1、微處理器系統(tǒng)結構與嵌入式系統(tǒng)設計 第一章第一章 概述概述 一一計算機的應用形式計算機的應用形式 二二通用計算機與嵌入計算通用計算機與嵌入計算 機機 三三普適計算與泛在通信普適計算與泛在通信 四四計算機的發(fā)展與半導體技術計算機的發(fā)展與半導體技術 五五機械式計算機、電子式計算機、機械式計算機、電子式計算機、 SoC、NoC 六六http:/ VCourse.action?courseId=ff80 cc0142544ea89f09e6&resId= ff80 cc0142546550cd09f3 七七嵌入式嵌入式(計算機計算機)系統(tǒng)系統(tǒng) 八八 概念、特點、組成、發(fā)概念、特點、組成、發(fā) 展趨勢展趨勢

2、 九九課程體系介紹課程體系介紹 2021-7-17 2/ 31 第 一 章 結 束 計算機是什么？計算機是什么？ 2021-7-17 4/ 31 計算機的分類計算機的分類 后后PC時代：通用計算機、嵌入式計算機時代：通用計算機、嵌入式計算機 2021-7-17 無處不在 5/ 31 CPU 90% 90% 10% ICT 2021-7-17 l 云計算云計算 l 3D打印打印 l 智能數(shù)據(jù)智能數(shù)據(jù) l 軟件定義數(shù)據(jù)中心軟件定義數(shù)據(jù)中心 l 移動身份移動身份 l 智能機器智能機器 l 可穿戴設備可穿戴設備 l 超安全設備超安全設備 l 開發(fā)和運維開發(fā)和運維 科幻科幻 vs. 科技科技 7/ 31

3、 2015將大放異彩將大放異彩 的九大科技產(chǎn)品的九大科技產(chǎn)品 http:/wribao.p gory/tech/2806 1.html 未來未來5年互聯(lián)網(wǎng)的年互聯(lián)網(wǎng)的 十大創(chuàng)新十大創(chuàng)新 微信：戰(zhàn)略前沿微信：戰(zhàn)略前沿 技術技術 l 人機數(shù)一體人機數(shù)一體 l 云腦新人類云腦新人類 l 數(shù)據(jù)驅動服務數(shù)據(jù)驅動服務 l 泛化商業(yè)泛化商業(yè) l 及時滿足和按需工作及時滿足和按需工作 l 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng) l 數(shù)據(jù)物質化數(shù)據(jù)物質化 l 全面創(chuàng)客全面創(chuàng)客 l 平臺敏捷創(chuàng)新平臺敏捷創(chuàng)新 l 創(chuàng)新協(xié)同網(wǎng)創(chuàng)新協(xié)同網(wǎng) 2021-7-17 l 移動云移動云 Emergence of the Mobile Cloud l 物聯(lián)

4、網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng) From Internet of Things to Web of Things l 大數(shù)據(jù)大數(shù)據(jù) From Big Data to Extreme Data l 3D打印打印 The Revolution Will Be 3D l 在線課程在線課程 Supporting New Learning Styles l 下一代移動網(wǎng)絡下一代移動網(wǎng)絡 Next-generation mobile networks l 身份識別與隱私身份識別與隱私 Balancing Identity and Privacy l 智慧醫(yī)療智慧醫(yī)療 Smart and Connected Healthcare

5、 l 電子政務電子政務 E-Government l 科學云計算科學云計算 Scientific Cloud Computing IEEE計算機協(xié)會評出的計算機協(xié)會評出的2014十大技術潮流十大技術潮流 8/ 31 IT業(yè)有名的幾大定律業(yè)有名的幾大定律 1.Moore1.Moore定律（定律（19651965年）年） 集成電路內(nèi)可容納晶體管的數(shù)目每集成電路內(nèi)可容納晶體管的數(shù)目每1818個月翻個月翻 一番；一番； 2.Bell2.Bell定律（定律（19721972年）年） 由于半導體、存儲、接口和網(wǎng)絡方面的技術由于半導體、存儲、接口和網(wǎng)絡方面的技術 進步，每進步，每1010年會有一類新的計算設

6、備誕生：巨年會有一類新的計算設備誕生：巨 型機、微機、工作站、平板電腦、可穿戴設型機、微機、工作站、平板電腦、可穿戴設 備備 3.Metcalfe3.Metcalfe定律（定律（19931993年）年） 網(wǎng)絡價值同網(wǎng)絡用戶數(shù)的平方成正比；網(wǎng)絡價值同網(wǎng)絡用戶數(shù)的平方成正比； 4.Gilder4.Gilder定律（定律（19961996年）年） 未來未來2525年里，主干網(wǎng)帶寬將每年里，主干網(wǎng)帶寬將每6 6個月增加一個月增加一 倍；倍； 2021-7-17 9/ 31 從機械到電子從機械到電子,從模擬到數(shù)字，從專用到通用從模擬到數(shù)字，從專用到通用 2021-7-17 刻石計數(shù)刻石計數(shù) 算算 盤盤

