ARM Cortex-A9嵌入式微处理器体系结构与接口技术-教学大纲

《ARMCortex-A9嵌入式微处理器体系结构与接口技术》教学大纲（ARMCortex-A9BasedEmbeddedMicroprocessorArchitectureandInterfaceTechnology）（供四年制本科电子信息工程、计算机科学与技术等专业试用）课程代码：********总学时数：32学分数：2开课单位：物理与电子工程学院/计算机学院课程性质：专业必修课/选修课（一）课程地位

一、课程地位与目标ARMCortex-A9（二）课程目标1.知识目标：系统掌握嵌入式系统的基本概念、ARMCortex-A9（GPIOPWM、UART、I2C、SPI等）的工作原理与编程方法。2.能力目标：具备C语言与汇编语言混合编程的能力；能够独立完成基于Exynos4412处理器的接口驱动设计与应用开发；具备分析、设计和调试复杂嵌入式系统的初步能力。3.二、课程教学方法、内容与要求（一）教学方法1.采用“理论讲授+案例教学+实验实践”三位一体的教学模式。2.充分利用多媒体和在线资源，课堂讲授可结合虚拟仿真和实物演示。3.4.实验环节采用开发板（如基于Exynos4412的平台）进行验证与设计，培养动手能力。

（二）教学内容与要求第一章嵌入式系统基础知识（支撑课程目标：1，3）一、教学目的与要求1.理解嵌入式系统的定义、发展历程与趋势。2.掌握冯·诺依曼与哈佛体系结构、CISC与RISC技术、流水线技术。3.了解嵌入式系统的组成（硬件层、中间层、软件层）及嵌入式操作系统。二、教学重点1.嵌入式微处理器体系结构（冯·诺依曼与哈佛结构。2.CISCRISC流水线技术原理。四、课程思政（五、教学内容嵌入式系统定义嵌入式系统的发展历程与趋势嵌入式微处理器体系结构嵌入式系统的组成嵌入式操作系统基础第二章ARM处理器体系结构（支撑课程目标：1，3）一、教学目的与要求1.掌握ARM处理器体系结构的发展及Cortex-A9处理器的架构特点。2.理解Cortex-A9的工作模式、工作状态及寄存器组。3.Cortex-A9Cortex-A92.异常处理类型、响应过程与返回。三、教学难点1.状态寄存器（CPSR/SPSR）的理解与应用。2.PC讲解ARM公司通过IP授权模式推动全球芯片产业发展的历程，培养学生开放合作、锐意创新的精神。五、教学内容ARMCortex-A9Cortex-A9Cortex-A9Cortex-A9Cortex-A9第三章ARM微处理器指令系统（支撑课程目标：1，2，3）一、教学目的与要求1.掌握ARM指令的基本格式、条件码及基本寻址方式。2.ARM（数据传送、数据处理、跳转、存储访问等。3.了解Thumb指令集及Thumb-2技术。4.ARMC1.常用ARM指令的功能与应用。2.寻址方式。3.C语言与汇编语言的混合编程。三、教学难点1.条件执行与标志位的影响。ATPCS通过指令系统的学习，引导学生理解“规则”与“效率”的辩证关系，培养严谨规范、精益求精的工匠精神。五、教学内容ARM基本寻址方式ARMThumbThumb-2其他扩展指令集ARMATPCSC第四章32位微处理器Exynos4412（支撑课程目标：1，3）一、教学目的与要求1.掌握Exynos4412处理器的核心特性、存储系统与地址空间。2.Exynos4412（CMU）与中断控制器（GIC3.掌握Exynos4412的启动流程。二、教学重点Exynos4412GIC三、教学难点1.时钟管理单元（PLL。2.GIC中断类型、状态转换与编程。四、课程思政介绍国产芯片发展现状，鼓励学生投身集成电路核心技术攻关，树立科技自立自强的信念。五、教学内容Exynos4412Exynos4412Exynos4412Exynos4412中断控制器第五章通用输入/输出接口GPIO（支撑课程目标：1，2，3）一、教学目的与要求1.掌握GPIO的工作原理与寄存器配置方法。2.掌握Exynos4412的GPIO分组与功能。3.能够编写GPIO控制LED灯等基础外设的程序。二、教学重点GPIOGPIO（LED。三、教学难点1.寄存器地址映射与封装（结构体方式。2.通过GPIO模拟时序。四、课程思政LED五、教学内容GPIOGPIOGPIOGPIOGPIO第六章PWM定时器（支撑课程目标：1，2，3）一、教学目的与要求1.掌握PWM定时器的工作原理与寄存器配置。2.能够使用PWM输出特定频率和占空比的波形，控制蜂鸣器等设备。二、教学重点1.PWM定时器的两级分频系统。2.占空比与周期的计算方法。三、教学难点1.自动重载模式与双缓冲机制。2.死区功能的理解。四、课程思政PWM五、教学内容PWMPWMPWMPWM案例程序第七章看门狗定时器（支撑课程目标：1，2，3）一、教学目的与要求1.掌握看门狗定时器的工作原理。2.能够配置看门狗实现系统复位或中断功能。二、教学重点1.看门狗的“喂狗”操作与溢出复位。2.