嵌入式系统

（Embedded system）

注：课程类别是指通识类平台课/学科平台课/专业核心课/专业课/；课程性质是指必修/限选/任选

一、课程的性质和目的

课程性质：本课程是电子信息工程及通信工程专业的必修课，融合了计算机软/硬件技术、通信技术和半导体微电子技术；本课程主要学习将相应的计算机直接嵌入到应用系统中去电子系统设计方法，具有很强的工程实践性。

目的：使学生通过本课程的学习，了解嵌入式处理器ARM微处理器体系结构及指令系统，了解32位嵌入式处理器总体结构、存储器组织、系统控制模块和I/O外围控制模块，掌握嵌入式系统的分析与设计方法，了解各种嵌入式操作系统开发应用方法和嵌入式网络技术；能够进行实际系统的设计与分析。

二、课程教学内容及基本要求

本课程以ARM9微处理器S3C2440为核心，以实验教学系统为平台，介绍嵌入式系统基础、ARM9体系结构、指令系统、嵌入式系统程序开发、S3C2440系统电路及接口技术、嵌入式Linux操作系统、Boot Loader、嵌入式系统设计等内容。通过理论教学和实践教学，使学生掌握嵌入式系统体系结构，嵌入式处理器结构（ARM架构为主），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；嵌入式系统开发应用方法；嵌入式操作系统，实时多任务操作系统，以及在嵌入式OS支持下的开发应用方法。

（一）课程教学内容及知识模块顺序

1．知识单元一绪论 （学时：1 ）

（1）知识点一：什么是嵌入式系统,嵌入式系统的发展概况

（2）知识点二：嵌入式系统的特征

（3）知识点三：嵌入式系统的应用,以微处理器为核心嵌入式系统设计所面临的问题

（4）知识点四：嵌入式系统的开发工具

教学基本要求：

本章主要介绍什么是嵌入式系统、嵌入式系统的发展概况、嵌入式系统的特征、应用领域、嵌入式系统开发工具。

2． 知识单元二: ARM9体系结构（2学时）

（1）知识点一：ARM微处理器系列介绍

（2）知识点二：ARM微处理器的特征

（3）知识点三：ARM微处理器的存储组织结构

（4）知识点四：ARM微处理器的异常

（5）知识点五：ARM寻址方式

教学基本要求：

本章主要介绍ARM系列介绍、ARM9微处理器特征、ARM9处理器核体系结构、 ARM9处理模式和状态、ARM9存储器组织、存储器格式、异常类型、异常的优先级及向量、异常的进入和退出、ARM寻址方式。

3． 知识单元三: ARM9汇编语言（1学时）

（1）知识点一：ARM9指令集

（2）知识点二：Thumb指令集

（3）知识点三：汇编程序设计

（4）知识点三：系统引导程序

教学基本要求：

本章主要介绍ARM9指令集包括存储器访问指令、数据处理指令、分支指令、协处理器指令、杂项指令；Thumb指令集包括存储器访问指令、数据处理指令、分支指令、中断和断点指令、Thumb伪指令。ARM汇编程序规范、ARM汇编程序特点、混合编程、C／C++和ARM汇编程序间相互调用。

4． 知识单元四: 存贮系统机制及存储器接口（2学时）

（1）知识点一：CPU总线，总线定时、数据读写、中断、DMA，

（2）知识点二：存储系统及管理

（3）知识点三：存储器接口设计方法

（4）知识点四：S3C2440存储系统

教学基本要求：

本章主要介绍CPU总线、总线定时、数据读写、存储系统及管理、存储器接口设计方法、S3C2440存储系统等

5． 知识单元五: 中断系统（2学时）

（1）知识点一：中断方式原理

（2）知识点二：S3C2440中断系统

（3）知识点三：中断编程示例

教学基本要求：

本章主要介绍嵌入式系统中断方式原理、S3C2440中断系统、中断编程示例。

6． 知识单元六: GPIO（2学时）

（1）知识点一：GPIO端口功能

（2）知识点二：音频接口

（3）知识点二：视频接口

教学基本要求：

本章主要介绍GPIO端口功能、音频接口、视频接口。

7． 知识单元七: 定时部件（2学时）

（1）知识点一：定时部件的原理

（2）知识点二：看门狗定时器

（3）知识点二：RTC部件

（4）知识点二：TIMER部件

教学基本要求：

本章主要介绍定时部件的原理、看门狗定时器、RTC部件、TIMER部件。

8． 知识单元八: 通信网络接口（2学时）

（1）知识点一：异步串行通信接口

（2）知识点二：SPI通信接口

（3）知识点二：IIC 总线接口技术

（4）知识点二：CAN总线接口技术

（5）知识点二：以太网接口技术

教学基本要求：

本章主要介绍异步串行通信接口、SPI通信接口、IIC 总线接口技术、CAN总线接口技术、以太网接口技术。

9． 知识单元九: 人机接口技术（2学时）

（1）知识点一：键盘接口

（2）知识点二：LED显示器接口

（3）知识点二：LCD显示器接口

（4）知识点二：触摸屏接口

教学基本要求：

本章主要介绍人机接口技术:键盘接口、LED显示器接口、LCD显示器接口、触摸屏接口。

（二）课程的重点、难点及解决办法

重点：（1）嵌入式系统的特征、嵌入式系统的应用、嵌入式系统设计过程；（2）ARM体系结构、ARM处理模式和状态、ARM存储器组织、存储器格式、异常类型、异常的优先级及向量、异常的进入和退出、ARM寻址方式；（3）ARM、Thumb指令集，伪指令，ARM汇编；（4）CPU总线、总线定时，I/O接口芯片的寻址、I/O设备；（5）嵌入式Linux开发、Windows CE系统开发；（6）bootloader技术、系统节电技术。

