2ARM体系结构与接口技术.docx

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2ARM体系结构与接口技术

《ARM体系结构与接口技术》教学大纲

课程编号：

ZF111404

课程名称：

ARM体系结构与接口技术

总学时数：

72

实验或上机学时：

实验32学时

一、说明

（一）《ARM体系结构与接口技术》的课程性质：

《ARM体系结构与接口技术》课程是计算机科学与技术、网络工程、软件工程等专业的一门实践应用较强的课程，是嵌入式课程体系中非常重要的一门基础课程。

该课程主要讲述ARM处理器的体系结构、指令系统和开发工具作了比较全面的介绍。

其中包括ARM体系介绍、ARM程序设计模型、ARM汇编语言程序设计、ARMC／C++语言程序设计、ARM连接器的使用、ARM集成开发环境CodeWarriorIDE的介绍及高性能的调试工具ADX的使用。

并在此基础之上介绍一些典型的基于ARM体系的嵌入式应用系统设计时的基本技术。

（二）材及授课对象：

教材:

刘洪涛.ARM嵌入式体系结构与接口技术.北京：

人民邮电出版社.2009.08（高等学校嵌入式人才培养规划教材）

授课对象：

计算机科学与技术专业本科三年级学生

（三）《ARM体系结构与接口技术》的教学目标：

ARM体系结构与接口技术课程主要靠课堂教学，配合实验理解。

应达到以下几个教学目标：

（1）能够理解ARM处理器的内部功能和特点,包括ARM处理器支持的数据内型、支持的存储格式、内核工作模式和存储系统等；

（2）能够理程ARM程序状态寄存器和寄存器组织；

（3）能熟练掌握各类常用指令的功能，理解各种不同的寻址方式；

（4）能够掌握使用ARM编程方法编写ARM汇编程序和ARM/C混编程序等；

（5）能够掌握一种ARM集成工发环境的工具软件的使用；

（6）能够掌握一种嵌入式ARM处理器（如ARM920T）的结构组成，常用接口的工作原理，并在此基础上编写驱动程序。

（四）《ARM体系结构与接口技术》课程授课计划（包括学时分配）

章次

内容

讲授

实验

一

嵌入式系统基础知识

2

二

ARM技术概述

6

三

ARM的指令系统

10

16

四

ARM汇编语言程序设计

6

10

五

ARMRealViewMDK集成开发环境

2

2

六

GPIO编程

2

2

七

ARM异常中断处理及编程

2

6

八

串行通信接口

2

九

温度检测仪开发实例

4

总学时

72

36

36

（五）教学建议：

课堂讲授为主，为使学生更好的掌握课堂讲授的内容，本课程还有实验课辅助教学，每个知识点讲完后，布置作业，加强对所学知识的理解。

（六）考核要求：

考核方式：

闭卷考试

成绩评定方法：

本课程的考核是平时成绩、实验成绩和期终考试成绩相结合。

具体比例为：

上课出勤、作业占30%，实验占20%，期末考试成绩占50%。

其中期未考试总分100分，基础题占50%，中等难度题占40%，较难题占10%。

考试题型主要有：

选择题、填空题、判断题、简答题、分析设计题等。

二、理论教学内容

第1章计算机系统概论

主要教学目标：

理解嵌入式系统的基本概念，了解嵌入式系统的发展、特点、组成和开发。

掌握计算机的工作过程。

教学方法及教学手段：

教师讲授（√）课堂讨论（√）多媒体教学（）提问式教学（√）实验（）

教学重点及难点：

重点：

嵌入式系统的概述，嵌入式系统的组成和开发。

难点：

嵌入式系统的软硬件组成。

第一节嵌入式系统概述

一、嵌入式系统简介

二、嵌入式系统的特点

三、嵌入式系统的发展

第二节嵌入式系统的组成

一、嵌入式系统硬件组成

二、嵌入式系统软件组成

第三节嵌入式操作系统举例

一、商业版嵌入式操作系统

二、开源版嵌入式操作系统

第四节嵌入式系统开发概述

第2章ARM技术概述

主要教学目标：

了解ARM体系结构的技术特征及发展,掌握ARM处理器的特点、支持的数据内型、存储格式、流水线及工作模式，掌握ARM处理器在不同模式下的寄存器组和程序状态寄存器中合位的作用。

