RM课程教师用书

ARM课程教师用书 ARM课程教师用书V1.0内部资料目录一、参考用书1二、课程安排21、ARM体系结构31.1 ARM背景介绍31.2 ARM编程模型31.3 ARM指令简介41.4 ARM SOC系统介绍41.5 ARM处理器核52、ARM指令52.1 ARM V4指令集52.2 Thumb指令集52.3 V5TE体系结构扩展63 异常处理63.1 中断处理63.2 软中断处理63.3 其它中断处理74、ARM、C混合编程74.1 ARM 编译器优化74.2 C/C+和汇编混合模式编程84.3 使用ARM编译器编码85、ARM硬件接口（1）85.1 GPIO接口85.2 UART 接口95.3 中断接口96、ARM硬件接口（2）106.1实时时钟接口106.2 看门狗接口106.3 PWM接口106.4 A/D接口117、ARM硬件接口（3）117.1 SPI总线117.2 I2C总线11一、参考用书l 华清远见教材 刘洪涛 ARM嵌入式体系结构与接口技术l 清华大学出版社 杜春雷ARM体系结构与编程二、课程安排l 知识点的重要程度分为：了解、掌握。l 每天课时： 7个课时表1 课程表课程日程主要知识点实验安排备注1一、ARM体系结构1.1 ARM背景介绍 （1课时）1.2 ARM编程模型（1课时）1.3 ARM指令简介（15分钟）1.4 ARM SOC系统介绍（15分钟）1.5 ARM处理器核介绍（1课时）1、熟悉RealView环境（0.5学时）2、RealView 使用（1学时）3、简单ARM指令练习1（0.5学时） 4、简单ARM指令练习2（0.5学时）5、简单ARM指令练习3（0.5学时）2二、ARM指令2.1 ARM V4指令集（3学时）2.2 Thumb指令集（0.5学时）2.3 V5TE体系结构扩展（10分钟）1、学会阅读开发板原理图（0.5分钟）2、LDR/STM指令寻址实验（0.5学时）3、ARM汇编子函数调用（0.5学时）4、Thumb汇编指令练习（20分钟）5、利用ARM汇编实现开发板LED灯控制（1.5学时）3三、异常处理3.1 中断处理（1学时）3.2 软中断处理（0.5学时）3.3 其它异常处理（0.5学时）四、ARM、C混合编程4.1 ARM 编译器优化（15分钟）4.2 C/C+和汇编混合模式编程（1学时）4.3 使用ARM编译器编码（15分钟）1、 简单C语言程序实验（0.5学时）2、 C语言、汇编混合编程实验（1.5学时）3、 内嵌、内联汇编实验(0.5学时)4、 SWI软中断实验(1学时)4五、ARM硬件接口（1）5.1 GPIO接口（0.5学时）5.2 UART 接口（1学时）5.3 中断接口（1.5学时）1、GPIO接口实验（0.5学时）2、串口实验（1.5学时）3、按键中断实验（1.5学时）5六、ARM硬件接口（2）6.1 实时时钟接口（0.5学时）6.2 看门狗接口（0.5学时）6.3 PWM接口（0.5学时）6.4 A/D接口（0.5学时）1、实时时钟接口实验（1学时）2、看门狗接口实验（1学时）3、PWM接口实验（1学时）4、A/D接口实验（2学时）6七、ARM硬件接口（3）7.1 SPI总线（0.5学时）7.2 I2C总线（1.5学时）1、I2C E2ROM实验（2学时）2、综合复习、答疑、考试（3学时）三、知识点讲解1、ARM体系结构1.1 ARM背景介绍（1）设置目的及目标l 了解到ARM处理器、体系结构的基本概念。l 了解ARM公司的业务模式l 了解ARM处理器和传统的单片机、PC的联系和区别（2）讲解准备参考教材ARM嵌入式体系结构与接口技术的第2章“ARM技术发展”的2.1、2.2、2.3小节。l 讲解时间控制在1课时以内。（注：此处提到的理论课时间为理论课时间，实验时间根据学员进度决定。后面的提到的讲解时间也都是这个意思）。