看门狗寄存器的配置流程。三、教学难点1.看门狗定时周期的计算。2.中断模式与复位模式的区别与应用场景。四、课程思政五、教学内容看门狗原理Exynos4412看门狗定时器控制寄存器看门狗定时器应用实例第八章实时时钟定时器（支撑课程目标：1，2，3）一、教学目的与要求1.掌握RTC定时器的工作原理与BCD码。2.能够编程实现RTC时间的设置与读取。二、教学重点RTCBCD三、教学难点1.闰年自动处理机制。2.闹钟中断的编程实现。四、课程思政RTC五、教学内容RTCRTCBCDRTC第九章A/D转换器接口（支撑课程目标：1，2，3）一、教学目的与要求1.掌握A/D转换器的基本原理与技术指标。2.掌握Exynos4412A/D转换器的配置与编程。二、教学重点A/DADCCON、ADCDAT三、教学难点1.预分频器与转换时钟的计算。2.模拟信号与数字量之间的换算。四、课程思政五、教学内容A/DExynos4412-A/DA/D第十章串行通信（支撑课程目标：1，2，3）一、教学目的与要求1.掌握异步串行通信的数据格式与波特率概念。2.掌握RS-232C电平标准与电平转换电路。3.掌握Exynos4412UART控制器的配置与编程。二、教学重点1.UART数据帧格式。2.波特率的计算方法。3.UART相关寄存器配置。三、教学难点1.波特率发生器的工作原理。2.FIFO模式与中断/查询模式的选择。四、课程思政五、教学内容串行通信概述Exynos4412串行通信应用实例第十一章I2C总线协议（支撑课程目标：1，2，3）一、教学目的与要求1.I2C（起始/停止、应答、地址帧。2.掌握Exynos4412I2C控制器的配置与编程。3.I2C（MPU6050二、教学重点I2C（开始、停止、应答、数据有效性。I2C/接收流程。三、教学难点1.多主机仲裁机制。2.I2C中断状态机的处理。四、课程思政I2C五、教学内容I2CI2CI2CI2CI2C第十二章SPI总线（支撑课程目标：1，2，3）一、教学目的与要求1.掌握SPI总线的物理层、四种工作模式。2.掌握Exynos4412SPI控制器的配置与编程。3.SPI（MCP2515CAN。二、教学重点SPI（CPOL/CPHA）及其时序。SPI三、教学难点1.时钟极性和相位的正确配置。2.SPI与CAN控制器等复杂外设的驱动设计。四、课程思政SPI五、教学内容SPIExynos4412-SPISPI（三）课程目标与教学内容、方法对应关系章教学内容学时分配课程目标教学方法目标1目标2目标3方法1方法2方法3方法4一嵌入式系统基础知识2课时√√√√二ARM处理器体系结构6课时√√√√三ARM微处理器指令系统4课时√√√√√√四32位微处理器Exynos44124课时√√√√五通用输入/输出接口GPIO4课时√√√√√√√六PWM定时器2课时√√√√√√√七看门狗定时器1课时√√√√√√√八实时时钟定时器1课时√√√√√√√九A/D转换器接口2课时√√√√√√√十串行通信2课时√√√√√√√十一I2C总线协议2课时√√√√√√√十二SPI总线2课时√√√√√√√合计32课时三、考核方法与成绩评定（一）考核方法与成绩评定评价方式占比评价方式占比评价方式占比平时考核课堂出勤10%课堂表现（讨论、回答问题等）10%课后作业10%期中考核期中考试20%期末考核期末考试50%成绩评定平时考核（30%）+期中考核（20%）+期末考核（50%）（二）课程目标与考核方式的对应关系课程目标考核内容评价依据1ARM的基本概念、基本原理，理解嵌入式系统的寄存器组织、处理器组织、存储器系统、总线系统和操作系统，掌C编程。1.嵌入式系统基础知识ARMARM4.32位微处理器Exynos44125.通用输入/输出接口GPIO6.PWM定时器7.看门狗定时器8.实时时钟定时器9.A/D转换器接口10.串行通信I2CSPI总线1.平时考核2.期中考核3.期末考核C程序，能够根据需要进行嵌入式系统3.ARM微处理器指令系统5.通用输入/输出接口GPIO6.PWM定时器7.看门狗定时器8.实时时钟定时器9.A/D转换器接口10.串行通信I2CSPI总线1.平时考核2.期中考核3.期末考核3．素质目标：具备工程伦理和创新意识，了解并遵守嵌入式系统领域的职1.嵌入式系统基础知识2.ARM处理器体系结构1.平时考核2.期中考核业道德和规范，培养良好的学习习惯和自主学习能力，持续跟踪嵌入式系统领域的最新进展。3.ARM微处理器指令系统4.32位微处理器Exynos44125.通用输入/输出接口GPIO6.PWM定时器7.看门狗定时器8.实时时钟定时器9.A/D转换器接口10.串行通信I2CSPI总线3.期末考核四、教材及参考书目[1]施文娟,徐华,朱成云,等.ARMCortex-A9嵌入式微处理器体系结构与接口技术.北京：清华大学出版社，2026.[2]刘洪涛,周凯.ARM嵌入式体系结构与接口技术.北京：人民邮电出版社,2022.[3]曹喜信,郭