嵌入式技术与应用教案.docx
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嵌入式技术与应用教案.docx
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嵌入式技术与应用教案
XXX学院《嵌入式技术及应用》教案
序号:
01-01
授课时间
2016.9.3
授课时数
6
授课地点
6404
授课题目
嵌入式技术概述
授课班级
14电子选
教学目的及
教学要求
1、了解嵌入式系统的定义
2、了解嵌入式技术的发展历程
3、了解嵌入式系统组成
4、了解嵌入式系统的设计方法
5、了解嵌入式系统的基础开发流程
重点难点
重点:
嵌入式系统的基础开发流程
难点:
嵌入式技术在国内外的发展及趋势
教学方法
1、讲授法
主要内容
后PC时代--丰富的嵌入式产品市场
嵌入式系统定义
嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,并且软硬件可裁剪,适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。
两种技术朝不同的技术发展要求及发展方向进步
通用计算机系统
技术要求是高速、海量的数值计算;
技术发展方向是总线速度的无限提升,存储容量的无限扩大。
嵌入式计算机系统
技术要求则是对象的智能化控制能力;
技术发展方向是及对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力及控制的可靠性。
嵌入式系统实例分析
嵌入式处理器选择
ARM
PowerPC
MIPS
Xscale
DSP
X86
嵌入式软件组成
嵌入式系统设计方法
由上而下及由下而上
由上而下(TopdownApproach)是一个正统的设计方案,也就是说,所有的设计皆是遵循系统工程的流程来进行,确定需求、制定系统规格、设计、实现、测试都是一步一步、按部就班地进行。
相对应的是由下而上(ButtonupApproach)。
由下而上的意思是:
一个系统是由已经有的基础(或组件)为起点,开始往上延伸,最后将系统完成。
其实大部分的项目都是这两种方式的混合体,很少有整个项目都是从上而下的,同样也很少有整个项目都是由下而上的。
参考资料
课后作业
及思考题
教学反馈
XXX学院《智能用电终端技术应用》教案
序号:
01-02
授课时间
2016.9.9
授课时数
6
授课地点
6404
授课题目
嵌入式系统处理器
授课班级
14电子选
教学目的及
教学要求
1、了解嵌入式处理器的体系结构
2、了解嵌入式处理器的分类
3、了解ARM处理器的发展
4、了解ARM处理器的体系结构版本
5、了解ARM处理器的选型
重点难点
重点:
ARM处理器的发展
难点:
ARM处理器的选型
教学方法
1、讲授法
2、演示法
主要内容
1.嵌入式处理器基础
冯·诺依曼体系结构模型及特点
哈佛体系结构及特点
CISC和RISC
影响CPU性能的因素:
流水线、超标量、高速缓存
2.嵌入式处理器的分类
嵌入式微处理器
MPU嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来
及计算机处理器不同的是,只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件,去除其他的冗余功能部分,这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求
一个单片的大规模集成电路(VLSI)芯片,除了集成有中央处理单元(CPU)之外,往往还有高速缓存、浮点处理单元、指令流水线和超标量单元等其它电路
嵌入式微控制器
嵌入式微控制器的典型代表是单片机
微控制器也是单片的大规模集成电路,除去基本的计算能力之外,内部还集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等各种必要功能和外设
嵌入式DSP处理器
专门应用在需要数字信号处理的场合
特点(结构和指令系统两方面):
哈佛结构或者增强的哈佛结构,可以同时从内存中读取指令和数
据进行运算,大大加快了处理速度
对指令系统也进行了特殊的设计,指令的编译效率和执行速度都
得到提高
广泛应用的DSP处理器
