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1、ARM体系结构与编程教学大纲课程编号：08060400ARM体系结构与编程 ARM Architecture and Programming 总学时：32总学分：2课程性质：专业课开设学期及周学时分配：第5学期；2学时/周适用专业及层次：软件工程专业（嵌入式方向） 本科相关课程：微机原理；单片机；C语言；C+教材：ARM体系结构与编程，杜春雷译，清华大学出版社，2005年推荐参考书：ARM嵌入式系统结构与编程 ，清华大学出版社，2009年；嵌入式系统体系结构、编程与设计，清华大学出版社，2010年。一、 课程目的及要求ARM是业界嵌入式开发的通用体系，产检产品几乎都是采用了ARM体系的MCU。

2、本课程主要介绍ARM的体系结构、ARM开发语言、开发平台以及基于ARM的编程。通过本课程的学习，使学生能够理解基本的嵌入式开发流程、开发使用的工具，掌握嵌入式产品的开发方法及编程。二、 课程内容及学时分配第1章 ARM概述及其基本编程模型（2课时）1. 1 ARM技术的应用领域及其特点1. 2 ARM体系结构的版本及命名方法1. 2. 1 ARM体系结构的版本1. 2. 2 ARM体系的变种1. 2. 3 ARM/Thumb体系版本的命名格式l. 3 ARM处理器系列1. 3. 1 ARM7系列1. 3. 2 ARM9系列1. 3. 3 ARM9E系列1. 3. 4 ARM1OE系列1. 3.

3、 5 SecurCore系列l. 4 ARM处理器模式1. 5 ARM寄存器介绍1. 5. l 通用寄存器1. 5. 3 程序状态寄存器1. 6 ARM体系的异常中断1. 6. 1 ARM中异常中断种类1. 6. 2 ARM处理器对异常中断的响应过程1. 6. 3 从异常中断处理程序中返回1. 7 ARM体系中存储系统1. 7. 1 ARM体系中的存储空间1. 7. 2 ARM存储器格式1. 7. 3 非对齐的存储访问操作1. 7. 4 指令预取和自修改代码第2章 ARM指令分类及其寻址方式（2课时）2. 1 ARM指令集概要介绍2. 1. 1 ARM指令的分类2. 1. 2 ARM指令的一般

4、编码格式2. 1. 3 ARM指令的条件码域2. 2 ARM指令寻址方式2. 2. l 数据处理指令的操作数的寻址方式2. 2. 2 字及无符号字节的Load/Store指令的寻址方式2. 2. 3 杂类Load/Store指令的寻址方式2. 2. 4 批量Load/Store指令的寻址方式2. 2. 5 协处理器Load/Store指令的寻址方式第3章 ARM指令集介绍（4课时）3. 1 ARM指令集3. 1. l 跳转指令3. l. 2 数据处理指令3. 1. 3 乘法指令3. 1. 4 杂类的算术指令3. 1. 5 状态寄存器访问指令3. l. 6 Load/Store内存访问指令3.

5、1. 7 批量Load/Store内存访问指令3. 1. 8 信号量操作指令3. 1. 9 异常中断产生指令3. 1. 10 ARM协处理器指令3. 2 一些基本的ARM指令功能段3. 2. l 算术逻辑运算指令的应用3. 2. 2 跳转指令的应用3. 2. 3 Loacl/Store指令的应用3. 2. 4 批量Load/Store指令的应用3. 2. 5 信号量指令的应用3. 2. 6 与系统相关的一些指令代码段3. 3 Thumb指令介绍第4章 ARM汇编语言程序设计（4课时）4. 1 伪操作4. 1. l 符号定义伪操作4. 1. 2 数据定义伪操作4. 1. 3 汇编控制伪操作4.

6、1. 4 栈中数据帧描述伪操作4. 1. 5 信息报告伪操作4. 1. 6 其他的伪操作4. 2 ARM汇编语言伪指令4. 3 ARM汇编语言语句格式4. 3. 1 ARM汇编语言中的符号4. 3. 2 ARM汇编语言中的表达式4. 4 ARM汇编语言程序格式.4. 4. l 汇编语言程序格式4. 4. 2 汇编语言子程序调用4. 5 ARM汇编编译器的使用4. 6 汇编程序设计举例4. 6. 1 ARM中伪操作使用实例4. 6. 2 ARM中汇编程序实例第5章 ARM存储系统（3课时）5. 1 ARM存储系统概述5. 2 ARM中用于存储管理的系统控制协处理器CP155. 2. 1 访问CP

