基于嵌入式芯片的

《微機(jī)原理》課程改革徐惠民北京郵電大學(xué)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革的新階段進(jìn)入21世紀(jì)后，計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)繼續(xù)在快速發(fā)展，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)也面臨這新的挑戰(zhàn)。大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)進(jìn)入了一個(gè)新階段。新階段的中心任務(wù)是要研究和解決在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的新形勢(shì)下，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)應(yīng)該如何發(fā)展，才能適應(yīng)新的形勢(shì)的要求。大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革的新階段《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》課程的改革使得計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)的教學(xué)內(nèi)容向深度和廣度發(fā)展。對(duì)于《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》的教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容的討論是一種成熟的表現(xiàn)。大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革的新階段在《程序設(shè)計(jì)》課程的設(shè)置和改革方面，也出現(xiàn)了各種不同的方案和做法。不少學(xué)校提出了可以讓學(xué)生選擇不同的高級(jí)語言。計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)課程的現(xiàn)狀對(duì)于大多數(shù)工科專業(yè)來說，計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程基本上是經(jīng)過了兩個(gè)階段。第一個(gè)階段是Z80階段。第二階段：8086/8088階段。8086/8088Intel公司在1978/1979年推出的16位微處理器。計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)課程的現(xiàn)狀8088/8086CPU早就退出了應(yīng)用領(lǐng)域;和8086相應(yīng)的配套芯片在計(jì)算機(jī)中也早就不再使用。在課程進(jìn)行過程中，理論脫離實(shí)際、理論落后實(shí)際的情況比比皆是。計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)課程的現(xiàn)狀如果說，大學(xué)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)經(jīng)常落后于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，那么，計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程就是最典型的例子。計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程的改革應(yīng)該往哪里走？快速發(fā)展的嵌入式芯片及系統(tǒng)

然而，當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要的趨勢(shì)是嵌入式芯片和系統(tǒng)的發(fā)展。嵌入式系統(tǒng)（Embedded