TI的TMS320,系列包括C2000/C5000/C6000/C8000系列
Motorola的DSP56000系列
嵌入式片上系统SOC
v把构成一个系统所必需的全部电路都集成到一个芯片之中,有时也被称作微芯片(microchip)
v它结合了许多功能区块,将功能做在一个芯片上,例如ARMRISC、MIPSRISC、DSP等微处理器核心,加上通信的接口单元,例如USB、TCP/IP通信单元、GPRS、GSM通信接口、蓝牙模块接口等等,这些单元以往都是依照各自功能做成独立的处理芯片
3.ARM的起步及发展
ARM公司简介
ARM微处理器的应用领域
ARM微处理器的特点
4.ARM的体系结构版本
vARM架构自诞生至今,已经发生了很大的演变,至今已定义6种不同的版本
V1版架构
V2版架构
V3版架构
V4版架构
V5版架构
V6版架构
5.Arm处理器系列
v六个产品系列
ARM7系列
ARM9系列
ARM9E系列
ARM10E系列
SecurCore系列
ARM11系列
v来源于合作伙伴:
intel
StrongARM
Xscale微体系结构
6.Arm芯片选型
v一般性原则
v多芯核结构ARM芯片的选择
v主要Arm芯片供应商
v最佳方案应用举例
参考资料
课后作业
及思考题
教学反馈
XXX学院《智能用电终端技术应用》教案
序号:
01-03
授课时间
2016.9.16
授课时数
6
授课地点
6404
授课题目
ARM处理器基础
授课班级
14电子2
教学目的及
教学要求
1、了解ARM处理器的结构及特点
2、掌握ARM处理器的寻址方式
3、掌握ARM处理器的指令
重点难点
重点:
ARM处理器的指令系统
难点:
ARM处理器的启动
教学方法
1、讲授法
2、演示法
主要内容
1.ARM体系结构
ARM处理器的特点
⏹RISC架构
✓具有大量的寄存器
✓绝大多数操作都在寄存器中进行
✓寻址方式简单
✓采用固定长度的指令格式
⏹体积小、低功耗、低成本、高性能
⏹支持Thumb/ARM指令集
数据类型
⏹字(Word)
☐在ARM体系结构中,字的长度为32位,
☐其它8位/16位处理器体系结构中,字的长度一般为16位
⏹半字(Half-Word)
☐在ARM体系结构中,半字的长度为16位,及8位/16位处理器体系结构中字的长度一致
⏹字节(Byte)
☐在ARM体系结构8位
ARM处理器工作状态
ARM处理器的工作状态一般有两种,并可在两种状态之间切换
(1)第一种为ARM状态,此时处理器执行32位的字对齐的ARM指令;
(2)第二种为Thumb状态,此时处理器执行16位的、半字对齐的Thumb指令
ARM处理器的工作模式
ARM有7个基本工作模式:
(1)User:
非特权模式,大部分任务执行在这种模式
⏹正常程序执行的模式
(2)FIQ:
当一个高优先级(fast)中断产生时将会进入这种模式
⏹高速数据传输和通道处理
(3)IRQ:
当一个低优先级(normal)中断产生时将会进入这种模式
⏹通常的中断处理
(4)Supervisor:
当复位或软中断指令执行时将会进入这种模式
⏹供操作系统使用的一种保护模式
(5)Abort:
当存取异常时将会进入这种模式
⏹虚拟存储及存储保护
(6)Undef:
当执行未定义指令时会进入这种模式
(7)System:
使用和User模式相同寄存器的特权模式
⏹特权级的操作系统任务
寄存器描述
⏹ARM有37个32-Bits长的寄存器.
☐1个用作PC(programcounter)
☐1个用作CPSR(currentprogramstatusregister)
☐5个用作SPSR(savedprogramstatusregisters)
☐30个通用寄存器
☐当前处理器的模式决定着哪组寄存器可操作.任何模式都可以存取:
☐相应的r0-r12子集
☐相应的r13(thestackpointer,sp)andr14(thelinkregister,lr)
☐相应的r15(theprogramcounter,pc)
☐相应的CPSR(currentprogramstatusregister,cpsr)
☐特权模式(除system模式)还可以存取;
☐相应的spsr(savedprogramstatusregister)
2.ARM指令的寻址方式
立即寻址
寄存器寻址
寄存器间接寻址
基址变址寻址
寄存器偏移寻址
相对寻址
多寄存器寻址
堆栈寻址