教学方法及教学手段：

教师讲授（√）课堂讨论（√）多媒体教学（）提问式教学（√）实验（）

教学重点及难点：

重点：

ARM处理器的特点、数据内型、存储格式、流水线、工作模和寄存器组。

难点：

程序状态寄存器每位的作用和不同模式下能使用的寄存器组。

第一节ARM体系结构的技术特征及发展

一、ARM公司简介

二、ARM技术特征

三、ARM体系结构的发展

第二节ARM微处理器简介

一、ARM7处理器系列

二、ARM9处理器系列

三、ARM9E处理器系列

四、ARM11处理器系列

五、AecurCore处理器系列

六、StrongARM和Xscale处理器系列

七、MPCore处理器系列

八、Cortex处理器系列

第三节ARM处理器结构

第四节ARM微处理器的应用选型

一、ARM芯片选型的一般原则

二、选择一款适合教学的ARM芯片

第五节ARM920T内部功能及特点

第六节数据类型

一、ARM的基本数据类型

二、浮点数据类型

三、存储器大/小端

第七节ARM920T内核工作模式

第八节ARM920T存储系统

一、协处理器（CP15）

二、存储管理单元（MMU）

三、高速缓冲存储器（Cache）

第九节流水线

一、流水线的概念与原理

二、流水线的分类

三、影响流水线性能的因素

第十节寄存器组织

第十一节程序状态寄存器

第十二节SAMSUNGS3C2410X处理器介绍

第3章ARM的指令系统

主要教学目标：

理解ARM指令系统和Tumber指令系统的区别，掌握ARM指令系统中各指令的功能和使用，掌握理解ARM指令系统支持的各种寻址方式。

教学方法及教学手段：

教师讲授（√）课堂讨论（√）多媒体教学（）提问式教学（√）实验（√）

教学重点及难点：

重点：

ARM指令系统不同类型指令的使用，支持的各种寻址方式。

难点：

ARM指令系统中各指令的功能及使用。

第一节ARM指令的寻址方式

一、数据处理指令寻址方式

二、内存访问指令寻址方式

第二节ARM指令集

一、数据操作指令

二、乘法指令

三、Load/Store指令

四、跳转指令

五、状态操作指令

六、协处理指令

七、异常产生指令

第4章ARM汇编语言程序设计

主要教学目标：

学习掌握能使用ARM汇编语言语法和指令编写规范的汇编程序，掌握ARM/C混编方法。

教学方法及教学手段：

教师讲授（√）课堂讨论（√）多媒体教学（）提问式教学（√）实验（√）

教学重点及难点：

重点：

arm汇编语言的语句格式，arm汇编器支持的伪操作、过程调用标准aapcs、汇编语言与c语言的混合编程。

难点：

汇编语言与c语言的混合编程、过程调用标准aapcs。

第一节ARM汇编器支持的伪操作

一、伪操作概述

二、符号定义伪操作

三、数据定义伪操作

四、汇编控制伪操作

五、杂项伪操作

第二节ARM汇编器支持的伪指令

一、ADR伪指令

二、ADRL伪指令

三、LDR伪指令

第三节ARM汇编语言的语句格式

一、ARM汇编语言中的符号

二、ARM汇编语言中的表达式和运算符

三、ARM汇编语言内置的变量

第四节ARM汇编语言的程序结构

一、汇编语言的程序格式

二、汇编语言子程序调用

三、过程调用标准AAPCS

四、scatter文件的使用

五、汇编语言程序设计举例

第5章ARMrealviewmdk环境介绍

主要教学目标：

学习掌握realviewmdk的使用。

教学方法及教学手段：

教师讲授（√）课堂讨论（√）多媒体教学（）提问式教学（√）实验（√）

教学重点及难点：

重点：

工程基本配置、工程的编译链接和工程的调试。

难点：

工程基本配置、工程的调试。

第一节RealViewMDK环境介绍

第二节ULINK2仿真器简介

第三节RealViewMDK的使用

一、选择工具集

二、创建工程并选择处理器

三、建立一个新的源文件

四、工程中文件的添加

五、工程基本配置

六、工程的编译链接

七、工程的调试

八、映像文件下载

第6章GPIO编程

主要教学目标：

掌握s3c2410x芯片的gpio控制器，掌握通过gpio引脚相关寄存器的配置编写驱动程序。

教学方法及教学手段：

教师讲授（√）课堂讨论（√）多媒体教学（）提问式教学（√）实验（√）

教学重点及难点：

重点：

gpio常用寄存器分类、i/o口常用寄存器详解和gpio的应用。

难点：

i/o口常用寄存器详解和寄存器设置。

第一节GPIO功能介绍

第二节S3C2410X芯片的GPIO控制器详解

一、S3C2410XGPIO常用寄存器分类

二、S3C2410XI/O口常用寄存器详解

第三节S3C2410XGPIO的应用

一、电路连接

二、寄存器设置

三、程序的编写

第7章ARM异常中断处理及编程

主要教学目标：

掌握arm异常中断处理概述，arm处理器异常模式和异常，理解s3c2410x中断机制；掌握通过相关寄存器的配置编写中继方式的驱动程序。

