嵌入式微处理器结构与应用
《嵌入式系统原理和应用》教学大纲
《嵌入式系统原理与应用》教学大纲一、课程基本信息二、课程性质、地位和任务嵌入式系统原理与应用是计算机科学技术专业的一门专业课，讲述嵌入式系统的基本理论、原理。
本课程是一门既与硬件关系紧密，又与嵌入式操作系统、嵌入式软件关系十分紧密课程。
它围绕目前流行的32位ARM处理器和源码开放的Linux操作系统，讲述嵌入式系统的概念，软、硬件组成，开发过程以及嵌入式应用程序开发设计方法。
本课程的知识将为学生今后从事嵌入式系统研究与开发打下坚实的基础。
三、课程基本要求通过对基于ARM嵌入式芯片的系统的基本组织结构与工作原理的学习，使学生对计算机系统的硬件部分有一个全面的了解，对嵌入式软件的开发过程有一个清楚的认识，通过对嵌入式操作系统的工作原理的学习，使学生对嵌入式操作系统有一个清晰的认识，提高学生在嵌入式软件设计设计能力及解决实际问题的动手能力，为后续专业课程的学习打下坚实的基础。
四、课程内容第一章嵌入式系统导论教学内容：1.1嵌入式系统概述1.2嵌入式系统的实时性与可靠性1.3嵌入式系统的应用领域和发展趋势教学目的：掌握嵌入式系统的特点、与通用计算机系统的区别、影响嵌入式系统实时性和可靠性的主要因素、了解嵌入式系统的发展趋势教学重点：嵌入式系统的特点、与通用计算机系统的区别、影响嵌入式系统实时性和可靠性的主要因素教学难点：影响嵌入式系统实时性和可靠性的主要因素教学方法：课堂讲授为主，布置部分作业，在讲解时多举一些嵌入式系统的应用实例，使学生对嵌入式系统有更好的认识与理解。
第二章嵌入式硬件系统教学内容：2.1嵌入式微处理器概述2.2嵌入式微处理器内核原理和指令系统教学目的：掌握嵌入式系统的硬件的基本组成、了解嵌入式微处理器的基本组成和运行模式、基本了解ARM芯片的指令系统教学重点：嵌入式系统的基本组成、CISC与RISC指令系统的对比、嵌入式微处理器的特点、嵌入式微处理器的体系结构、嵌入式微处理器的分类、AMBA总线、PCI总线、ARM指令系统教学难点：嵌入式微处理器的体系结构、ARM指令系统教学方法：课堂讲授为主，结合课堂练习为辅，布置部分作业。
《微处理器系统结构与嵌入式系统设计》课程教案
《微处理器系统结构与嵌入式系统设计》课程教案第一章：微处理器概述1.1 微处理器的定义与发展历程1.2 微处理器的组成与工作原理1.3 微处理器的性能指标1.4 嵌入式系统与微处理器的关系第二章：微处理器指令系统2.1 指令系统的基本概念2.2 常见的指令类型及其功能2.3 指令的寻址方式2.4 指令执行过程第三章：微处理器存储系统3.1 存储器的分类与特点3.2 内存管理单元（MMU）3.3 存储器层次结构与缓存技术3.4 存储系统的性能优化第四章：微处理器输入/输出系统4.1 I/O 接口的基本概念与分类4.2 常见的I/O 接口技术4.3 直接内存访问（DMA）4.4 interrupt 与事件处理第五章：嵌入式系统设计概述5.1 嵌入式系统的设计流程5.2 嵌入式处理器选型与评估5.3 嵌入式系统硬件设计5.4 嵌入式系统软件设计第六章：嵌入式处理器架构与特性6.1 嵌入式处理器的基本架构6.2 嵌入式处理器的分类与特性6.3 嵌入式处理器的发展趋势6.4 嵌入式处理器选型considerations 第七章：数字逻辑设计基础7.1 数字逻辑电路的基本概念7.2 逻辑门与逻辑函数7.3 组合逻辑电路与触发器7.4 微处理器内部的数字逻辑设计第八章：微处理器系统设计与验证8.1 微处理器系统设计流程8.2 硬件描述语言（HDL）与数字逻辑设计8.3 微处理器系统仿真与验证8.4 设计实例与分析第九章：嵌入式系统软件开发9.1 嵌入式软件的基本概念9.2 嵌入式操作系统与中间件9.3 嵌入式软件开发工具与环境9.4 嵌入式软件编程实践第十章：嵌入式系统应用案例分析10.1 嵌入式系统在工业控制中的应用10.2 嵌入式系统在消费电子中的应用10.3 嵌入式系统在医疗设备中的应用10.4 嵌入式系统在其他领域的应用案例分析第十一章：嵌入式系统与物联网11.1 物联网基本概念与架构11.2 嵌入式系统在物联网中的应用11.3 物联网设备的硬件与软件设计11.4 物联网安全与隐私保护第十二章：实时操作系统（RTOS）12.1 实时操作系统的基本概念12.2 RTOS的核心组件与特性12.3 常见的实时操作系统及其比较12.4 实时操作系统在嵌入式系统中的应用第十三章：嵌入式系统功耗管理13.1 嵌入式系统功耗概述13.2 低功耗设计技术13.3 动态电压与频率调整（DVFS）13.4 嵌入式系统的电源管理方案第十四章：嵌入式系统可靠性设计14.1 嵌入式系统可靠性概述14.2 故障模型与故障分析14.3 冗余设计技术与容错策略14.4 嵌入式系统可靠性评估与测试第十五章：现代嵌入式系统设计实践15.1 现代嵌入式系统设计挑战15.2 多核处理器与并行处理15.3 系统级芯片（SoC）设计与集成15.4 嵌入式系统设计的未来趋势重点和难点解析第一章：微处理器概述重点：微处理器的定义、发展历程、组成、工作原理、性能指标。