3.Arm指令系统
1跳转指令
2数据处理指令
3乘法指令及乘加指令
4程序状态寄存器访问指令
5加载/存储指令
6批量数据加载/存储指令
7数据交换指令
8移位操作指令
9异常产生指令
10协处理器指令
参考资料
课后作业
及思考题
教学反馈
XXX学院《智能用电终端技术应用》教案
序号:
01-04
授课时间
2016.9.23
授课时数
6
授课地点
6404
授课题目
ARM7TDMI(S)指令系统
授课班级
14电子2
教学目的及
教学要求
1、了解ARM指令集
2、Thumb指令集
3、ARM汇编程序设计
重点难点
重点:
ARM指令集;
难点:
ARM汇编程序设计
教学方法
1、讲授法
2、实践法
主要内容
4.1ARM处理器寻址方式
1)简介
2)ARM指令集及Thumb指令集的关系
3)寻址方式分类:
4寄存器寻址
满递增:
堆栈向上增长,堆栈指针指向内含有效数据项的最高地址。
指令如LDMFA、STMFA等;
空递增:
堆栈向上增长,堆栈指针指向堆栈上的第一个空位置。
指令如LDMEA、STMEA等;
满递减:
堆栈向下增长,堆栈指针指向内含有效数据项的最低地址。
指令如LDMFD、STMFD等;
空递减:
堆栈向下增长,堆栈指针向堆栈下的第一个空位置。
指令如LDMED、STMED等。
5)块拷贝寻址
6)相对寻址
4.2指令集介绍
1)简单的ARM程序示例
2)指令格式
3)存储器访问指令
LDR和STR——字和无符号字节加载/存储指令
LDR和STR——半字和有符号字节加载/存储指令
LDR和STR指令应用示例:
●加载/存储字和无符号字节指令
●加载/存储半字和有符号字节指令
4)多寄存器存取
寄存器加载/存储指令格式:
LDM{cond}<模式>Rn{!
},reglist{^}
STM{cond}<模式>Rn{!
},reglist{^}
LDM和STM——多寄存器加载/存储指令编码
5)寄存器和存储器交换指令
SWP和SWPB——寄存器和存储器交换指令编码
6)ARM数据处理指令
数据传送指令;MOV{cond}{S}Rd,operand2
MVN{cond}{S}Rd,operand2
7)算术逻辑运算指令:
ADD{cond}{S}
SUB{cond}{S}Rd,Rn,operand2
RSB{cond}{S}Rd,Rn,operand2
ADC{cond}{S}Rd,Rn,operand2
SBC{cond}{S}Rd,Rn,operand2
RSC{cond}{S}Rd,Rn,operand2
AND{cond}{S}Rd,Rn,operand2
ORR{cond}{S}Rd,Rn,operand2
EOR{cond}{S}Rd,Rn,operand2
BIC{cond}{S}Rd,Rn,operand2
8)比较指令。
CMP{cond}Rn,operand2
CMN{cond}Rn,operand2
TST{cond}Rn,operand2
TEQ{cond}Rn,operand2
9)乘法指令
乘法指令编码
32位乘法指令——MUL指令将Rm和Rs中的值相乘,结果的低32位保存到Rd中。
MUL{cond}{S}Rd,Rm,Rs
32位乘加指令——MLA指令将Rm和Rs中的值相乘,再将乘积加上第3个操作数,结果的低32位保存到Rd中。
MLA{cond}{S}Rd,Rm,Rs,Rn
10)分支指令
分支指令B/BL指令编码格式
分支指令——B指令,该指令跳转范围限制在当前指令的±32M字节地址内(ARM指令为字对齐,最低2位地址固定为0)。
指令格式:
B{cond}Label
带链接的分支指令——BL指令适用于子程序调用,使用该指令后,下一条指令的地址被拷贝到R14(即LR)连接寄存器中,然后跳转到指定地址运行程序。
跳转范围限制在当前指令的±32M字节地址内。
指令格式:
BL{cond}Label
BX{cond}Rm
11)协处理器指令
12)数据操作指令
CDP{cond}coproc,opcode1,CRd,CRn,CRm{,opcode2}
13)数据存取指令
LDC{cond}{L}coproc,CRd,<地址>
STC{cond}{L}coproc,CRd,<地址>
14)寄存器传送指令
MCR{cond}coproc,opcode1,Rd,CRn,CRm{,opcode2}