7、1642年第一臺機械計算機年第一臺機械計算機 圖林炸彈（圖林炸彈（1938-1940） 第一臺第一臺 通用數(shù)通用數(shù) 字電子字電子 計算機計算機 ENIAC (1946) 10/ 31 電子技術和半導體技術的發(fā)展電子技術和半導體技術的發(fā)展 2021-7-17 電子管電子管(vacuum tube) 第一個晶體管第一個晶體管(transistor) (1947) 集成電路集成電路 Integrated Circuit 固態(tài)電路固態(tài)電路 Solid-state circuit （1958） 仙童公司制造的仙童公司制造的 IC（1960） 現(xiàn)代數(shù)字信號處現(xiàn)代數(shù)字信號處 理芯片理芯片 11/ 31 半導

8、體技術的迅猛發(fā)展半導體技術的迅猛發(fā)展 IC技術：技術：SSI/MSI- LSI- VLSI- ULSI- GLSI- 晶圓尺寸：晶圓尺寸：100mm-125mm-150mm-200mm-300mm- 400mm 特征尺寸：特征尺寸：3m-2m-1.2m-0.8m-0.5m- 0.35m-0.25m- 0.18m-0.13m-90nm-65nm- 45nm -22nm-18nm-15nm-7nm 系統(tǒng)級芯片系統(tǒng)級芯片 (SOC) 與片上網(wǎng)絡與片上網(wǎng)絡(NOC) 2021-7-17 3D IC技術技術 NoC SoC 計算機發(fā)展的主要階段計算機發(fā)展的主要階段 第零代（第零代（16421945年）機

9、械計算器和繼電器計算器年）機械計算器和繼電器計算器 第一代（第一代（19461955年）電子管計算機年）電子管計算機 以電子管為邏輯部件，以陰極射線管、磁芯和磁鼓等為存儲手段。軟件以電子管為邏輯部件，以陰極射線管、磁芯和磁鼓等為存儲手段。軟件 采用機器語言，后期采用匯編語言。采用機器語言，后期采用匯編語言。 第二代（第二代（19551965年）晶體管計算機年）晶體管計算機 以晶體管為邏輯部件，內(nèi)存用磁芯，外存用磁盤。軟件廣泛采用高級語以晶體管為邏輯部件，內(nèi)存用磁芯，外存用磁盤。軟件廣泛采用高級語 言，并出現(xiàn)了早期的操作系統(tǒng)。言，并出現(xiàn)了早期的操作系統(tǒng)。 第三代（第三代（19651980年）集成

10、電路計算機年）集成電路計算機 以中小規(guī)模集成電路為主要部件，內(nèi)存用磁芯、半導體，外存用磁盤。以中小規(guī)模集成電路為主要部件，內(nèi)存用磁芯、半導體，外存用磁盤。 軟件廣泛使用操作系統(tǒng)，產(chǎn)生了分時、實時等操作系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡軟件廣泛使用操作系統(tǒng)，產(chǎn)生了分時、實時等操作系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡 第四代（第四代（1980年至今）個人計算機年至今）個人計算機 以以LSI、VLSI為主要部件，以半導體存儲器和磁盤為內(nèi)、外存儲器。在為主要部件，以半導體存儲器和磁盤為內(nèi)、外存儲器。在 軟件方法上產(chǎn)生了結構化程序設計和面向對象程序設計的思想。網(wǎng)絡操軟件方法上產(chǎn)生了結構化程序設計和面向對象程序設計的思想。網(wǎng)絡操 作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)

11、庫管理系統(tǒng)得到廣泛應用。微處理器和微型計算機也在這作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)得到廣泛應用。微處理器和微型計算機也在這 一階段誕生并獲得飛速發(fā)展。一階段誕生并獲得飛速發(fā)展。 第五代第五代 無所不在的計算機無所不在的計算機 生物計算機、模糊計算機、光計算機、量子計算機、超導計算機、生物計算機、模糊計算機、光計算機、量子計算機、超導計算機、 2021-7-17 14/ 31 2021-7-17 嵌入式嵌入式(計算機計算機)系統(tǒng)系統(tǒng) 2021-7-17 物聯(lián)網(wǎng)技術物聯(lián)網(wǎng)技術 http:/ cc0142544ea89f09e6&resId=ff80 cc0142546550cd09f5 嵌入式系統(tǒng)的定義嵌入

12、式系統(tǒng)的定義 IEEE定義定義 devices used to control, monitor， or assist the operation equipment , machinery or plants 國內(nèi)普遍認同的定義國內(nèi)普遍認同的定義 以各種形態(tài)嵌入到對象體系中的專以各種形態(tài)嵌入到對象體系中的專 用計算機系統(tǒng)用計算機系統(tǒng) 芯片級（芯片級（MCU、SoC） 板級（單板、模塊）板級（單板、模塊） 設備級（工控機）設備級（工控機） Embedded System Embedded Computer System Embedded Real-time System Embedded De