微处理器系统设计与应用
微处理器技术的不断进步，推动了电子信息产业 的升级，为各行各业的数字化转型提供了强大的 技术支持。
社会影响
微处理器广泛应用于智能终端、物联网、云计算 等领域，极大地改变了人们的生活方式和社会生 产模式。
对未来微处理器系统设计与应用的展望
更高效能
随着半导体工艺的持续进步，未来微处理器将具备更高的 运算效能和能效比，满足更复杂、更智能的应用需求。
网络通信
物联网设备之间需要进行数据传 输和通信，微处理器需要支持多 种通信协议（如Wi-Fi、蓝牙、 ZigBee等），以便设备能够与互 联网和其他设备进行连接和交互 。
04 微处理器未来发展趋势
微处理器技术发展方向
01
02
03
更高性能
随着技术的进步，微处理 器将具备更高的运算速度 和更低的功耗，以满足不 断增长的计算需求。
微处理器系统性能优化
流水线优化
通过优化流水线的调度和管理 ，可以提高处理速度。
缓存优化
通过合理使用缓存，可以减少 对内存的访问时间，提高处理 速度。
并行计算
通过使用多核处理器或多线程 技术，可以实现并行计算，提 高处理速度。
功耗优化
通过降低功耗和提高能效，可 以延长微处理器的使用寿命和
降低运行成本。
物联网中的微处理器应用
物联网设备
微处理器在物联网设备中发挥着 重要作用，如智能家居设备、智 能穿戴设备、智能农业设备等。 这些设备通过微处理器实现智能 化控制和数据处理，提高了设备 的便利性和功能性。
低成本与低功耗
在物联网设备中，成本和功耗是 重要的考虑因素。低成本和低功 耗的微处理器能够降低设备的生 产成本和维护成本，提高设备的 续航能力。
微处理器系统结构与嵌入式系统设计答案
“微处理器系统结构与嵌入式系统设计”第一章习题解答1.2 以集成电路级别而言，计算机系统的三个主要组成部分是什么？中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片1.3 阐述摩尔定律。
每18个月，芯片的晶体管密度提高一倍，运算性能提高一倍，而价格下降一半。
1.5 什么是SoC？什么是IP核，它有哪几种实现形式？SoC：系统级芯片、片上系统、系统芯片、系统集成芯片或系统芯片集等，从应用开发角度出发，其主要含义是指单芯片上集成微电子应用产品所需的所有功能系统。
IP核：满足特定的规范和要求，并且能够在设计中反复进行复用的功能模块。
它有软核、硬核和固核三种实现形式。
1.8 什么是嵌入式系统？嵌入式系统的主要特点有哪些？概念：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗的严格要求的专用计算机系统，即“嵌入到应用对象体系中的专用计算机系统”。
特点：1、嵌入式系统通常是面向特定应用的。
2、嵌入式系统式将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。
3、嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能。
4、嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键，对嵌入式处理器系统软件和应用软件的要求也和通用计算机有以下不同点。
①软件要求固体化，大多数嵌入式系统的软件固化在只读存储器中；②要求高质量、高可靠性的软件代码；③许多应用中要求系统软件具有实时处理能力。
5、嵌入式系统和具体应用有机的结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行的，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，就具有较长的生命周期。
6、嵌入式系统本身不具备自开发能力，设计完成以后用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。
第二章习题答案2.2 完成下列逻辑运算（1）101+1.01 = 110.01（2）1010.001-10.1 = 111.101（3）-1011.0110 1-1.1001 = -1100.1111 1（4）10.1101-1.1001 = 1.01（5）110011/11 = 10001（6）(-101.01)/(-0.1) = 1010.12.3 完成下列逻辑运算（1）1011 0101∨1111 0000 = 1111 0101（2）1101 0001∧1010 1011 = 1000 0001（3）1010 1011⊕0001 1100 = 1011 01112.4 选择题（1）下列无符号数中最小的数是( A )。
嵌入式微处理器分类
嵌入式微处理器分类：根据微处理器的字长宽度：微处理器可分为4位、8位、16位、32位、64位。
一般把16位及以下的称为嵌入式微控制器，32位以上的称为嵌入式微处理器。
根据微处理器系统集成度，可划分为两类：一般用途的微处理器，即微处理器内部仅包含单纯的中央处理单元；单芯片微控制器，即将CPU、Rom、RAM及I/O等部分集成到同一个芯片上。
