Geum.ru

Рекомендуется Минобразованием России для специальности 220100 вычислительные машина, комплексы, системы и сети направления подготовки диплом

Вид материалаДиплом
Подобный материал:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ




УТВЕРЖДАЮ

Руководитель департамента образовательных


программ и стандартов профессионального образования

_________________________Л.С. Гребнев

“________”__________________2001 г.


ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ



МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ


Рекомендуется Минобразованием России

для специальности 220100 ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНА, КОМПЛЕКСЫ, СИСТЕМЫ И СЕТИ

направления подготовки дипломированного специалиста

654600 ИНФОРМАТИКА И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА


1. Цели и задачи дисциплины


Целями и задачами дисциплины являются:

- формирование представлений об основных классах микропроцессорных средств;

- приобретение знаний об особенностях организации и функционирования микропроцессорных систем (МПС) различных классов;

- формирование навыков проектирования микропроцессорных систем различного назначения.


2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины


В результате изучения дисциплины студенты должны:

-знать:

-подходы, основные этапы и особенности проектирования как отдельных

-подсистем, так и в целом МПС для различных применений;

-уметь:

-использовать основные типы микропроцессорных средств,

-иметь опыт:

-проектирования и отладки аппаратного и программного обеспечения МПС различного назначения;

-иметь представление:

-о состоянии и тенденциях развития микропроцессорных средств, направлениях развития архитектур микроконтроллеров и МПС, о возможных подходах к автоматизированному проектированию МПС.


3. Объем дисциплины и виды учебной работы


Вид учебной работы
Всего часов

Семестр


8

Общая трудоемкость дисциплины
170
170

Аудиторные занятия
85
85

Лекции
51
51

Практические занятия (ПЗ)
17
17

Лабораторные работы (ЛР)
17
17

Самостоятельная работа
85
85

Курсовой проект (работа)
17
17

Вид итогового контроля

(зачет, экзамен)



Экзамен

4. Содержание дисциплины




4.1. Разделы дисциплины и виды занятий

N


п/п

N раздела дисциплины

Лекции

Практические занятия

Лабораторные работы

1

Введение

*

2

Структура базовой МПС

*

*

3

Архитектура микропроцессоров

*

*

*

4

Подсистема памяти МПС

*

*

5

Подсистема ввода-вывода МПС

*

*

*

6

Однокристальные микроконтроллеры

*

*

*

7

Программное обеспечение МПС

*

*

*

8

Организация МПС

*

*

*

9

Методы анализа производительности МПС

*

10

Процессоры обработки сигналов

*

11

Микропроцессорные системы

*

12

Проектирование и отладка МПС

*

*

*

13

Заключение

*

4.2. Содержание разделов дисциплины



Введение


Цель и структура дисциплины. Определение микропроцессора, микро-ЭВМ, микроконтроллера, других микропроцессорных средств. Влияние появления микропроцессорных средств на методологию проектирования цифровых систем и их применение. Эволюция микропроцессорных средств. Характеристика распространенных микропроцессорных средств и МПС на их основе. Классификация микропроцессоров, основные варианты их архитектуры и структуры.


Структура базовой МПС


Состав базовой МПС. Системная шина. Характеристика интерфейсов в системе. Обмен данными с внешней средой. Буферизация и демультиплексирование шин адреса и данных.


Архитектура микропроцессоров


Понятие регистровой модели МП. Примеры регистровых моделей однокристальных МП. Структура однокристального микропроцессора МП. Обработка данных в МП. Машинный цикл. Сброс и синхронизация модулей системы.

Процессоры общего назначения и системы на их основе

Структура и функционирование процессоров Intel P6. Система команд Pабота пpоцессоpа в защищенном и pеальном режимах. Реализация прерываний и исключений. Обеспечение тестирования и отладки.

RISC-микропроцессоры и RISC-микроконтроллеры.


Подсистема памяти МПС


Особенности организации модульной памяти. Дешифрация адреса. Распределение адресного пространства. Использование кэш-памяти команд и данных. Наращивание памяти в системе.


