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SPOC学校专有课程
综合课程设计I
第1次开课
开课时间: 2021年03月15日 ~ 2021年06月29日
学时安排: 2小时每周
当前开课已结束 已有 25 人参加
老师已关闭该学期,无法查看
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,以嵌入式微处理器系统设计技术为基础的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,以嵌入式微处理器系统设计技术为基础的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……

    近年来,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,越来越多的微处理器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,相比较与前身的“微机原理与接口技术”课程,其特点及优势在于:

    1. 加强了微处理器系统组成原理和系统结构等基础理论,有助于真正理解计算机系统的行为,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,从设计处理器IP核的角度重点揭示微处理器系统硬、软件之间的相互影响及综合设计工程方法。

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

    4. 补充了嵌入式软件系统移植、引导/加载等核心开发技术,引入主流嵌入式软件核心设计技术有利于工程设计能力和素质的培养。

    

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。

成绩 要求

本课程包含视频、测验以及作业等教学环节。完成课程学习并测验考核合格(>=60)者可获得合格证书,成绩优秀(>=80)者可获得优秀证书。

课程大纲
计算机系统的结构组成与工作原理
课时目标:本模块(教材第2、11章)对计算机体系结构及组成原理研究领域的一些关键技术进行了简要说明,可以看作是后面四个模块(对应教材第3-6章)的总体概述。
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
1.3 微处理器体系结构的演进
1.4 计算机分类与性能评测
微处理器设计技术
课时目标:本模块(教材第3章)主要关注CPU等微处理器的设计技术。
2.0 本章导学
2.1 CISC与RISC体系结构
2.2 指令系统设计
2.3 指令流水线设计
总线技术与总线标准
课时目标:本模块(教材第4章)主要关注系统总线的设计及应用技术,建议结合其它课程中可能接触到的通信协议(如网络、Bluetooth、zigbee、Wifi等)进行对比理解。
3.0 本章导学
3.1 总线技术
3.2 常见的总线标准
存储器子系统
课时目标:本模块(教材第5章)主要关注嵌入式系统中内存(主存)的设计技术,但未涉及DDR等标准接口。
4.0 本章导学
4.1 存储层次结构
4.2 主存储器
4.3 主存储器设计
输入输出子系统
课时目标:本模块(教材第6章)主要关注系统I/O接口的设计及应用技术。这部分内容与总线技术关系密切,但相对来说更偏重于具体接口电路的硬件设计及驱动开发——可以理解为接口电路(包括硬件电路及驱动软件)联合实现了总线标准或总线标准的一部分。
5.0 本章导学
5.1 I/O组织
5.2 常用I/O接口设计
5.3 接口传输方式对比
ARM嵌入式系统开发技术
课时目标:在前面学习的基础上,本模块(教材第7-10章)主要介绍了以ARM CPU为核心的嵌入式系统设计技术。该部分内容的学习应以能深入理解实验或实践操作为主。另外,大家可以把ARM系统作为一个成功的设计实例,对照前面章节内容理解现代微处理器系统的设计技术与改进思路。
6.0 本章导学
6.1 嵌入式系统硬件设计与开发
6.2 嵌入式系统软件设计
基于Zyqn SoC芯片的嵌入式系统开发技术实验
课时目标:该部分内容主要针对课程实验的预习和复习。
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
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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


源课程

该SPOC课程部分内容来自以上源课程,在源基础上老师进一步增加了新的课程内容

电子科技大学
2 位授课老师
阎波

阎波

教授

周亮

周亮

副教授

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