根据嵌入式微处理器的用途：可分为以下几类：1、嵌入式微控制器（MCU），又称为单片机。
微控制器的片上外设资源通常比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。
微控制器芯片内部集成有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（PWM）、A/D、D/A、Flash、EEPROM等各种必要功能和外设。
微控制器的最大特点是单片化，功耗成本低，可靠性高。
常用的有8051、MCS系列、C540、MSP430系列等，目前，微控制器占嵌入式系统的约70%的市场份额。
2、嵌入式微处理器（EMPU）。
由通用计算机中的CPU发展而来，主要特点是具有32位以上的处理器，具有比较高的性能，价格也较高。
与计算机CPU不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其它的冗余功能部分，因此其体积小、重量轻、功耗低、成本低及可靠性高。
通常嵌入式微处理器把CPU、ROM、RAM及I/O等元件做到同一个芯片上，也称为单板计算机。
目前，主要的嵌入式微处理器有ARM、MIPS、POWER PC和基于X86的386EX等。
特点：嵌入式微处理器与通用CPU最大的不同在于嵌入式微处理器大多工作在为特定用户群所专用设计的系统中，它将通用CPU许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化，同时还具有很高的效率和可靠性。
嵌入式微处理器的体系结构可以采用冯·诺依曼体系或哈佛体系结构；指令系统可以选用精简指令系统（Reduced Instruction Set Computer，RISC）和复杂指令系统CISC（Complex Instruction Set Computer，CISC）。
ARM嵌入式系统简介
工业控制中的ARM嵌入式系统
工业控制
ARM嵌入式系统在工业控制领域的应用也非常广泛，如自动化生产线、机器人控制系统 等。通过ARM嵌入式系统，可以实现设备的远程控制、自动化运行和智能化管理等功能 ，提高工业生产的效率和稳定性。
ARM指令集的特点与优势
01 02 03 04
ARM指令集具有简单、高效、易于理解和实现的特点，使得ARM处 理器在功耗、面积和性能方面具有优秀的表现。
ARM指令集支持大量的寄存器和寻址模式，使得指令执行更加灵活 和高效。
ARM指令集还支持条件执行和并行执行，能够进一步提高处理器的 性能和效率。
ARM指令集的开放性和可定制性使得ARM处理器广泛应用于各种嵌 入式系统领域，如智能家居、物联网、智能终端等。
AI和机器学习
嵌入式系统将越来越多地用于实现人 工智能和机器学习功能，需要更高效 的算法和硬件实现。
安全性和可靠性
随着嵌入式系统在关键任务中的应用 增加，对安全性和可靠性的需求将更 高，需要更多的研究和投资来确保系 统的安全性和可靠性。
05
ARM嵌入式系统应用案例
智能家居中的ARM嵌入式系统
• 智能家居：ARM嵌入式系统在智能家居领域的应用广泛，如智能照明、智能 安防、智能环境监测等。通过ARM嵌入式系统，可以实现家居设备的远程控 制、自动化控制和智能化管理，提高生活便利性和舒适度。
疗器械等。
02
ARM架构与指令集
ARM架构简介
1
ARM架构是一种基于精简指令集（RISC）的微 处理器架构，具有低功耗、高性能、低成本等优 点。
嵌入式系统(STM32微处理器)实训指导书
嵌入式系统（STM32微控制器）实训指导书意法半导体公司的STM32微控制器具有32位字长的CPU，使用精简指令系统（RISC）。
精简指令系统的指令字长固定，译码方便，相对于复杂指令系统（CISC），精简指令系统的处理效率更高。
具有32位字长CPU的STM32系列微控制器的处理能力远高于8位和16位单片机，同时集成了与32位CPU相适应的强大外设（如双通道ADC、多功能定时器、7通道DMA、SPI等），能够完成过去一般单片机所无法达到控制功能。
现在，已经形成了以8位单片机为主流的低端产品和以32位微控制器为主流的高端产品两大市场。
对于自动化领域的从业人员，了解32位微控制器的结构、特点，掌握其使用方法，是很有必要的。
一、关于学习方法此前，我们已经学习过《C语言程序设计》、《微机原理》、《单片机原理及应用》等相关课程。
这些课程的学习是系统的、完整的、全面的，是有老师讲授的。
这种学习方法，适合在学校学习一些重要的基础理论课程。
在工作中，我们常常会遇到新的东西，需要以已有的知识作为基础，去解决问题、完成任务。
这就需要不同于前述的另一种学习方法。
这种方法是建立在自学基础上的，以解决实际问题为目的，允许通过局部的、模仿性的手段，来实现既定目标。
这种方法在工程实践中的应用是非常普遍的。
“白猫黑猫，能抓住老鼠就是好猫”。
能解决问题的方法就是好方法。
本次实训采取的方法是：将参考资料发给同学，同学自学其中需要的部分。
在指导教师引导下，体验各个控制项目、理解各组成部分，再以原控制软件为基础进行修改和移植，获得要达到的控制效果。