Подсистема ввода-вывода МПС


Режимы обмена информацией с периферийными устройствами. Адресация портов периферийных устройств и формирование управляющих сигналов. Параллельные и последовательные синхронные и асинхронные интерфейсы. Примеры распространенных протоколов параллельного и последовательного ввода-вывода. Программно управляемый обмен. Обмен данными с квитированием. Организация обмена данными в режиме прерывания. Контроллеры прерываний. Обмен данными с прямым доступом к памяти. Контроллеры прямого доступа к памяти. Интерфейсы микропроцессорных систем. Значимость интерфейсов.


Однокристальные микроконтроллеры


Базовая структура однокристальных микроконтроллеров. Характеристика системы команд и периферийных модулей микроконтроллера. Организация резидентной памяти программ и данных. Подключение внешней памяти программ и данных. Особенности интерфейса микроконтроллера с периферийными устройствами с последовательным и параллельным режимами обмена. Расширение портов микроконтроллера.


Структура современных 8-разрядных микроконтроллеров


Модульный принцип построения. Процессорное ядро МК. Резидентная память МК

Порты ввода/вывода. Таймеры и процессоры событий. Аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи. Контроллеры последовательного ввода/вывода.

Асинхронный порт.

Организация доступа к внешней памяти.

Принципы построения отладочных средств для 8-разрядных МК

Коммуникационные микроконтроллеры (КМК) и системы на их основе.


Программное обеспечение МПС.


Состав программного обеспечения. Языки описания алгоритмов. Компромиссы между аппаратными и программными средствами. Подпрограммы как средство модульно программирования. Реализация типовых функций в микропроцессорных контроллерах и системах. Особенности системного программного обеспечения МПС.


Организация МПС


Примеры организации МПС на основе однокристальных МП и микроконтроллеров. Краткая характеристика и сравнительная оценка.

Программируемая логика и их применение в микропроцессорных системах. Общие сведения, классификация. Уровень интеграции интегральных схем (ИС) и его влияние на качество цифровой аппаратуры и ее проектирование. БИС/СБИС программируемой логики – средство исключения интегральных схем малого и среднего уровней интеграции из состава микропроцессорных систем. Программируемые пользователем вентильные матрицы Архитектура и блоки FPGA. CPLD – сложные программируемые логические устройства. Архитектура и блоки CPLD. СБИС ПЛ комбинированной архитектуры. СБИС программируемой логики типа “система на кристалле”.


.Методы анализа производительности МПС


Критерии оценки производительности.

Смеси и бенчмарковские программы.

Моделирование микропроцессоров и микроконтроллеров.


Процессоры обработки сигналов


Принципы обработки сигналов в цифровых системах. Обобщенная архитектура DSP

Семейства процессоров обработки сигналов. Поддержка операций ЦОС в микроконтроллерах. Совместимость семейств процессоров


Мультимикропроцессорные системы

Основные конфигурации, области использования, примеры.


Проектирование и отладка МПС

Методика и средства проектирования


Общее описание процесса проектирования. Место БИС с программируемыми свойствами в процессе создания современной аппаратуры. Структура алгоритмов проектирования. Сопряженное проектирование и сопряженная верификация. Проектирование типовой конфигурации МП системы. Типовые конфигурации МП систем. Основные этапы процедуры проектирования

Средства и методы проектирования и автономной отладки аппаратных средств МП системы Выбор семейства МП и стандартной периферии. Тестовые процедуры. Аппаратные средства отладки.

Средства и методы разработки ПО МП систем. Средства индивидуальных и интегрированных пакетов. Программные средства поддержки проектирования - отладки систем

Средства и методы отладки ПО МП систем. Программные системы моделирования. Прототипные платы. Эмуляторы ПЗУ. Внутрисхемные эмуляторы. Интегрированные среды разработки (оболочки)

Средства и методы комплексной отладки МП систем. Программаторы. Логические анализаторы. Встроенные в МП средства отладки.

Операционные системы реального времени. Основные свойства и механизмы ОСРВ. Примеры ОСРВ и их функциональные возможности для проектирования-отладки систем

JTAG интерфейс и системные функции на его основе

Процедура проектирования и сведения об автоматизированных средствах проектирования для БИС/СБИС с программируемой структурой. Средства описания проекта. Связь проектной проблемы с выбором САПР. Последовательность проектирования для БИС ПЛ.

