARM 11系列；Cortex系列等各系列的特 点Ml1讲授1自学92.32. 3 ARM微处理器 结构及应用选型ARM总体结构；处理器选型原则；Ml, M21讲授1作业102.42. 4 ARM920T 内核 工作模式ARM七种工作模式；工作模式切换方法；不同模式应用特点；Ml1讲授1自学112.52. 5 ARM920T 寄存 器组织及存储系统不同模式下的可见寄存器；寄存器功能特点；Ml1讲授1资料查阅122.62.6 Cortex-M3 内 核结构Cortex-M3结构特点；工作模式；存储管理；中断机制Ml2讲授2自学13第三章第三章ARM的指 令系统本章重点难点：ARM指令的寻址方式;ARM指令集典型指令应用/143. 13.1 ARM指令的数 据处理指令寻址方 式立即寻址；寄存器直接寻址；寄存器移位寻址；Ml1讲授1自学153.23. 2内存访问指令 寻址方式寄存器间接寻址；变址寻址；多寄存器寻址Ml1讲授1自学163.33.3 ARM指令集的 常用指令传送类指令；运算量指令；L0AD/ST0RE类指令；专用指令；Ml, M21讲授1自学17第四章第四章ARM程序 设计本章重点难点：ARM汇编程序设计；汇编与C语三混合编程； STM32库函数开发方式；/184. 14. 1 ARM Realview mdk集成开发环境ARM开发环境简介；MDK软件功能；项目文件管理；Ml, M31讲授、讨 论1自学194.24. 2 ARM汇编语言ARM汇编程序伪指令；汇编程序格式；STM32汇编编程；Ml, M21讲授1自学设计204.34.3 C语言与汇编 语言混编ARM启动代码简原理；嵌入式C语言基础；C语后与汇编语言混 合编程；Ml1讲授1自学214.44. 4 STM32外设编 程实例GP1O原理；GP1O汇编编程；GP1O C语言编程设计；Ml1讲授1自学224.54. 5 CMS IS架构与STM32标准外设库CMSIS概述；CMSIS编程方法；编程实例Ml, M21讲授1自学23第五章第五章STM32的 主要模块原理及编 程本章重点难点：时钟系统结构；外部中断原理及编程；/245. 15.1时钟系统时钟系统概述；时钟初始化；时钟相关库函数；Ml1讲授1自学255.25.2外部中断ARM中断机制;STM32外部中断管理；外部中断编程实例；Ml, M21讲授1作业26弟八早第六早ARM应用 系统硬件设计本章重点难点：ARM最小系统；STM32最小系统设计；/276. 16.1最小系统设计电源设计；复位电路；时钟电路；串口电路；调试接口；存储 器电路；Ml1讲授1自学286.26. 2 STM32最小系 统设计ST.M32最小系统构成；STM32最小系统电路设计及注意事项；Ml, M31讲授1自学29第七章第七章STM32串 口通信本章重点难点：STM32串口原理；串口编程设计；/307. 17.1概述STM32串口原理；串口相关参数；Ml1讲授1自学317.27.2串口通信原 理及编程串口编程库函数简介；串口编程实例；串口中断编程；Ml, M22讲授2作业32实验1实验1 ： ARM Cortex-M3基础实 验实验包含如下基础实验模块：MDK开发环境入门；常用ARM汇 编指令练习；汇编与C混合编程练习；Ml, M32实验2实验报告33实验2实验2 ：跑马灯实实验实现的是控制ALIENTEK mini STM32开发板上的两个LED2实验2实验报告验实现跑马灯的效果，该实验的主要掌握GPIO工作原理及控制 STM32的10 口输出。334实验3实验3 ：按键输入 实验实验主要掌握如何使用STM32的10 口作为输入功能。实验利 用板载的3个按键来控制板载的两个LED的亮灭。通过 实验掌握STM32的10 口作为输入口的编程方法。32实验2实验报告35实验4实验4 ：串口实验实验主要掌握如何使用STM32的串口来发送和接收数据。实 验实现STM32通过串口和上位机的对话，STM32在收到上位机 发过来的字符串后，将接收数据返回给上位机。32实验2实验报告36实验5实验5 ：外部中断 实验实验主要掌握如何使用STM32的外部输入中断。实验在掌握了 STM32的10 口基本的操作的基础上将STM32的10 口作为 外部中断输入，并编程实现。32实验2实验报告37实验6实验6 ：定时器综 合实验实验主要掌握如何使用STM32的通用定时器，STM32的定时 器功能十分强大，有TIME1和TIME8等高级定时器，也有 TIME2TIME5等通用定时器,还有TTME6和TTME7等基本定 时器。本实验将使用TIM3的定时器中断来控制DS1的翻 转，在主函数用DS0的翻转来提示程序正在运行。