教学方法及教学手段：

教师讲授（√）课堂讨论（√）多媒体教学（）提问式教学（√）实验（√）

教学重点及难点：

重点：

arm处理器异常模式和异常、s3c2410x中断机制分析、fiq和irq异常中断程序设计。

难点：

fiq和irq异常中断程序设计、使用汇编语言安装异常处理程序、从异常处理程序中返回。

第一节ARM异常中断处理

第二节ARM体系异常种类

第三节ARM异常的优先级

第四节ARM处理器模式和异常

第五节ARM异常响应和处理程序返回

一、中断响应的概念

二、ARM异常响应流程

三、从异常处理程序中返回

第六节ARM应用系统中异常中断处理程序的安装

一、使用汇编语言安装异常处理程序

二、使用C语言编写安装处理函数

第七节ARM的SWI异常中断处理程序设计

第八节FIQ和IRQ异常中断程序设计

第九节基于ARM9芯片S3C2410X异常中断程序设计

一、S3C2410X中断机制分析

二、S3C2410X中断处理程序实例

第8章串行通信接口

主要教学目标：

了解串口通信概述，理解s3c2410x串口控制器接口路、通信控制原理和相关寄存器；能掌握通过相关寄存器的配置编写串口驱动程序。

教学方法及教学手段：

教师讲授（√）课堂讨论（√）多媒体教学（）提问式教学（√）实验（）

教学重点及难点：

重点：

异步串行异通信控制原理、步串行方式的数据格式、串口控制器寄存器、接口电路与程序设计。

难点：

s3c2410x串行异通信控制原理、相关寄存器与程序设计。

第一节串行通信

一、串行通信与并行通信概念

二、异步串行方式的特点

三、异步串行方式的数据格式

四、同步串行方式的特点

五、同步串行方式的数据格式

六、比特率、比特率因子与位周期

七、RS-232C串口规范

八、RS-232C接线方式

第二节S3C2410X异步串行通信

一、S3C2410X串口控制器概述

二、S3C2410X串口控制器寄存器

第三节接口电路与程序设计

一、电路连接

二、寄存器设置

三、程序的编写

第9章温度检测仪开发实例

主要教学目标：

对前面学习的接口技术的一个综合应用，掌握嵌入式驱动程序设计方法。

教学方法及教学手段：

教师讲授（√）课堂讨论（√）多媒体教学（）提问式教学（√）实验（）

教学重点及难点：

重点：

接口电路图设计、驱动程序设计。

难点：

接口电路图设计、驱动程序设计。

第一节项目功能描述

第二节系统组成

第二节接口电路图设计

第二节程序设计

第二节运行结果

三、《ARM体系结构与接口技术》课程实验授课计划（包括学时分配）

实验

序号

实验名称

实验类型

学时

实验

要求

每组

人数

1

ARMRealViewMDK开发环境使用

验证

2

必修

1

2

ARM汇编语言程序执行

综合

2

必修

1

3

ARM指令的寻址方式使用

综合

4

必修

1

4

数据操作，乘法指令使用

综合

4

必修

1

5

Load/Store指令使用

综合

4

必修

1

6

跳转指令、状态操作指令使用

综合

4

必修

1

7

ARM汇编语言程序设计

设计

8

必修

1

8

ARM异常中断处理及编程

设计

8

必修

1

说明：

1、实验类型指：

演示型、验证型、设计型、研究型、综合型实验；

2、实验要求指：

必修、限选、任选。

四、实验教学内容

实验一ARMRealViewMDK开发环境使用

主要教学目标：

学会使用ARMRealViewMDK开发环境。

教学的方法及教学手段：

教师讲授（）课堂讨论（）多媒体教学（）提问式教学（）实验（√）

教学重点及难点：

重点：

工程基本配置、工程的编译链接和工程的调试。

难点：

工程基本配置、工程的调试。

实验内容

一、RealViewMDK环境

二、ULINK2仿真器

三、RealViewMDK的使用

实验二ARM汇编语言程序执行

主要教学目标：

掌握ARM汇编语言的程序格式，对源程序的编译和运行，检错和查看结果。

教学的方法及教学手段：

教师讲授（）课堂讨论（）多媒体教学（）提问式教学（）实验（√）

教学重点及难点：

重点：

汇编语言程序格式、工程的调试

难点：

工程的调试。

实验内容

一、汇编语言的程序格式

二、汇编语言子程序调用

三、汇编语言源程序的编译、调试、查看结果

实验三ARM指令的寻址方式使用

主要教学目标：

学会使用数据处理指令寻址方式和内存访问指令寻址方式。

教学的方法及教学手段：

教师讲授（）课堂讨论（）多媒体教学（）提问式教学（）实验（√）

教学重点及难点：

重点：

立即数的表示，寄存器寻址方式，寄存器移位寻址方式，字及无符号字节的Load/Store指令的寻址方式，杂类Load/Store指令的寻址方式，批量Load/Store指令的寻址方式，堆栈操作寻址方式。