（3）易出现问题及应对方法问题1：部分学员没有接触过CPU的概念解决方法：简单介绍CPU的概念，可以描述一下程序执行的原理，让学员对CPU的概念不陌生。问题2：学员基础不一，对自己如何学习ARM会产生疑问解决方法：和学员讲清楚我们的授课计划，“课程中的每个关键知识点所需要的基础知识我们都会提及”，从而坚定基础差的学员的学习信心。同时向学员传达“在授课过程中，我们会考虑到学员的不同基础，让不同基础的学员都有最大的收获”。这样让基础好的学员也不担心别的学员拖后腿。我们老师也必须重视这个问题，这个问题是困扰ARM教学的最大问题。（4）实验设置l 无（5）课后练习l 无1.2 ARM编程模型（1）设置目的及目标l 掌握ARM处理器的数据类型、l 掌握ARM920T的内核基本工作模式l 掌握ARM处理器的寄存器（2）讲解准备参考教材ARM嵌入式体系结构与接口技术的2.6、2.7、2.10、2.11小节时间：1个课时左右（3）易出现问题及应对方法问题1：可能会有学员问linux系统运行和处理器工作模式的对应关系解决方法：Linux的应用程序工作在usr模式，而内核在正常情况下工作在svc模式问题2：程序状态寄存器CPSR中的C位和V位的含义解决方法：溢出标志V和进位标志C是两个意义不同的标志。进位标志表示无符号数运算结果是否超出范围；溢出标志表示有符号数运算结果是否超出范围。具体参考“ARM教师用书参考资料/CPSR介绍”。在编程期间很少让程序员直接判断flag位，而是通过判断条件码来控制程序的。（4）实验设置l “简单ARM指令练习3”这个实验主要是针对这个知识点的。（5）课后练习l 在课程实验的基础上，尽量把所以影响CPSR的状态位的情况都列举、测试一下。1.3 ARM指令简介（1）设置目的及目标l 掌握ARM指令集的分类及特点（2）讲解准备l 此处参考课件准备既可。注意：此处不需要讲解细节的ARM指令用法l 时间：15分钟左右（3）易出现问题及应对方法问题1：学员可能提出过多关于指令的细节解决方法：和学员解释清楚，此处只是讲解ARM处理器指令集的特性。指令集的详细内容在第2天讲解。（4）实验设置l “ARM简单指令实验1”和“ARM简单指令实验2”都是简单的指令练习，主要针对这个知识点（5）课后练习l 无1.4 ARM SOC系统介绍（1）设置目的及目标l 让学员掌握SOC的概念，对基于ARM的SOC芯片的总体结构有清晰的认识（2）讲解准备l 此处参考课件准备既可。把“基于ARM的SOC系统示例”这张图讲解清楚既可l 时间：15分钟左右。（3）易出现问题及应对方法问题1：学员对SOC和CPU的概念可能比较模糊解决方法：可以通过一些图例，形象的区分这两个概念。（4）实验设置l 无（5）课后练习l 无1.5 ARM处理器核（1）设置目的及目标l 了解ARM存储系统，要对mmi、cache、writebuffer的作用及访问过程清楚l 了解流水线（2）讲解准备l 参考教材ARM嵌入式体系结构与接口技术的2.8、2.9节l mmu、cahce的实现原理可参考ARM体系结构与编程第5章 ARM存储系统。l 时间在1个课时左右（3）易出现问题及应对方法问题1：学员可能会追究mmu、cache的实现原理解决方法：要求老师尽量要掌握这部分内容，可以在后面讲解接口课程时，根据学员的接受情况决定是否安排这部分内容。（4）实验设置l 无（5）课后练习l 让学员上网多查阅几种学员自己所关注的处理器核的特性。2、ARM指令2.1 ARM V4指令集（1）设置目的及目标l 让学员掌握常用ARM汇编指令集l 掌握ARM汇编程序设计（2）讲解准备l 参考教材ARM嵌入式体系结构与接口技术的第3章和第4章的4.1、4.2、4.3、4.4。l 3个课时左右（3）易出现问题及应对方法本章主要讲解指令，所以一般不会出现什么问题。