32实验2实验报告四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1平时作业1 .每章布置1-2道题目。2 .成绩采用白分制，根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分。3 .考核学生对基础知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力。题型主要有编程、画电路图和 设计题。10%2实验1 .本课程24个学时实验，共6次实验。2 .成绩采用百分制，根据实验完成过程及实验报告情况评分。3 .考核学生对ARM微处理器硬件结构及编程应用能力，针对嵌入式应用系统中的具体问题，能够根据用户需求确定设计 目标，从技术角度优选解决方案，正确安全开展实验并获得有效结论。20%3随堂测试1 .安排1-2次随堂测试，成绩采用百分制，多次测试以平均分作为最终成绩。2 .随堂测试主要考核基础知识和理论知识的掌握程度，针对微处理器结构与应用，能够掌握基本概念、内核结构、工作 模式、中断机制、设计方法等基础知识。3 .测试题以填空题、简单题、问答题为主。20%4大作业本课程要求基于利用Altium Designer、Real View MDK等现代仿真工具建立研究对象的模型，针对物联网具体问题，基 于STM2嵌入式处理器设计相应的软硬件应用系统，并进行答辩，提交大作业设计报告。50%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1Ml平时作业20%A-按时提交作业，对软硬件知识点理解无误。B-按时提交作业，对上述知识点理解存在少量错误。C-按时 提交作业，对上述知识点理解存在一定量错误。D-不按时提交作业，或对上述知识点理解存在大量错误。2Ml随堂测试20%（见随堂测试评分标准）3Ml实验30%A-按时提交实验报告，电路图及程序设计正确，实验过程熟练，实验结论无误，实验报告规范。B-按时提 交实验报告，电路图及程序设计正确，实验过程基本熟练，实验结论无误，实验报告基本规范。c-按时提 交实验报告，电路图及程序设计有少量错误，实验过桂不太熟练，不能全部完成实验，实验报告不太规 范。D-发生安全事故，或不能按时提交实验报告，电路图及程序设计错误，实验过程不熟练，不能独立完 成实验，实验报告不规范。4Ml大作业30%（见大作业评分标准）5M2随堂测试10%（见随堂测试评分标准）6M2实验30%A-按时提交实验报告，电路图及程序设计正确，实验过程熟练，实验结论无误，实验报告规范。B-按时提 交实验报告，电路图及程序设计正确，实验过程基本熟练，实验结论无误，实验报告基本规范。c-按时提 交实验报告，电路图及程序设计有少量错误，实验过程不太熟练，不能全部完成实验，实验报告不太规 范。D-发生安全事故，或不能按时提交实验报告，电路图及程序设计错误，实验过程不熟练，不能独立完 成实验，实验报告不规范。7M2大作业60%（见大作业评分标准）8M3实验60%A-按时提交实验报告，电路图及程序设计正确，实验过程熟练，实验结论无误，实验报告规范。B-按时提 交实验报告，电路图及程序设计正确，实验过程基本熟练，实验结论无误，实验报告基本规范。c-按时提交实验报告，电路图及程序设计有少量错误，实验过程不太熟练，不能全部完成实验，实验报告不太规 范。D-发生安全事故，或不能按时提交实验报告，电路图及程序设计错误，实验过程不熟练，不能独立完 成实验，实验报告不规范。9 M3 大作业 40%见大作业评分标准评分等级说明：序艺12A, B, C, D, E = 90-100, 80-89, 70-79, 60-69, 0-59; A, B, C, D = 90-100, 75-89, 60-74, 0-59; A, B, C=90-100, 75-89,60-74, 0-59; M, N=80-100, 0-79 六、教材与参考资料教学参考资料明细图书I嵌入式微处理器原理与应用，严海蓉，清华大学出版社，2014.09. （*主教材） 图书I ARM嵌入式体系结构与接口技术，刘洪涛，人民邮电出版社，2009.07.七、实验项目信息序号项目名称实验室名称门牌号组人数学时实验类别要求实验类型上机1实验1 ： ARM Cortex-M3基础实验嵌入式实验室工科楼B515302专业必做验证性否2实验2 ：跑马灯实验嵌入式实验室工科类B515302专业必做设计性否3实验3 ：按键输入实验嵌入式实验室工科类B515302专业必做设计性否4实验4 ：串口实验嵌入式实验室工科类B515302专业必做创新性否5实验5 ：外部中断实验嵌入式实验室工科类B515302专业必做综合性否6实验6 ：定时器综合实验嵌入式实验室工科类B515302专业必做综合性否