难点：

字及无符号字节的Load/Store指令的寻址方式，杂类Load/Store指令的寻址方式，批量Load/Store指令的寻址方式工程基本配置、工程的调试。

实验内容

一、数据处理指令寻址方式

二、字及无符号字节的Load/Store指令的寻址方式

三、杂类Load/Store指令的寻址方式

四、批量Load/Store指令的寻址方式

实验四数据操作，乘法指令

主要教学目标：

学会用数据操作指令，乘法指令完成给定功能的ARM汇编语言程序。

教学的方法及教学手段：

教师讲授（）课堂讨论（）多媒体教学（）提问式教学（）实验（√）

教学重点及难点：

重点：

数据传送指令，加法指令，减法指令，比较指令，逻辑运算指令，乘法指令，无符号数长乘指令，有符号数长乘指令

难点：

比较指令，无符号数长乘指令，有符号数长乘指令

实验内容

一、数据操作指令：

MOV,MVN,AND,EOR,SUB,RSB,ADD,ADC,SBC,RSC,TST,TEQ,CMP,CMN,ORR,BIC

二、乘法指令

MUL,MLA,UMULL,UMLAL,SMULL,SMLAL

实验五Load/Store指令使用

主要教学目标：

学会使用Load/Store内存访问指令在ARM寄存器和存储器之间传送数据。

教学的方法及教学手段：

教师讲授（）课堂讨论（）多媒体教学（）提问式教学（）实验（√）

教学重点及难点：

重点：

单寄存器Load/Store指令，多寄存器Load/Store指令，单寄存器交换指令

难点：

多寄存器Load/Store指令

实验内容

一、单寄存器Load/Store指令

LDR,STR,LDRB,STRB,LDRH,STRH,LDRBT,STRBT,LDRT,STRT,LDRSB,LDRSH

二、多寄存器Load/Store指令

LDR/STM：

IA,IB,DA,DB,FD,ED,FA,EA

三、单寄存器交换指令

实验六跳转指令、状态操作指令使用

主要教学目标：

学会使用跳转指令结合状态操作指令实现选择结构和循环结构的程序。

教学的方法及教学手段：

教师讲授（）课堂讨论（）多媒体教学（）提问式教学（）实验（√）

教学重点及难点：

重点：

BL带返回的连接跳转，BX跳转并切换状态，BLX带返回的跳转并切换状态

难点：

BLX带返回的跳转并切换状态

实验内容

一、跳转指令

B,BL,BX,BLX

二、状态操作指令

MRS,MSR

实验七ARM汇编语言程序设计

主要教学目标：

学会使用ARM汇编器，伪操作、伪指令的使用以及汇编语言与C的混合编程。

教学的方法及教学手段：

教师讲授（）课堂讨论（）多媒体教学（）提问式教学（）实验（√）

教学重点及难点：

重点：

ARM编译器的使用，汇编语言与C的混合编程

难点：

汇编语言与C的混合编程

实验内容

一、符号定义伪操作

二、数据定义伪操作

三、汇编控制伪操作

四、ADR,ADRL,LDR伪指令

五、ARM汇编语言中的表达式和运算符

六、ARM汇编语言内置的变量

七、内联汇编

八、嵌入式汇编

九、汇编代码访问C全局变量

十、混合编程调用举例

实验八ARM异常中断处理及编程

主要教学目标：

掌握ARM异常中断处理及编程

教学的方法及教学手段：

教师讲授（）课堂讨论（）多媒体教学（）提问式教学（）实验（√）

教学重点及难点：

重点：

ARM处理器模式和异常，ARM异常响应和处理程序返回，ARM的异常处理中断程序设计

难点：

ARM的异常处理中断程序设计

实验内容

一、ARM体系异常种类

二、ARM处理器模式和异常

三、ARM异常响应和处理程序返回

四、ARM应用系统中异常中断处理程序的安装

五、ARM的SWI异常中断处理程序设计

六、FIQ和IRQ异常中断程序设计

七、基于ARM9的S3C2410X异常中断处理程序

五、参考文献

[1]杜春雷主编，ARM体系结构与编程.北京:

清华大学出版社.2003

[2]田泽主编,ARM9嵌入式开发实验与实践.北京:

北京航空航天大学出版社，2006

[3]MichaelBarr主编,于志宏译，C/C++嵌入式系统编程,北京:

清华大学出版社,2001

[4]刘洪涛.嵌入式系统技术与设计.北京：

人民邮电出版社，2008

[5]孙天泽.嵌入式设计及Linux驱动开发指南—基于ARM9处理器.北京：

电子工业出版社，2007

六、教研室：

计算机科学与技术课程主讲负责人：

吴孝银院长审核签名：