13、vice 2021-7-17 18/ 31 以應用為中心以應用為中心 軟、硬件可軟、硬件可 裁剪裁剪 對體積、功對體積、功 耗、實時性、耗、實時性、 可靠性、功能、可靠性、功能、 成本等有嚴格成本等有嚴格 約束約束 嵌入式系統(tǒng)的特點嵌入式系統(tǒng)的特點 2021-7-17 19/ 31 硬件硬件 軟件軟件 開發(fā)系統(tǒng)開發(fā)系統(tǒng) 嵌入式處理器嵌入式處理器 存儲器系統(tǒng)存儲器系統(tǒng) 外部接口外部接口 EMPU EMCU EDSP ESoC EPSoC 程序ROM 數(shù)據(jù)RAM 參數(shù)EEPROM NVRAM 并行接口 串行接口 音視頻接口 網(wǎng)絡接口 嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng) 應用軟件應用軟件 VxWorks

14、c/OS Windows CE 嵌入式Linux 編譯器 鏈接器 調試器 集成軟件環(huán)境集成軟件環(huán)境 硬件工具硬件工具仿真器 編程器 在線調試工具 外圍設備外圍設備 鍵盤 LCD 存儲設備 音頻設備 專用設備 嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的組成 2021-7-17 20/ 31 2021-7-17 2021-7-17 22/ 53 2021-7-17 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 一一網(wǎng)絡化、支持分布式計算網(wǎng)絡化、支持分布式計算 二二可編程、可在線更新可編程、可在線更新 三三集成度提高、集成度提高、SoC/NoCSoC/NoC 四四開發(fā)平臺的完備化開發(fā)平臺的完備化 五五友好的人機界面友

15、好的人機界面 六六 2424 2021-7-17 微型化、集成化、智能化、網(wǎng)絡化微型化、集成化、智能化、網(wǎng)絡化 24/ 31 計算機類專業(yè)基礎課程計算機類專業(yè)基礎課程 核心核心 系統(tǒng)架構系統(tǒng)架構 軟件基礎軟件基礎 本課程涉及主要內(nèi)容：本課程涉及主要內(nèi)容： 計算機體系結構與組成原理；計算機體系結構與組成原理； 微處理器系統(tǒng)結構；微處理器系統(tǒng)結構； 嵌入式系統(tǒng)設計技術；嵌入式系統(tǒng)設計技術； 硬件基礎硬件基礎 2021-7-17 相關知識及課程相關知識及課程 v 數(shù)字邏輯設計（先修）數(shù)字邏輯設計（先修） v EDA設計技術設計技術 v 數(shù)模混合數(shù)模混合IC設計技術設計技術 v 匯編語言程序設計匯編語

16、言程序設計 v C語言程序設計語言程序設計 v 計算機組成原理與系統(tǒng)結構計算機組成原理與系統(tǒng)結構 v 嵌入式系統(tǒng)設計嵌入式系統(tǒng)設計 v 嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng) 2021-7-17 26/ 31 教學改革的思路教學改革的思路 2021-7-17 新教材新教材 第第1章章 概述概述 第第2章章 計算機系統(tǒng)組成與工作原理計算機系統(tǒng)組成與工作原理 第第3章章 微處理器體系結構及關鍵技術微處理器體系結構及關鍵技術 第第4章章 總線技術與總線標準總線技術與總線標準 第第5章章 存儲器系統(tǒng)存儲器系統(tǒng) 第第6章章 輸入輸入/輸出接口輸出接口 第第7章章 ARM微處理器編程結構微處理器編程結構 第第8章章

17、 ARM匯編語言匯編語言 第第9章章 ARM程序設計程序設計 第第10章章 基于基于ARM微處理器的硬件系微處理器的硬件系 統(tǒng)設計統(tǒng)設計 第第11章章 基于基于ARM微處理器的軟件系微處理器的軟件系 統(tǒng)設計統(tǒng)設計 第第12章章 基于基于ARM微處理器核的微處理器核的SOC 設計設計 老教材老教材 第第1章章 概述概述 第第2章章 微處理器微處理器 與系統(tǒng)結構與系統(tǒng)結構 第第3章章 80X86 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) 第第4章章 宏匯編語宏匯編語 言程序設計言程序設計 第第5章章 存儲器存儲器 第第6章章 微機接口微機接口 基礎基礎 第第7章章 中斷中斷 第第8章章 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線 與接口技術與接口技術 第第9章章 微機接口微機接口 芯片及應用芯片及應用 27/ 31 教材及推薦參考書教材及推薦參考書 v微處理器系統(tǒng)結構及嵌入式系統(tǒng)設計（第二版）微處理器系統(tǒng)結構及嵌入式系統(tǒng)設計（第二版） v李廣軍等，電子工業(yè)出版社李廣軍等，電子工業(yè)出版社 ，20112011 v微機系統(tǒng)原理與接口技術微機系統(tǒng)原理與接口技術 v李廣軍等，電子科技大學出版社，李廣軍等，電子科技大學出版社，200