在本次实训中，我们使用的微控制器型号为STM32F103RB。
STM32F103RB是STM32微控制器系列中的一种，内部具有128KB程序存储器、20KB随机读写存储器、1个16位高级定时器、3个16位通用定时器、2个SPI、2个I2C、3个USART、1个USB、1个CAN、2个ADC。
芯片为64引脚LQFP封装，有51个I/O引脚。
嵌入式系统原理与应用技术
1.嵌入式系统的定义：一般都认为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，可满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功能有严格要求的专用计算机系统。
2.嵌入式系统的特征：（1）通常是面向特定应用的。
具有功耗低、体积小和集成度高等特点。
（2）硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣, 力争在同样的硅片面积上实现更高的性能,这样才能满足功能、可靠性和功耗的苛刻要求。
（3）实时系统操作支持。
（4 ）嵌入式系统与具体应用有机结合在一起，升级换代也同步进行。
（5）为了提高运行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般固化在存储器芯片中。
3.ARM嵌入式微系统的应用：工业控制、网络系统、成像和安全产品、无线通信、消费类电子产品。
4. ARM嵌入式微处理器的特点：（1）体积小、低功耗、低成本、高性能。
（2）支持Thumb（16 位）/ARM（ 32位）双指令集，兼容8位/16位器件。
（3）使用单周期指令，指令简洁规整。
（4）大量使用寄存器，大多数数据都在寄存器中完成，只有加载/存储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率。
（5）寻址方式简单灵活，执行效率高。
（6）固定长度的指令格式。
5.嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统、用户软件构成。
2.哈佛体系结构的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间。
3.嵌入式处理器主要有四种嵌入式微处理器（EMP）嵌入式微控制器（MC）嵌入式数字信号处理器（DSP、嵌入式片上系统（SoC）4.ARM7采用3级流水线结构，采用冯•诺依曼体系结构;ARM猱用5级流水线结构，采用哈佛体系结构。
5.ARM处理器共有37个32bit寄存器，包括31个通用寄存器和6个状态寄存器。
6.ARM体系结构可以用2种方法存储字数据，即大端格式和小端格式。
7.ARM处理器既支持32位的ARM旨令集又支持16位的THCM指令集。
8.ARM处理器有7种工作模式，他们分为两大类特权模式、非特权模式。
嵌入式系统实验指导书12级完全
嵌入式微处理器结构与应用实验指导书大连民族学院信息与通信工程学院目录第一章嵌入式实验箱资源介绍 (2)第二章基于ARM系统资源的实验 (17)实验一 ARM ADS1.2开发环境创建与简要介绍 (21)实验二 ARM的汇编语言程序设计 (30)实验三 ARM的I/O接口实验 (32)实验四串行通信程序设计 (36)实验五 ARM的中断实验................................... 错误！未定义书签。
第一章嵌入式实验箱资源介绍1.1 2440核心板规格◆ CPU处理器－ Samsung S3C2440AL，主频400MHz，最高533MHz。
◆ SDRAM内存－板载64MBSDRAM－ 32bit数据总线－ SDRAM时钟频率高达100MHz◆ Flash存储器－板载256MB Nand Flash，掉电非易失－板载2MB Nor Flash◆专业1.25V核心电压供电，完美解决CPU发热现象◆ 3个用户LED灯1.2 2440实验箱底板规格◆大电流5V供电，提供更加优质的供电，防止一切因为电源而引起的BUG；◆ LCD显示－板上LCD接口集成4线电阻式触摸屏接口，可以直接连接4线电阻式触摸屏，－支持黑白、4级灰度、16级灰度、256色、4096色STN液晶屏，尺寸从3.5寸到12.1寸，屏幕分辨率可以达到1024X768象素－支持黑白、4级灰度、16级灰度、256色、64K色、真彩色TFT液晶屏，尺寸从3.5寸到12.1寸，屏幕分辨率可以达到1024×768象素－ 2440实验箱的标准配置为SHARP 8英寸分辨率为640x480的TFT真彩液晶屏，自带触摸屏◆ 1个100M以太网RJ-45接口◆ 3个串行接口，其中两个为RS3232电平,以DB9接口引出，另一个是TTL电平，以扩展模块接口引出◆ 4个USB Host A型接口（支持USB1.1协议）◆ 1个USB Slave B型接口（支持USB1.1协议）◆ 1个SD卡存储接口◆ 1路立体声音频输出接口，1路音频输入接口◆ 1个2.54mm的20针Jtag接口，可以使用它进行软件仿真和单步调试以及下载u-boot ◆4x4的User Buttons◆板载AD转换测试◆板载PWM功能测试（控制直流电机调速）◆板载44Pin IDE接口◆板载实时时钟电池◆系统复位开关和指示灯◆ CAN总线接口◆多功能扩展接口◆两路DA◆开关量若干个◆ 8个数码管◆ 1个蜂鸣器◆ 8个LED灯◆ 1个VGA接口◆ 1个直流电机◆ 1个步进电机◆ 1个扩展FPGA模块的专用接口1.3 硬件资源分配◆地址空间分配和片选信号定义S3C2440芯片支持两种启动模式：一种是从Nand Flash启动；另一种是从Nor Flash 启动。
