《微机原理与系统设计》教学大纲
课程编号：CE3004
课程名称：微机原理与系统设计英文名称：Microcomputer Principle and System Design 学分/学时:2/32课程性质：必修
适用专业：信息安全、网络工程建议开设学期：4
先修课程：数字电路与逻辑设计、C语言
开课单位：网络信息安全学院
一、课程的教学目标与任务
教学目标与任务：通过课程学习使学生能够理解微处理器系统的基本原理和设计方法，掌握利用汇编和C语言进行微处理器系统的基本应用开发技巧。

通过教学实践，提高学生利用计算机技术解决现实工程问题的动手能力。

以计算机思维方法为导向，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的综合素质。

主要教学内容包括：
1. 熟练掌握微处理器系统的基本组成结构，掌握微处理器系统的存储结构与寻址。

2. 熟练掌握ARM系统的基本结构、寻址方式和指令。

3. 熟练掌握汇编程序的基本流程、堆栈、子程序以及软中断。

4. 熟练掌握与C语言混合编程。

5. 熟练利用汇编和C语言进行简单应用开发。

6. 熟练掌握微处理器系统的组成结构、总线结构、中断系统和DMA系统。

7. 熟练掌握系统总线及存储器和外部设备的接口设计与开发。

8. 熟练利用汇编语言和C语言进行设备驱动开发。

9. 熟练利用嵌入式实时操作系统进行综合应用开发。

二、课程具体内容及基本要求
（一）微处理器系统基础（1学时）
学习微处理器系统的基本构架及操作机制。

1. 基本要求
（1）掌握微处理器系统的基本构架和内部结构；
（2）掌握存储系统以及访问机制。

2. 重点与难点
重点：微处理器内部结构、系统总线、存储寻址
难点：存储寻址
3.作业及课外学习要求：
课外学习：绘出微处理器系统的结构及基本工作原理（二）ARM系统（1学时）
学习ARM处理系统基本构架及操作机制
1. 基本要求
（1）熟练掌握ARM处理器基本构架；
（2）熟练掌握编程语言和调试平台。

2. 重点、难点
重点：寄存器、编程语言、调试平台
难点：存储器寻址
3.作业及课外学习要求：
课外练习：练习编程和调试平台
（三）ARM存储系统访问（4学时）
学习ARM对存储系统的访问操作
1. 基本要求
（1）熟练掌握存储系统访问指令及寻址方式；
（2）熟练掌握单寄存器和多寄存器的存储器访问操作；（3）熟练掌握堆栈与队列操作。

2. 重点、难点
重点：指令格式、寻址、堆栈操作
难点：堆栈操作
3.作业及课外学习要求：
课外练习：练习存储系统的访问指令和操作。

（四）ARM数学逻辑运算（1学时）
学习ARM的基本数学逻辑运算指令
1. 基本要求：
熟练掌握算术运算、逻辑运算和移位等指令。

2. 重点、难点
重点：基本表达式、算术移位与逻辑移位。

难点：无
3.作业及课外学习要求：
课外练习：练习数学逻辑运算指令。

（五）ARM转移控制（3学时）
学习比较、转移、分支结构、循环结构。

1. 基本要求
熟练掌握比较、转移、分支结构、循环结构。

2. 重点、难点
重点：条件判定、转移、分支、循环
难点：循环
3.作业及课外学习要求：
课外练习：练习分支和循环结构。

（六）ARM子程序（3学时）
学习子程序调用指令及参数传递方式。

1. 基本要求
（1）熟练掌握子过程定义和调用要求；
（2）熟练掌握三种参数传递方式；
（3）在过程中能够熟练应用堆栈；
2. 重点、难点
重点：子过程调用及参数传递、局部变量分配、过程调用
难点：参数传递、局部变量分配
3.作业及课外学习要求：
课外练习：练习子过程调用。

（七）ARM异常机制（3学时）
学习ARM的异常机制基本原理及软中断应用
1. 基本要求
（1）理解ARM的异常机制基本原理和模式切换
（2）熟练掌握异常响应基本流程，主要是返回地址计算和返回时地址与状态字的获取；（3）熟练掌握软中断的概念，并能够熟练设计软中断并应用。