Базовые сведения о языке VHDL


Базовые понятия языка и архитектура программ. Синтаксическая организация проекта. Общеалгоритмическая составляющая языка. Проблемно-ориентированная составляющая языка. Структурное описание. Описание поведения. Синтаксис операторов общеалгоритмической составляющей языка.

Описание проектов на языке VHDL. Примеры, иллюстрирующие основные конструкции VHDL. Структурное описание. Поведенческое описание. Сравнение структурного и поведенческого способов описания проектов. Описание типовых фрагментов вычислительной техники. Пример автоматизированного проектирования цифрового устройства с использованием языков описания аппаратуры. Рассмотрение ТЗ на разрабатываемое устройство и выбор элементной базы. Проектирование БИС ПЛ. Разработка микропроцессорной системы. Особенности процедуры проектирования для БИС ПЛ класса SOPC.



Заключение


Анализ современного состояния и перспективных проектов МПС по основным фирмам-производителям микропроцессорных средств.

5.Лабораторный практикум





N п/п
N раздела дисциплины
Наименование лабораторных работ

1
3
Изучение лабораторного стенда, инструкций редактора, монитора, директив ассемблера и т.п.

2
3
Изучение основных команд микроконтроллера.

3
5
Исследование режимов ввода-вывода через параллельный интерфейс.

Исследование режима обмена с прерываниями.

4
5, 8
Изучение работы АЦП и ЦАП в составе МПС

Исследование работы таймера и его использования в МПС

5
6
Исследование архитектуры однокристального микроконтроллера

6
6, 8
Изучение работы МПС на основе однокристального МК.

7
8, 11
Изучение аппаратных и программных средств микропроцессорного комплекса.

Разработка модуля управления подсистемой комплекса

Разработка и комплексирование системы управления комплексом



6.Учебно-методическое обеспечение дисциплины


6.1.Рекомендуемая литература

а) основная литература:
  1. Шагурин И.И. Процессор Intel P6. Радио и связь. М., 2000.
  2. Куприянов М.С. Матюшкин Б.Д. Цифровая обработки сигналов: процессоры, алгоритмы, средства проектирования. Политехника, СПб, 2000.
  3. Куприянов М.С. Мартынов О.Е., Панфилов Д.И. Коммуникационные контроллеры фирмы Motorola. БХВ, СПб, 2000.
  4. Ремизевич Т.В. Микроконтроллеры для встраиваемых приложений. Додека, М., 2000.


б) дополнительная литература:

1.Козаченко В.Ф. Микроконтроллеры: руководство по применению 16-разрядных микроконтроллеров Intel MCS-196/296 во встроенных системах управления. – М.: Издательство ЭКОМ, 1997.

    1. Средства обеспечения освоения дисциплины.


По усмотрению вуза


7. Материально-техническое обеспечение дисциплины


Лабораторные работы выполняются в специализированных учебных классах с использованием следующих средств:
  • Отладочных комплексов на базе однокристальных МК с набором специализированных модулей ввода-вывода и монитором; программное обеспечение: программа-монитор, ассемблер; симулятор, интегрированные среды проектирования.
  • Отладочных комплексов на базе процессора обработки сигналов с набором специализированных модулей ввода-вывода, монитором; программное обеспечение: программа-монитор, ассемблер; линковщик. симулятор, стартовый комплекс разработчика систем ЦОС
  • Подвижный объект со встроенной микропроцессорной системой управления



Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего и среднего образования по специальности 220100 – Вычислительные машины, комплексы, системы и сети.


Программу составили:


Куприянов М.С., д.т.н., профессор, С.-Петербургский государственный Электротехнический университет «ЛЭТИ».


Петров Г.А., к.т.н., доцент, С.-Петербургский государственный Электротехнический университет «ЛЭТИ».


Пузанков Д.В. д.т.н., профессор, С.-Петербургский государственный Электротехнический университет «ЛЭТИ».


Программа одобрена на заседании учебно-методической комиссии по

специальности 220100 25.04.2001 года, протокол № 1.


Председатель УМК Смирнов Ю.М.


Председатель Совета УМО

По университетскому политехническому образованию Федоров И.Б.