难点：（1）嵌入式系统设计过程；（2）ARM存储器组织、存储器格式、异常类型、异常的优先级及向量、异常的进入和退出；（3）伪指令，ARM汇编；（4）总线定时、数据读写、中断、DMA、存储器及存储系统机制；（5）嵌入式系统进程模式、文境切换、进程状态、进程调度、进程间通信、信号机制、管道、内存管理、设备驱动管理、中断处理；（6）bootloader技术、系统节电技术。

解决办法：理论课的课堂教学要充分利用多媒体技术辅助课堂教学，从学生已掌握的知识引出新的内容，以较自然的方式引入新内容，以项目增认识，增加理解，促进应用。

重点难点在讲授时，对容易出错的内容反复讲反复练，注重精讲细讲，注重方法技巧，再通过练习和实践加以巩固，从而达到预期的效果。

三、实验实践环节及基本要求

1．实验实践教学环节在本课程中的作用及要求

本课程是实践性很强的课程，上机实验环节对于整个课程的学习至关重要。学生通过上机实验才能更好地理解理论知识，将这些理论知识真正用于程序中解决问题。上机实验环节重在培养学生运用ARM9进行接口设计及编程技术，进一步进行嵌入式Linux操作系统移植，设计bootloader程序和驱动程序，提高学生学习应用能力。

    2．实验项目课内实验32学时：

实验一：ADS1.X集成开发环境（学时：2）

实验二：C与汇编混合编程（学时：2）

实验三：s3c2440启动文件分析（学时：2）

实验四：S3C2440GPIO 跑马灯（学时：2）

实验五：s3c2440外部中断操作（学时：2）

实验六：s3c2440的PWM应用（学时：2 ）

实验七：s3c2440定时器中断的应用（学时：2）

实验八 ：s3c2440的UART用法（学时：2）

实验九：s3c2440的LCD应用（学时：2）

实验十：s3c2440的LCD字符显示（学时：2）

实验十一 ：s3c2440实时时钟的应用（学时：2）

实验十二、s3c2440实时时钟中断（学时：2）

实验十三、s3c2440的IIC应用——读写AT24C02A（学时：2）

实验十四、s3c2440的A/D转换应用（学时：2）

实验十五、s3c2440的触摸屏应用与校正（学时：2）

实验十六、s3c2440的IIS应用——放音与录音（学时：2）

四、本课程与其它课程的联系与分工

对本课程是一门软硬件相结合的课程，要求学生具有扎实的软硬件基础以及程序开发能力，能够在嵌入式实验平台上完成相应的嵌入式产品的开发。

先修课程：《电子线路》、《计算机组成原理》、《C程序设计》、《汇编语言程序设计》、《单片机原理与应用》、等，具体要求是：《电子线路》、《计算机组成原理》着重学习数字逻辑单元电路的构成、寻址、指令设计、计算机流水线、存储器、运算器、控制器的基本构造和原理；《C程序设计》、《汇编语言程序设计》着重学习各种指令、语法、算法；《单片机原理与应用》着重学习输入输出系统、内存管理、CPU、计算机接口技术。

    五、学生能力培养的要求

    通过本课程的学习，使学生在掌握嵌入式处理器ARM微处理器体系结构，学习将相应的计算机直接嵌入到应用系统中去电子系统设计方法，理解嵌入式操作系统内核和移植的方法，能编写简单的驱动程序，建立应用系统，认识bootloader技术、系统节电技术，运用嵌入式处理器进行数字系统设计的能力，面对实际问题时独立分析和解决问题的能力，自主学习的能力。

六、课程学时分配

总学时48学时，课内实验32学时。课程主要内容和学时分配见课程学时分配表。

课程学时分配表

七、主要教学方法

1、项目引导法，项目-任务-知识-应用，围绕中心，举一反三。

2、每次课需要留课外实验项目和项目中任务。

八、建议教材和主要教学参考书目

1．教材

    [1] 《嵌入式系统原理及接口技术》，符意德主编，清华大学出版社出版社，2013-8第2版

实验教材未定

2．主要参考书

[1]《嵌入式系统教程》，张晨曦、韩超、沈立、李江峰、陈渝，清华大学出版社，2010年

九、课程考核

    考核性质：考试

    考试方法：开卷

    成绩评定：按《三江学院考试工作管理规定》的要求，总评成绩由平时成绩和期末成绩组成。平时成绩占总评的40%，期末成绩占总评的60%。

执笔人：夏汉初    审核人：赵航    教学院长（主任）：王芳

注：审核人一般为本专业负责人。