微处理器系统结构与嵌入式系统设计教学大纲教案
《微处理器系统结构与嵌入式系统设计》教学大纲教案课程英文名称：Microcomputer System Theory and Embedded System Design课程代码：E0130340 学时数：64 学分数：4课程类型：学科基础课程适用学科专业：工学，仪器仪表类、电气类、电子信息类、自动化类、计算机类各专业以及机械类、测绘类、航空航天类、能源动力类、交通运输类、生物医疗工程类各相关专业先修课程：数字逻辑设计及应用，高级语言程序设计，软件技术基础执笔者：编写日期：审核人：一、课程简介本课程是工学电子电气信息工程及相关专业的学科基础课程，与实践类课程《微处理器系统与嵌入式系统综合设计》（课程代码：K0175010）互为配套课程。
本课程在阐述通用微处理器系统的架构、组成及工作原理的基础上，介绍了基于ARM CPU的、现代嵌入式微系统的设计与实现技术。
课程全面涵盖了微处理器、存储器、总线及接口等计算机子系统，重点体现了嵌入式系统/片上系统中硬件电路和软件程序的协同工作原理与设计方法，具体讲述了微处理器中数据通路、控制部件及指令的实现技术、分层存储器设计技术、输入/输出接口控制技术，以及ARM微处理器程序设计技术、异常处理技术，嵌入式系统引导程序设计、接口驱动程序设计及操作系统移植等内容。
This course is a basic subject-centered course in electrical and electronic information engineering and other related specialties. It will be helpful to understand the knowledge of the co-requisite experimental course K0175010 - Microprocessor and Embedded System Laboratory.The architecture, organization and operation principles of general-purpose microprocessor systems will be elaborated, as well as the design and implementation technology for current embedded microsystems based on ARM CPU. The subsystems in a computer, including microprocessor, memories, buses, input/output interfaces and others, will be completely involved. The primary goal of this course is to studying the cooperated relationship between the hardware and software in an embedded system or a System-on-Chip, by discussing in detail on the design method for data path and the controller inside CPU, the implementation technology for hierarchy storage system, the control mode for peripherals, and the program skill for APPs, exception handlers, boot codes, drivers and operating system transplantation, and so on.二、课程目标本课程旨在培养学生深入理解微处理器芯片与嵌入式系统的架构、组成及工作原理，熟练掌握现代嵌入式微系统中硬件电路和软件程序的基本分析、设计与实现方法。
嵌入式技术及应用教学大纲
嵌入式技术及应用教学大纲教务处一、课程性质《嵌入式技术及应用》是一门重要专业必修课程，也可以是其他专业的选修课程。
该课程主要学习嵌入式系统设计原理及方法。
学习和掌握ARM微处理器结构及指令系统，嵌入式计算机平台，嵌入式操作系统及嵌入式系统的设计及分析方法。