Systems）是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可剪裁的適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格綜合性要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式技術(shù)無處不在消費(fèi)電子嵌入式應(yīng)用信息家電智能玩具軍事電子通信設(shè)備移動(dòng)存貯工控設(shè)備智能儀表汽車電子網(wǎng)絡(luò)設(shè)備工業(yè)軍事國(guó)防電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)嵌入式處理器器快速成長(zhǎng)$70億ARM處理器器目前嵌入式芯芯片市場(chǎng)主要要流行的是基基于ARM公公司設(shè)計(jì)的處處理器內(nèi)核的的嵌入式芯片片。ARM公司是是一家設(shè)計(jì)高高性能嵌入式式內(nèi)核的科技技公司，通過過出售知識(shí)產(chǎn)產(chǎn)權(quán)來獲利。。ARM的全球球合作伙伴半導(dǎo)體和系統(tǒng)統(tǒng)伙伴,操操作系統(tǒng)伙伴伴,開發(fā)工工具伙伴,應(yīng)應(yīng)用伙伴,ARM技技術(shù)共享計(jì)劃劃（ATAP）ARM系列內(nèi)內(nèi)核介紹ARM處理器器核當(dāng)前有6個(gè)系列產(chǎn)產(chǎn)品：ARM7ARM9ARM9EARM10E,SecurCoreARM11Intel公公司推出的：：StrongARMXScale引入入嵌嵌入入式式處處理理器器嵌入入式式處處理理器器具具有有《《微微機(jī)機(jī)原原理理》》課課程程中中所所涉涉及及的的處處理理器器的的所所有有特特征征。。在在《《微微機(jī)機(jī)原原理理》》課課程程中中引引入入嵌嵌入入式式處處理理器器應(yīng)應(yīng)該該是是計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)硬硬件件技技術(shù)術(shù)基基礎(chǔ)礎(chǔ)課課程程改改革革的的一一條條可可選選之之路路。。優(yōu)勢(shì)勢(shì)和和困困難難《微微機(jī)機(jī)原原理理》》課課程程主主要要內(nèi)內(nèi)容容包包括括：：處處理理器器體體系系結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)、、匯匯編編語語言言程程序序設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)、、存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器、、計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)接接口口等等。。引入入嵌嵌入入式式處處理理器器必必須須保保證證課課程程的的核核心心內(nèi)內(nèi)容容不不能能受受到到?jīng)_沖擊擊，，而而且且要要能能夠夠提提高高課課程程的的質(zhì)質(zhì)量量。。優(yōu)勢(shì)勢(shì)和和困困難難主要要使使用用的的ARM處處理理器器都都是是32位位RISC芯芯片片，，體體系系結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)比比8088/8086有有很很大大的的改改進(jìn)進(jìn)。。同同學(xué)學(xué)們們可可以以接接觸觸更更先先進(jìn)進(jìn)的的計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)體體系系結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，了了解解當(dāng)當(dāng)前前的的主主流流硬硬件件技技術(shù)術(shù)。。由于于ARM采采用用RISC技技術(shù)術(shù)，，使使用用的的是是精精簡(jiǎn)簡(jiǎn)指指令令集集，，指指令令的的尋尋址址方方式式和和指指令令系系統(tǒng)統(tǒng)并并不不因因?yàn)闉槭鞘?2位位系系統(tǒng)統(tǒng)而而變變得得很很復(fù)復(fù)雜雜。。所所以以，，引引入入嵌嵌入入式式芯芯片片，，在在指指令令系系統(tǒng)統(tǒng)方方面面并并不不會(huì)會(huì)增增加加多多少少負(fù)負(fù)擔(dān)擔(dān)。。程序序設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的模模式式更更加加結(jié)結(jié)合合實(shí)實(shí)際際。。在嵌嵌入入式式系系統(tǒng)統(tǒng)的的情情況況下下，，一一方方面面要要求求對(duì)對(duì)于于指指令令系系統(tǒng)統(tǒng)和和匯匯編編語語言言有有必必要要的的了了解解。。同同時(shí)時(shí)，，還還會(huì)會(huì)提提供供高高級(jí)級(jí)語語言言的的程程序序接接口口。。同同學(xué)學(xué)們們會(huì)會(huì)接接觸觸到到實(shí)實(shí)際際的的嵌嵌入入式式系系統(tǒng)統(tǒng)開開發(fā)發(fā)的的環(huán)環(huán)境境和和實(shí)實(shí)踐踐。。學(xué)習(xí)習(xí)多多種種存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器的的擴(kuò)擴(kuò)充充方方法法。。不僅僅可可以以學(xué)學(xué)習(xí)習(xí)一一般般的的存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器擴(kuò)擴(kuò)充充的的方方法法，，還還會(huì)會(huì)學(xué)學(xué)習(xí)習(xí)到到各各種種不不同同類類型型的的存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器在在擴(kuò)擴(kuò)充充時(shí)時(shí)的的區(qū)區(qū)別別。。如如擴(kuò)擴(kuò)展展SDRAM、、FLASH、、或或者者SRAM。。接口口的的選選擇擇將將更更加加多多樣樣化化。。嵌入入式式芯芯片片提提供供了了實(shí)實(shí)際際的的接接口口技技術(shù)術(shù)的的解解決決方方案案，，而而且且接接口口的的選選擇擇更更加加多多樣樣化化。。除除了了最最基基本本的的并并行行接接口口、、UART串串行行接接口口、、計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)器器/定定時(shí)時(shí)器器接接口口外外，，還還提提供供USB接接口口、、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)接接口口、、數(shù)數(shù)模模轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換接接口口，，以以及及I2C總總線線接接口口、、CAN總總線線接接口口等等，，可可供供不不同同專專業(yè)業(yè)、、不不同同應(yīng)應(yīng)用用場(chǎng)場(chǎng)合合的的選選擇擇。。在《《微微機(jī)機(jī)原原理理》》課課程程中中引引入入嵌嵌入入式式芯芯片片的的難難度度也也是是不不小小的的。。技術(shù)上的的難度。。人員上的的難度。。教材資料料上的難難度。我們的實(shí)實(shí)踐在2005年申申請(qǐng)了教教改立項(xiàng)項(xiàng)：《基基于嵌入入式芯片片的“微微機(jī)原理理”課程程改革》》，主要要目的是是改變計(jì)計(jì)算機(jī)硬硬件技術(shù)術(shù)基礎(chǔ)課課程嚴(yán)重重落后于于計(jì)算機(jī)機(jī)技術(shù)發(fā)發(fā)展的現(xiàn)現(xiàn)狀，建建立一套套以ARM32位嵌入入式芯片片為核心心的全新新的《微微機(jī)原理理及接口口技術(shù)》》課程體體系和內(nèi)內(nèi)容。我們的實(shí)實(shí)踐討論確定定了《微微機(jī)原理理及接口口技術(shù)（（基于嵌嵌入式芯芯片）》》課程的的教學(xué)大大綱。教學(xué)大綱綱既要覆覆蓋原來來課程對(duì)對(duì)于計(jì)算算機(jī)硬件件技術(shù)基基礎(chǔ)的基基本要求求，也要要適應(yīng)嵌嵌入式技技術(shù)的發(fā)發(fā)展增加加新的內(nèi)內(nèi)容。還還要考慮慮學(xué)生的的接受能能力。我們的實(shí)實(shí)踐完成了和和意法半半導(dǎo)體公公司成立立“嵌入入式系統(tǒng)統(tǒng)聯(lián)合實(shí)實(shí)驗(yàn)室””的一系系列籌備備工作。。意法半半導(dǎo)體公公司（ST公司司）是世世界著名名的半導(dǎo)導(dǎo)體廠商商之一，，他們生生產(chǎn)的STR710F芯片是是基于ARM7內(nèi)核的的嵌入式式芯片。。聯(lián)合實(shí)實(shí)驗(yàn)室的的建立為為將來基基于嵌入入式芯片片的《微微機(jī)原理理》課程程實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)準(zhǔn)備好了了硬件的的環(huán)境。。我們的實(shí)實(shí)踐討論確定定了《微微機(jī)原理理及接口口技術(shù)（（基于嵌嵌入式芯芯片）》》教材的的編寫大大綱。教材以STR710芯芯片為基基礎(chǔ)，介介紹微型型計(jì)算機(jī)機(jī)的CPU、存存儲(chǔ)器和和接口。。教材的試試用稿已已經(jīng)完成成，并印印刷完畢畢，交付付使用。。我們的實(shí)實(shí)踐這學(xué)期開開設(shè)的《《微機(jī)原原理及接接口技術(shù)術(shù)》課程程，拿出出3個(gè)小小班作為為新課程程的試點(diǎn)點(diǎn)。進(jìn)展情況況良好。。結(jié)束語最近看到到有些學(xué)學(xué)校也開開始在微微機(jī)原理理課程中中引