MRC{cond}coproc,opcode1,Rd,CRn,CRm{,opcode2}
15)杂项指令
16)软中断指令
SWI{cond}immed_24
状态寄存器读指令
MRS{cond}Rd,psr
状态寄存器写指令
MSR{cond}psr_fields,#immed_8r
MSR{cond}psr_fields,Rm
ARM伪指令
小范围的地址读取
ADR{cond}register,expr
中等范围的地址读取
ADRL{cond}register,expr
大范围的地址读取
LDR{cond}register,=expr
空操作伪指令
NOP
17)Thumb指令集
Thumb指令
Thumb指令集及ARM指令集的区别
参考资料
课后作业
及思考题
教学反馈
XXX学院《智能用电终端技术应用》教案
序号:
01-05
授课时间
2016.9.30
授课时数
6
授课地点
6404
授课题目
LPC2000系列ARM硬件结构
授课班级
14电子2
教学目的及
教学要求
LPC21/22系列嵌入式微控制器概述,LPC21/22系列嵌入式微控制器硬件结构,
LPC21/22系列嵌入式微控制器指令系统,LPC21/22系列嵌入式微控制器应用技术
重点难点
引脚配置,存储器寻址,向量中断控制器,GPIO;
向量中断,UART0,定时器0和定时器。
教学方法
1、讲授法
2、实践法
主要内容
5.1简介
1)LPC2000系列微控制器概述
LPC2000系列器件信息
芯片内部框图
芯片内部各单元简介
5.2引脚配置
1)LPC2000系列芯片外形
2)引脚功能选择使用示例
5.3存储器寻址
1)存储器分布
2)各存储器操作方法
片内Flash编程方法
片外Flash编程方法(LPC2200)
片内SRAM的写操作
3)存储器映射
存储器映射基本概念
存储器重新映射
预取指中止和数据中止
异常向量表
5.4系统控制模块小节目录
1)系统控制模块概述
2)系统时钟
3)锁相环(PLL)
PLL内部结构
PLL相关寄存器
PLL频率计算
4)VPB分频器
5)复位
外部复位
复位后的系统状态
Boot程序
6)外部中断
外部中断内部示意图
外部中断相关寄存器
外部中断引脚设置
外部中断应用示例
使用外部中断注意要点
7)存储器映射控制
存储器映射控制原理
存储器映射的流程
存储器映射控制重新映射前后地址
8)唤醒定时器
5.5存储器加速模块(MAM)
MAM结构
相关启动代码分析
5.6.外部存储器控制器
外部存储器控制器概述
外部存储器总线接口描述
相关寄存器
及外部存储器的连接:
相关启动代码分析
5.7引脚连接模块
1)概述
2)外部存储器寄存器描述
3)外部总线设置
4)启动代码相关部分
5.8向量中断控制器(VIC)
1)向量中断控制器概述
2)选择产生中断的类型
3)向量IRQ中断相关寄存器
4)产生中断后的服务程序地址
5)中断状态寄存器
所有中断状态寄存器(VICRawIntr)
FIQ状态寄存器(VICFIQStatus)
IRQ状态寄存器(VICIRQStatus)
6)软件中断寄存器
软件中断寄存器(VICSoftInt)
软件中断清零寄存器(VICSoftIntClear)
7)IRQ中断的设计实例
5.9GPIO
1)应用
2)引脚描述
3)GPIO相关寄存器描述
4)GPIO应用示例:
5.10UART0
1)特性
2)UART0内部结构示意
3)UART0相关寄存器描述
4)使用UART0注意要点
5)UART0应用示例
操作流程
初始化代码
收发数据
5.11UART1
1)特性
2)UART1寄存器描述
5.12I2C接口
1)I2C简介
2)总线时序
3)寄存器描述
4)I2C应用示例
操作流程
主模式设置
主机发送
主机接收
5.13SPI接口
1)SPI简介
2)SPI接口内部结构
3)SPI寄存器描述
4)SPI应用示例:
5.14定时器0/1
1)特性
2)应用
3)寄存器描述:
4)定时器操作示例:
5.15脉宽调制器
1)PWM简介
2)PWM引脚描述
3)PWM寄存器描述
4)PWM使用示例”
5.16A/D转换器
1)A/D转换器描述
2)A/D转换器寄存器描述
控制寄存器
数据寄存器
3)A/D转换器操作示例:
5.17实时时钟
1)RTC内部结构
2)寄存器描述
3)RTC使用示例:
5.18看门狗
1)内部结构
2)寄存器描述
看门狗模式寄存器