二、课程目标（一）通过理论教学和实践教学，使学生掌握嵌入式体系结构，嵌入式处理器结构（ARM架构为主）（二）掌握异常处理，存储处理，系统控制过程，流水线作业及各种I/O接口（三）掌握嵌入式系统开发应用方法（四）掌握嵌入式操作系统，实时多任务操作系统，以及嵌入式OS支持下的应用方法（五）掌握中断概念、存储器映射的方式，掌握中断的具体发生/响应流程、存储器映射和具体寻址方式（六）了解不同嵌入是开发平台的区别三、参考学时115学时四、课程内容五、教学实施建议（1）该课程在教学中坚持教师讲授与学生讨论、理论教学与实践教学相互补充的教学方法。
（2）理论教学以课堂讲授为主。
并针对不同教学内容灵活使用讨论、自学、讲授-实验-总结等多种教学方法，其目的是引导学生的学习兴趣，鼓励学生去主动学习，深入思考。
（3）激发学生的学习潜能，在使学生更好掌握所学内容的同时，培养它们良好的学习方法及自主学习能力和对所学知识的运用能力。
（4）教学中鼓励教师在课堂上使用多媒体教学辅助手段，特别是讲述存储器分配/映射等细节时使用动画多媒体，是学生能更形象、更直观的理解存储器分配的内涵。
（5）采用启发式教学，加强学对基本概念、基本原理和基本分析方法的理解和训练，在教学活动中、以学生为主体，着重讲思路，讲原理和方法，对要点、概念反复强调，举一反三。
（6）针对学院教学大纲对课程的要求，选取差异化的教学方法。
强调课堂教学与实验教学密切联系。
实验课由专门的实验室开设。
第3章嵌入式处理器ppt课件
Inst1 Inst2 Inst3 Inst4 Inst5 Inst6 Inst7 Inst8
EXE
Inst1 Inst2 Inst3 Inst4 Inst5 Inst6 Inst7 Inst8 Inst9
ID
Inst1 Inst2 Inst3 Inst4 Inst5 Inst6 Inst7 Inst8 Inst9 Inst10
执行划分为多个顺序功能段（这些功能段可以被CPU中各个独立的电
路部件分别并行执行），充分利用指令流经过的CPU各电路部件的每
个时间段，并行处理多条指令，以最大限度的利用电路的潜能
▲
在日常生 活中， 随处都 可以看 到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
嵌入式处理器芯片内部架构
处理器核
高速总线
片上
或片
外存
储器
显示
设备
低速总线
▲
在日常生 活中， 随处都 可以看 到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
3.1.3 附属电路和I/O模块
➢ 附属电路
➢ I/O模块
处理器芯片与外部设备之间的交互和通信，通过芯
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在日常生 活中， 随处都 可以看 到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
▲
在日常生 活中， 随处都 可以看 到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
3.1.4 调试接口
CISC
CISC指复杂指令集计算机，它的目的是要用最少的
微处理器系统原理与应用
计算机系统结构
计算机系统结构是计算机科学的一个 重要分支，主要研究计算机硬件和软 件的组成、设计和实现。微处理器作 为计算机系统的核心部件，是计算机 系统结构的重要组成部分。
功耗、成本等因素。
设计合理的存储器层次 结构，包括高速缓存、 主存和辅助存储器等。
输入输出接口
设计合适的输入输出接 口，以满足与外部设备
的通信需求。
总线设计
设计高效的总线结构， 实现微处理器与各模块
之间的数据传输。
软件设计
操作系统
选择或设计适用于微处理器的操作系统，管 理硬件资源、调度任务等。
调试工具
VS
微处理器的发展推动了计算机系统结 构的不断演进。随着技术的进步，微 处理器的性能不断提高，功能越来越 强大，使得计算机系统的性能和功能 也得到了极大的提升。
人工智能与机器学习
人工智能和机器学习是当前计算机科学领域最热门的研究方向之一，它们的目标是让计算机能够像人 类一样具有智能和学习能力。微处理器作为人工智能和机器学习应用的硬件基础，发挥着至关重要的 作用。
微处理器的发展历程
01
1970年代初，微处理器诞生，如Intel 4004，主要用于计算器和控制 器。
02
1980年代，随着8位和16位微处理器的出现，微处理器开始广泛应用 于家用电器、工业控制等领域。
03
1990年代，32位微处理器逐渐成为主流，如Intel Pentium系列，广 泛应用于个人计算机和服务器。
04
进入21世纪，64位微处理器和多核处理器成为趋势，广泛应用于高 性能计算、云计算等领域。
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《嵌入式微处理器结构与应用》实训报告专业：电子信息工程学生姓名：学号指导教师：交通灯控制系统1 整体设计1.1 设计要求利用arm9实验箱扩展口控制各个路口红绿灯及时间显示，设计一个交通灯控制系统。