7、15寄存器的指令5. 2. 2 CP15中的寄存器5. 3 存储器管理单元MMU5. 3. l 存储器管理单元MMU概述5. 3. 2 禁止/使能MMU5. 3. 3 MMU中地址变换过程5. 3. 4 MMU中存储访问权限控制5. 3. 5 MMU中的域5. 3. 6 关于快表的操作5. 3. 7 ARM中的存储访问失效5. 4 高速缓冲存储器和写缓冲区5. 4. 1 基本概念5. 4. 2 cache的工作原理和地址映像方法5. 4. 3 cache的分类5. 4. 4 cache的替换算法5. 4. 5 缓冲技术的使用注意事项5. 4. 6 存储系统的一致性问题5. 4. 7 cache

8、内容锁定5. 4. 8 与cache和写缓冲区相关的编程接口5. 5 快速上下文切换技术5. 5. l 快速上下文切换技术原理5. 5. 2 快速上下文切换技术编程接口5. 6 与存储系统相关的程序设计指南5. 6. l 地址空间5. 6. 2 存储器格式5. 6. 3 非对齐的存储访问操作5. 6. 4 指令预取和自修改代码5. 6. 5 IMB5. 6. 6 存储器映射的I/O空间5. 7 AIOA存储系统的实例5. 7. 1 L7205的存储系统概述5. 7. 2 L7205中的SDRAM5. 7. 3 L7205中的 MMU第6章 ATPCS介绍（1课时）6. 1 ATPCS概述6.

9、2 基本ATPCS6. 2. l 寄存器的使用规则6. 2. 2 数据栈使用规则6. 2. 3 参数传递规则6. 3 几种特定的ATPCS6. 3. l 支持数据栈限制检查的ATPCS6. 3. 2 支持只读段位置无关(ROPI)的ATPCS6. 3. 3 支持可读写段位置无关(RWPI)的ATPCS6. 3. 4 支持ARM程序和Thumb程序混合使用的ATPCS6. 3. 5 处理浮点运算的ATPCS第7章 ARM程序和Thumb程序混合使用（1课时）7. 1 概述7. 2 在汇编语言程序中通过用户代码支持interwork7. 2. l 可以实现程序状态切换的指令7. 2. 2 与程序状

10、态切换相关的伪操作7. 2. 3 进行状态切换的汇编程序实例7. 3 在C/C+程序中实现interwork7. 4 在汇编语言程序中通过连接器支持interwork7. 4. l 利用veneers实现汇编程序间的程序状态切换7. 4. 2 利用veneers实现汇编程序与C/C+程序间的程序状态切换第8章 CC+以及汇编语言的混合编程（4课时）8. l 内嵌汇编器的使用8. 1. l 内嵌的汇编指令用法8. 1. 2 内嵌的汇编器和armasm的区别8. l. 3 在CC+程序中使用内嵌的汇编指令8. 1. 4 内嵌汇编指令的应用举例8. 2 从汇编程序中访问C程序变量8. 3 汇编程序.

11、C程序以及C+程序的相互调用8. 3. l 在C+程序中使用C程序头文件8. 3. 2 汇编程序.C程序以及C+程序的相互调用举例第9章 异常中断处理（2课时）9. 1 ARM中异常中断处理概述9. 1. 1 ARM体系中异常中断种类9. 1. 2 异常中断向量表及异常中断优先级9. 1. 3 异常中断使用的寄存器9. 2 进入和退出异常中断的过程9. 2. 1 ARM处理器对异常中断的响应过程9. 2. 2 从异常中断处理程序中返回9. 3 在应用程序中安装异常中断处理程序9. 3. 1 在系统复位时安装异常中断处理程序9. 3. 2 在C程序中安装异常中断处理程序9. 4 SWI异常中断处

12、理程序9. 4. 1 SWI异常中断处理程序的实现9. 4. 2 SWI异常中断调用9. 5 FIQ和IRQ异常中断处理程序9. 5. 1 IRQ/FIQ异常中断处理程序9. 5. 2 IRQ异常中断处理程序举例9. 6 复位异常中断处理程序9. 7 未定义指令异常中断9. 8 指令预取中止异常中断处理程序9. 9 数据访问中止异常中断处理程序第10章 ARM C/0+编译器（1课时）10. 1 ARM C/C+编译器概述10. 1. 1 ARM C/C+编译器及语言库介绍10. l. 2 ARM编译器中与搜索路径相关的一些基本概念10. 2 ARM编译器命令行格式10. 2. l 过程调用标

13、准10. 2. 2 设置源程序语言类型10. 2. 3 指定搜索路径10. 2. 4 设置预处理选项10. 2. 5 设置输出文件类型10. 2. 6 指定目标处理器和ARM体系版本10. 2. 7 生成调试信息10. 2. 8 代码生成的控制10. 2. 9 控制警告信息的产生10. 2. 10 编译时进行的一些额外的检查10. 2. 11 控制错误信息10. 3 ARM编译器中的pragmas10. 4 ARM编译器特定的关键词10. 4. 1 用于声明函数的关键词10. 4. 2 用于声明交量的关键词10. 4. 3 用于限定数据类型的关键词10. 5 ARM编译器支持的基本数据类型10