（4）实验设置l 实验“LDR/STM指令寻址实验”、“ARM汇编子函数调用”、“利用ARM汇编实现开发板LED灯控制”都是针对此专题的。注意：“利用ARM汇编实现开发板LED灯控制”（5）课后练习l 利用ARM指令完成64位加法及64位减法运算2.2 Thumb指令集（1）设置目的及目标l 了解Thumb指令集l 了解ARM、Thumb混合编程（2）讲解准备l 本小节以了解为主，不必过多讲解thumb编程。因为开发人员很少需要手写thumbl 不超过0.5个课时（3）易出现问题及应对方法本章一般不会出现什么问题。（4）实验设置l “Thumb汇编指令练习”（5）课后练习l 无2.3 V5TE体系结构扩展（1）设置目的及目标l 了解V5TE的扩展 （2）讲解准备不必过多的讲解具体指令的用法，而是让学员感受到体系结构、指令集升级后对系统的影响。l 不超过10分钟 （3）易出现问题及应对方法本章一般不会出现什么问题。（4）实验设置l 无（5）课后练习l 无3 异常处理3.1 中断处理（1）设置目的及目标l 掌握ARM核异常处理的过程l 掌握C中断处理程序编写方法l 了解中断重入代码编写方法（2）讲解准备本主题主要目的是掌握ARM核在处理异常时的过程，至于中断控制器部分将在接口部分讲解。l 1个学时左右（3）易出现问题及应对方法问题1：在讲解可重入中断示例代码时，学员会有很多疑问解决方法：要求老师在上课前对此段代码做好充分的准备工作。（4）实验设置l 此部分实验需要外围控制器的参与，所以将在讲解中断控制器时设置实验。（5）课后练习l 无3.2 软中断处理（1）设置目的及目标l 掌握ARM核软中断处理的过程l 掌握软中断处理代码编写（2）讲解准备 要求老师熟悉“软中断(SWI)处理示例”这段代码，重点把这部分代码讲清楚。最好能引出软中断机制在linux系统中的应用。l 0.5个学时左右（3）易出现问题及应对方法只要老师在上课前对“软中断(SWI)处理示例”这段代码，做好充分的准备工作。就不会有问题了。（4）实验设置l “SWI软中断实验(1学时)”。（5）课后练习l 利用软中断，写一个自己的系统调用。3.3 其它中断处理（1）设置目的及目标l 了解其它中断处理过程l 了解异常返回值的原理（2）讲解准备 参照ARM嵌入式体系结构与接口技术7.5节，了解中断返回过程。l 0.5个学时左右（3）易出现问题及应对方法l 一般不会有什么问题（4）实验设置l 无（5）课后练习l 无4、ARM、C混合编程4.1 ARM 编译器优化 （1）设置目的及目标l 了解到ARM编译器的优化规则。（2）讲解准备l 参阅ARM体系结构与编程的10.2.8节“代码生成控制”l 讲解过程中，可以在mdk环境中演示对应的编译选项如果加入l 时间在15分钟左右（3）易出现问题及应对方法问题1 学员可能会问及GCC编译器和ARM编译器优化的对应关系解决方法：老师可参照GCC使用手册中关于优化部分的几个常见选项的含义。（4）实验设置l 在开发环境中，给学员演示这几个参数如何添加（5）课后练习l 无4.2 C/C+和汇编混合模式编程（1）设置目的及目标l 掌握ARM汇编、C、C+混合编程的方法，特别是C和汇编的混合规则l 掌握AAPCS过程调用标准（2）讲解准备l 参照ARM嵌入式体系结构与接口技术4.5节l 时间在1个学时左右（3）易出现问题及应对方法l 一般不会有问题（4）实验设置l “简单C语言程序实验”、“C语言、汇编混合编程实验”、“内嵌、内联汇编实验”（5）课后练习l 在C语言程序中调用一个汇编实现的3参数整型加法函数4.3 使用ARM编译器编码（1）设置目的及目标l 了解ARM编译更多的编译规则（2）讲解准备l 参照课件及ARM体系结构与编程的10.4和10.5节l 本节以了解为主l 时间在15分钟左右（3）易出现问题及应对方法l 一般不会有问题（4）实验设置l 无（5）课后练习l 无5、ARM硬件接口（1）5.1 GPIO接口（1）设置目的及目标l 掌握S3C2410芯片的GPIO控制器编程方法l 了解GPIO开发相关注意事项（2）讲解准备l 参照ARM嵌入式体系结构与接口技术第6章的内容l 讲解接口驱动时，要以学员动手练习为主，老师没讲完一个接口理论部分时，就让学员针对这个接口进行相关的练习。