1.1.1设计任务设计一个十字路口的交通灯，它的红灯，绿灯，黄灯的闪烁必须符合交通规则，再用一个数码管来显示倒计时的时间，此时，灯的闪烁必须与数码管上的时间相对应。
1.1.2性能指标要求(1) 按照题目要求独立设计系统所需电路，并完成电路的实际制作。
（2)在十字交叉路口，东南西北各方向都设置红、黄、绿色信号灯，红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行，红灯灭之前3秒钟黄灯开始闪烁直到绿灯亮起后黄灯熄灭。
其中东西方向为主干道，南北方向为次干道，设置一位数码管，用来显示红灯和绿灯倒计时间，东西方向时间一致，南北方向时间一致。
（3）开机时主干道为9秒倒计时，次干道为6秒倒计时。
（4）单独设计人行道指示灯标志，当禁止行走时为红灯，当可以横穿马路时，绿灯亮起，在通行之前3秒钟黄灯开始闪烁(以警示行人)，最终红灯亮起绿灯熄灭。
（5）使用51单片机完成与arm9实验箱的连接，单片机模块只是完成通信与显示功能。
所以的控制只能在arm中实现（既断开接口连接，显示相关功能无效）。
1.2 整机实现的基本原理及框图1.2.1 基本原理主体电路：其分为两部分，一是由ARM9发送控制信号模块，二是由单片机完成通信与显示模块。
ARM9发送控制信号模块主要由S3C2410A的UART专用寄存器完成串口通信，已达到发送控制信号的目的,指示单片机的交通状态是东西方向亮绿灯还是南北方向和数码管的显示。
单片机完成通信与显示模块主要由AT89S52单片机的I/O 端口、定时计数器、外部中断扩展等组成,负责解读arm9试验箱发送来的数据，并把根据解读的数据控制交通灯的亮灭和数码管的显示。
1.2.2 总体框图2 各功能电路实现原理及电路设计 2.1 交通灯显示部分此模块是应用的16盏LED 灯，连接到51单片机的P1口，通过给P1口的管教赋值0/1，来实现16盏LED 灯的亮灭。
ARM 实验箱 发送 控制 指令 单片机系统 LED 灯显示交通状态数码管显示倒计时时间2.2 显示模块此模块设计采用共阴极数码显示，共阴极接低电平或者接地，其它管脚接段驱动电路输出端。
当某段驱动电路的输出为高电平，该端所连接的字符导通并点亮，根据发光字段的不同组合来显示出各种数字或者字符。
同样，要求驱动数码电路能提供额定的段导通电流，还需要根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。
这个设计采用一个共阴极数码管，采用排阻提供上拉电流数码管，以保证足够大的电流亮数码管。
本设计采用动态显示，电路如图所示：2.3 单片机复位电路上图为单片机复位的连接原理图，连接单片机复位管脚，按下按键时管脚与VCC导通，为高电平，单片机复位。
2.4 MAX232芯片MAX232芯片是专门为电脑的RS—232标准串口设计的接口电路，使用+5v单电源供电。
其内部结构基本分为三个部分：第一部分是电荷泵电路。
由1,2,3,4,5,6脚和4个104电容构成。
功能是产生+12v和—12v两个电源，提供给RS—232串口电平的需要。
第二部分是数据转换通道。
由7,8,9,10,11,12,13,14脚构成两个数据通道。
其中13脚（R1IN）,12脚（R1OUT）,11脚（T1IN）,14脚（T1OUT）为第一数据通道。
8脚（R2IN）,9脚（R2OUT）,10脚（T2IN）,7脚（T2OUT）为第二数据通道。
TTL/CMOS数据从T1IN,T2IN 输入转换成RS—232数据从T1OUT,T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS—232数据从R1IN,R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT,R2OUT输出。
第三部分是供电。
15脚DNG,16脚VCC（+5V）。
下图为MAX232引脚图：2.5 DB9插头DB9串口引脚定义① RS—232端（DB9母头/孔型）引脚定义引脚序号 2 3 5 1,4,6 7,8信号定义TXD RXD GND 内部相连内部相连②RS—232端（DB9公头/针型）引脚定义引脚序号 2 3 5 1,4,6 7,8信号定义RXD TXD GND 内部相连内部相连下图为DB9和MAX232的连接电路图：3 制作与调试过程3.1 制作过程：1认真分析任务要求，根据功能初步设计电路图并制作电路板。
2 对电路安装并调试，检查电路是否有短路和断路等情况。
3 接上5V电源，检查数码管和电源指示灯是否能够点亮。
4 对照任务编写相应程序模块，逐步调试，实现硬件各部分功能。
5 整体调试，并优化程序，完成其他部分和发挥部分。