看门狗常数寄存器
看门狗喂狗寄存器
看门狗定时器值寄存器
3)使用示例:
操作流程
看门狗初始化
喂狗程序
参考资料
课后作业
及思考题
教学反馈
XXX学院《智能用电终端技术应用》教案
序号:
01-06
授课时间
2016.10.14
授课时数
6
授课地点
6404
授课题目
接口技术及硬件设计
授课班级
14电子2
教学目的及
教学要求
最小系统的结构及配置、GPIO、UART、MODEM、I2C、并行SRAM、并行FLASH、USB(D12)接口、液晶接口、网络接口、并行打印机接口、CF卡及IDE硬盘接口
重点难点
最小系统的结构及配置、GPIO、UART、I2C、并行SRAM、并行FLASH、USB(D12)接口
教学方法
1、讲授法
2、实践法
主要内容
6.1最小系统
1)简介
2)电源
分析需求
设计末级电源电路
设计前级电源电路
3)时钟
4)复位及其芯片配置
5)存储器系统
6)调试及测试接口
7)完整的最小系统
6.2片内外设
1)简介
2)GPIO外设接口设计
按键
LED控制
蜂鸣器
模拟总线
3)UART、MODEM外设接口设计
4)I2C总线接口
总线信号
I2C应用示例
5)I总线接口
发送及接收
总线连接
应用示例
6.3总线接口
1)并行SRAM
2)并行Flash
3)USB(D12)
4)液晶接口
5)网络接口:
6.4其它外设
1)并行打印机
2)CF卡及IDE硬盘接口:
设备寄存器地址
I/O时序图
接口示例
参考资料
课后作业
及思考题
教学反馈
XXX学院《智能用电终端技术应用》教案
序号:
01-07
授课时间
2016.10.21
授课时数
6
授课地点
6404
授课题目
移植μC/OSII到ARM7
授课班级
14电子2
教学目的及
教学要求
将嵌入式实时操作系统μC/OSII移植到ARM7体系结构上的方法;将移植代码应用到具体的基于ARM7核的微控制器上。
重点难点
将移植代码应用到具体的基于ARM7核的微控制器上;
μC/OSII操作系统的基本原理;
移植代码的编写。
教学方法
1、讲授法
2、实践法
主要内容
7.1μC/OS-II简介
1)概述
2)μC/OS-II特点
7.2移植规划
1)概述
2)μC/OS-II移植硬件软件体系结构
3)移植规划
编译器的选择
任务模式的取舍
支持的指令集
7.3移植μC/OS-II
1)概述
2)移植需要编写的文件
3)移植代码包括的内容
4)关于头文件includes.h和config.h
5)编写OS_CPU.H:
不依赖于编译的数据类型
使用软中断SWI作底层接口
使用软中断SWI作底层接口
堆栈生长方式
6)编写Os_cpu_c.c:
OSTaskStkInit()
软件中断异常服务程序
Hook()函数
7)编写Os_cpu_a.s
软件中断汇编接口:
任务切换代码
OSIntCtxSw
OSStartHighRdy
8)中断及时钟节拍
9)中断服务程序的编写
7.4移植代码应用到LPC2000
1)概述
2)挂接SWI软件中断
3)中断及时钟节拍中断
4)编写应用程序
参考资料
课后作业
及思考题
教学反馈
XXX学院《智能用电终端技术应用》教案
序号:
01-08
授课时间
2016.10.28
授课时数
6
授课地点
6404
授课题目
嵌入式系统开发平台
授课班级
14电子2
教学目的及
教学要求
嵌入式开发平台的概念,使用嵌入式开发平台的必要性;建立嵌入式系统开发平台(主要为软件开发平台)的方法,以及一些组成软件开发平台的软件模块的使用方法;
重点难点
嵌入式系统的概念、嵌入式处理器和嵌入式操作系统;
嵌入式平台的构建。
教学方法
1、讲授法
2、演示法
主要内容
8.1如何建立嵌入式系统开发平台
1)平台的概念
2)平台的例子
3)使用平台开发的优势
不适合使用平台开发的场合
建立开发平台的方法
4)编写自己的软件模块
使用任务
禁止然后允许中断
使用信号量
使用数据队列
禁止然后允许任务调度
使用一个任务作为模块服务器
8.2数据队列
1)简介
2)API函数
8.3串口驱动
1)简介
2)API函数
8.4MODEM接口
1)
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- 特殊限制:
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