练习的过程要发挥学员的主观能动性。不能紧紧限于把老师给的代码简单测试一下。l 时间在0.5个学时左右，实验过程的时间根据学员的接受情况决定。（3）易出现问题及应对方法问题1：老师会认为这个部分太简单，而快速跳过，导致学员基础不牢，无法理解更复杂的接口。解决方法：这个是基础的接口，一定要确认学员全部掌握再进行后面的课程。（4）实验设置l “GPIO接口实验” （5）课后练习l 设计出不同的LED控制效果5.2 UART 接口（1）设置目的及目标l 掌握串口开发技术 l 掌握S3C2410串口控制器的配置（2）讲解准备l 参照ARM嵌入式体系结构与接口技术第8章的内容l 对于串口的中断、DMA方式访问方式，可以提及一下。此处的实验以轮询为主。 中断控制方式将在中断控制器讲解完以后，让学员也能使用中断方式控制串口的收发。DMA的方式以了解为主。l 时间在1个学时左右，实验过程的时间根据学员的接受情况决定。（3）易出现问题及应对方法问题1：如果老师开始就直接讲解寄存器的设置方法，这会导致学员对串口的不理解 解决方法：应该在讲解了串口开发原理后，再过度到具体的寄存器设置。（4）实验设置l “串口实验”，本实验是用一种最简单的方式实现的，即关闭FIFO和中断的轮询方式。（5）课后练习l 在后面的中断实验讲解完成后，可以结合中断、串口控制器的FIFO，完成串口收发。5.3 中断接口（1）设置目的及目标l 掌握S3C2410中断控制的开发方法 （2）讲解准备l 参照ARM嵌入式体系结构与接口技术第7章的内容l 能够把中断源、中断控制器、ARM核的中断处理联系起来。l 时间在1.5个学时左右，实验过程的时间根据学员的接受情况决定。（3）易出现问题及应对方法问题1：此处容易出现的问题是老师对中断理解不深，而单纯的讲解中断控制器的设置，从而让学员无法理解原理。解决方法：要求老师重视中断控制器这部分内容，中断对于整个嵌入式开发都是至关重要的。（4）实验设置l 按键中断实验（5）课后练习l 任意选择一个其它按键，以不同的触发方式来完成中断功能。6、ARM硬件接口（2）6.1实时时钟接口（1）设置目的及目标l 掌握实时时钟的一般开发方法l 掌握S3C2410实时时钟控制器操作方法（2）讲解准备l 参照S3C2410芯片手册的实时时钟章节、原理图、及实验代码准备l 时间在0.5个学时左右，实验过程的时间根据学员的接受情况决定。（3）易出现问题及应对方法l 本节相对简单，一般不会出问题（4）实验设置l 无（5）课后练习l 无6.2 看门狗接口（1）设置目的及目标l 掌握看门狗的一般开发方法l 掌握S3C2410看门狗控制器操作方法（2）讲解准备l 参照ARM嵌入式体系结构与接口技术10.2小节的内容准备l 时间在0.5个学时左右，实验过程的时间根据学员的接受情况决定。（3）易出现问题及应对方法l 本节相对简单，一般不会出问题（4）实验设置l “看门狗实验”，实验中的代码工作在中断方式（5）课后练习l 修改代码，使其工作在复位方式6.3 PWM接口（1）设置目的及目标l 掌握PWM的一般开发方法l 掌握S3C2410 PWM控制器操作方法（2）讲解准备l 参照ARM嵌入式体系结构与接口技术10.1小节的内容准备l 时间在0.5个学时左右，实验过程的时间根据学员的接受情况决定。（3）易出现问题及应对方法l 本节相对简单，一般不会出问题（4）实验设置l “PWM实验”实验是用PWM驱动开发板上的蜂鸣器。需要了解开发板上的蜂鸣器是无源的，需要P