2. 重点、难点
重点：异常处理基本原理、异常处理程序规范、软中断应用。

难点：软中断应用
3.作业及课外学习要求：
课外练习：练习其异常产生及软中断处理。

（八）ARM输入输出（3学时）
学习基本的通用IO口及异步串口操作。

1. 基本要求
（1）熟练应用通用IO口进行输入输出操作；
（2）熟练应用异步串口进行数据通信操作；
2.重点、难点
重点：基本结构、操作流程、驱动
难点：驱动
3.作业及课外学习要求：
课外练习：练习通用IO口和串口操作。

（九）ARM外部中断系统（3学时）
学习ARM外部中断的应用。

1. 基本要求
（1）理解ARM的外部中断控制器基本操作原理；
（2）熟练掌握中断处理程序编写规范；
（3）熟练应用外部中断进行数据传输和处理。

2. 重点、难点
重点：中断控制器基本原理、中断管理、外部中断应用
难点：外部中断应用
3.作业及课外学习要求：
课外练习：练习串口接收中断应用
（十）ARM系统启动（2学时）
学习ARM系统启动时基本操作。

1. 基本要求
（1）熟练掌握ARM系统结构及空间分配策略；
（2）理解ARM系统启动流程；能够对系统初始化参数进行必要的改动；
（3）理解存储映射原理，并能够简单应用。

2. 重点、难点
重点：代码和数据空间的分配、基本初始化、存储地址的映射。

难点：存储地址映射及初始化
3.作业及课外学习要求：
课外练习：练习基本初始化操作。

（十一）ARM C语言程序设计（16学时）
通过前面的理论学习，系统的介绍了微机原理及应用系统设计中所应考虑的相关技术。

C语言是应用系统设计中使用最为普遍的开发环境。

本实验环节希望通过C语言程序的设计训练，使学生掌握基于C语言环境的ARM开发技能，实现与ARM汇编的混合编程，从而一方面提高开发效率，另一方面切实提高学生的综合开发能力。

1. 基本要求
（1）熟练掌握C语言的不同变量在汇编中的含义及分配规则；
（2）熟练掌握C语言的子程序的参数传递在汇编中的分配规则；
（3）掌握混合编程基本方法。

2. 重点、难点
重点：变量和参数传递的分配规则、混合编程
难点：变量和参数传递的分配规则
3.作业及课外学习要求：
课外练习：练习C程序与汇编的混合编程。

三、教学安排及方式
总学时32学时，其中：讲授24学时,实验16学时。

注：教学方式填写“讲授、实验或实践、上机、综合练习、多种形式”。

四、本课程对培养学生能力和素质的贡献点
本课程是网络与信息安全及网络工程专业的专业基础课之一，对培养学生能力和素质、对毕业要求各指标点的达成主要贡献如下：
五、考核及成绩评定方式
最终成绩由期末成绩和上机成绩等组合而成。

各部分所占比例如下：
期末考试成绩：70%。

主要考核基础知识的掌握程度。

书面考试形式。

上机成绩：30%。

主要考核发现、分析和解决问题的能力。

学生根据任课教师提出的题目完成相应设计和必要的仿真，最后撰写设计小论文最后评定课程设计成绩。

六、教材及参考书目
教材：《微型计算机原理（第四版）》，姚燕南，薛钧义，西安电子科技大学出版社
参考书目：
1.《微机原理与接口技术》（第二版），冯博琴吴宁编，清华大学出版社；
2.《ARM嵌入式系统基础教程》（第二版）,周立功著，北京航空航天大学出版社；
3.《操作系统》（第二版），[美] 贾德博尔（Godbole.A.S.），等著，清华大学出版社。

七、说明
（一）与相关课程的分工衔接
本课程要求学生具备数字逻辑电路与C语言程序设计的相关基础。

具有识别基本数字单元电路和进行简单电路功能分析的能力，能够进行C语言环境的简单编程。

通过本课程进一步完善微机系统基础理论，掌握基于系统功能和特性进行硬件、软件设计的基本思想、方法和流程，为后续的网络协议分析与实现、嵌入式网络设备、操作系统安全等课程鉴定必要的软硬件知识基础。

（二）其他说明
无
2017年 4月 24 日。