3.2 调试遇到的问题及解决方法：本次实训调试部分是十分重要的，在我最初做好电路板的时候，满怀信心的觉得板子应该不会出现电路上的问题，刚开始的时候，我利用AVR_fighter这个下载软件，给电路板下载了一个以前实验的程序，结果发现电路板没有任何反应，电源指示灯，交通灯和数码管都不亮，刚开始我以为是我的原理图有错误，然后我在网上找到了AT89S52和MAX232的连接应用图，经过对比我肯定我的原理图是没有问题的，之后我向同学请教，同学建议我用万用表检测电路，是否存在短路，短路和虚焊的问题，最后发现电路板上有两处铜线断了，LED灯也有虚焊，最后再重新焊过一遍之后，数码管和电源指示灯也亮了，而且USB下载口能够成功下载程序，才能肯定电路板能正常工作。
接下来是最难调试的就是程序部分，刚开始编写ARM的汇编程序的时候，由于不懂51单片机和ARM试验箱是如何连接的，以实现相互间的通信，根本就无从下手，后来经张锟老师的提醒，才开始有点眉目，后来又在网上找了一些相关的资料，才完成了ARM 的程序。
其次，就是交通灯乱码现象，本来是黄灯闪烁三秒，但刚开始写的程序是黄、绿灯同时闪烁，人行道的红、绿灯同时亮灭，由于不认真计算数值导致的，按照PCB的摆灯方向一个一个认真的计算、检查解决了问题。
4 电路测试4.1 指标测试交通灯的显示符合交通规则，即红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行，红灯灭之前3秒钟黄灯开始闪烁直到绿灯亮起后黄灯熄灭。
数码管的倒计时没有错误，交通灯的切换和黄灯的闪烁都能实现，复位功能有效。
当拔掉串口线时所以功能停止，保持当前状态。
5 实训结论通过本次实训，我发现嵌入式微处理器技术应用性很强，只靠老师的课堂讲解远远不足，只有自己动手去做才能发现自己的不足，许多程序看似简单，但真正去做才知道并没有自己想像那么简单，自己的基础知识很薄弱，比如这次我ARM部分程序我用的是汇编语言编写的，汇编语言是在学习单片机的时候才开始接触的，所以很多东西都不是很懂，这就加大了我们做实训的难度。
51单片机部分的程序我选择了用C语言编写，C语言从大一到现在我们都一直在接触，相对比较熟悉，而且我就能够对C语言进行一个复习，这样忘记的知识也能够重新回忆起来，而且调试程序也是一个非常好的学习过程，因为我们必须弄清楚我们错在哪里，才能够进行修改，才能够把我们理解错误的知识点改过来。
本次实训开题之后，需要对资料进行查找，查找MAX232和AT89S52这两块芯片结合应用的资料，也查阅了关于MAX231和DB9插头的相关资料。
结合芯片资料和网上的MAX232和AT89S52的应用例子，确定了原理图的画法。
最后根据电路板的设计，才开始编写程序。
通过这次实训，我对51单片机的工作原理有了进一步的了解，特别是P3.0(RXD串行接受),P3.1(TXD串行发送)这两个管脚，之前做单片机实训的时候，都是将P3口的管脚用作I/O口，并不利用P3口的第二功能。
同时也对MAX232和DB9插头之间的数据传输和通信协议有了一定了解。
在实训验收的时候，对自己的表现不是很满意，比如韩桂明老师问的第一个问题，在拷贝一个Keil工程时，那些文件是必须拷走，才能打开工程进行调试，由于平时从没有注意个这个问题，所以我没有回答上，后来验收完后，特意的打开工程，做了个实验，下知道，拷贝工程走，必须拷贝*.Uv2和*.c的文件，才能成功打开工程，进行编译之后，生成*.OBJ 和*.LST等文件。
对于韩老师的另一个问题MAX232的4个104电容的作用，我回答的是用来实现RS232所需的±12V电平（RS232高电平是-12V、低电平是+12v）,而韩老师说，有个专用名词，回来经查阅资料，个人认为应该是MAX232所采用的方法是利用电荷泵（charge pump）抬升电压，因此需要这4个储能电容。
在这几个问题中，关于在ARM9程序中，在发送完指令字符后，是否继续发送一个空字符的问题，当时由于紧张，没有回答清楚，在验收结束后，我再次修改程序，验证我的想法是否正确，最后通过实验，证明我的想法是正确的，并且下午再次找到韩老师，说明了我的想法，最后也得到了韩老师的肯定，感觉自己的努力得到了肯定，这点让我很高兴。
在这次实训过程中，体现出自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用，并从中发现了自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
这次实训要感谢老师的耐心细致的答疑，和同学的帮助，才使得我本次的实训能够顺利完成。
总之，在本次实训中收获很多，体会到了收获的满足感。
我想对于我今后的学习我有了更清楚的思路。
参考文献[1] 谢自美等编著.电子线路设计.实验.测试（第三版）[M].武汉：华中科技大学出版社,2006.[2] 张勇编著.ARM原理与C程序设计（第一版）[M]西安：西安电子科技大学出版社.2009.[3] 关永等编著.ARM嵌入式微处理器体系结构及汇编语言程序设计（第一版）[M]：电子工业出版社.2010.[4] 王波波等编著.ARM9完全学习手册（第一版）[M]北京：化学工业出版社.2012.[5] 百度文库. MAX232与单片机通信电路图/view/6303f2d326fff705cc170a26.html，2013.6.29附录1.元件明细表2.电路原理图3.PCB图。