14、. 6 ARM编译器中预定义宏10. 7 ARM中C/C+库10. 7. 1 ARM中C/C+运行时库概述10. 7. 2 建立一个包含C/C+运行时库的C/C+应用程序10. 7. 3 建立不包含C运行时库的应用程序10. 7. 4 裁减C/C+运行时库以适应特定的目标运行环境第11章 ARM连接器（2课时）11. 1 ARM映像文件11. 1. 1 ARM映像文件的组成11. 1. 2 ARM映像文件的入口点11. 1. 3 输入段的排序规则11. 2 ARM连接器介绍11. 3 ARM连接器生成的符号11. 3. 1 连接器生成的与域相关的符号11. 3. 2 连接器生成的与输出段相关的

15、符号11. 3. 3 连接器生成的与输入段相关的符号11. 4 连接器的优化功能11. 5 运行时库的使用11. 5. 1 C/C+运行时库与目标文件11. 5. 2 查找需要的C/C+运行时库11. 5. 3 选择合适种类的C/C+运行时库11. 5. 4 扫描C/C+运行时库11. 6 从一个映像文件中使用另一个映像文件中的符号11. 6. 1 symdefs文件11. 6. 2 建立symdefs文件11. 6. 3 symdefs文件的使用11. 7 隐藏或者重命名全局符号11. 7. l steering文件的格式11. 7. 2 steering文件中的命令11. 8 ARM连接器

16、命令行选项11. 9 使用scatter文件定义映像文件的地址映射11. 9. l scatter文件概述11. 9. 2 satter文件中各部分介绍11. 9. 3 scatter文件使用举例第12章 嵌入式应用程序示例（3课时）12. l 嵌入式应用程序设计的基本知识12. 1. 1 嵌入式应用系统中的存储映射12. 1. 2 系统初始化12. 2 使用semihosting的 C语言程序示例12. 2. 1 源程序分析12. 2. 2 生成映像文件12. 3 一个嵌入式应用系统示例12. 3. l 源程序分析12. 3. 2 生成映像文件12. 3. 3 本例中地址映射模式12. 4

17、进行ROM/RAM地址重映射的嵌入式应用系统12. 4. l 地址映射模式12. 4. 2 源程序分析12. 4. 3 生成映像文件12. 5 一个嵌入式操作系统示例第13章 使用CodeWarrior（2课时）13. 1 CodeWarrior for ADS概述13. 2 简单工程项目的使用13. 2. 1 工程项目窗口13. 2. 2 简单工程项目的使用13. 3 配置生成目标13. 3. 1 Debug Settings对话框介绍13. 3. 2 设置牛成目标的基本选项13. 3. 3 汇编器选项设置13. 3. 4 编译器的选项设置13. 3. 5 连接器的选项设置13. 3. 6

18、fromELF工具的选项设置13. 4 复杂工程项目的使用13. 4. l 建立一个新的生成目标13. 4. 2 将一个生成目标更名13. 4. 3 建立生成目标之间的依赖关系13. 4. 4 子工程项目的使用13. 5 工程项目模板13. 5. 1 ADS中工程项目模板的使用13. 5. 2 建立用户工程项目模板13. 6 编译和连接工程项目13. 6. 1 编译文件13. 6. 2 生成工程项目第14章 ARM体系中的调试方法（1课时）14. 1 ARM体系中调试系统概述14. 2 基于Angel的调试系统14. 2. l 基于Angel的调试系统的概述14. 2. 2 使用Angel开发

19、应用程序14. 2. 3 Angel执行的操作14. 2. 4 将Angel移植到特定的目标系统14. 3 基于JTAG的调试系统14. 3. l 基于JTAG的调试系统的特点14. 3. 2 基于JTAG的调试系统结构14. 3. 3 目标系统中的调试功能扩展部件14. 3. 4 基于JTAG的调试过程14. 4 ADW使用介绍14. 4. 1 ADW概述14. 4. 2 ADW中的窗口14. 4. 3 ADW使用介绍 三、 教学重点与难点第1章 ARM概述及其基本编程模型重点：ARM编程模型难点：异常中断处理第2章ARM指令分类及其寻址方式重点：ARM寻址方式难点：ARM指令寻址第3章AR

20、M指令集介绍重点：ARM指令集难点：异常中断指令第4章ARM汇编语言程序设计重点：ARM汇编语言调用难点：ARM汇编语言设计第5章 ARM存储系统 重点： ARM存储难点： MMU管理第6章ATPCS介绍重点：寄存器、数据栈、参数传递规则难点：特定的ATPCS第7章ARM程序和Thumb程序混合使用重点：ARM程序和Thumb程序混合难点：ARM程序和Thumb程序混合使用第8章CC+以及汇编语言的混合编程重点：内嵌汇编器难点：汇编程序.C程序以及C+程序的相互调用第9章异常中断处理重点：异常中断向量表难点：异常中断响应第10章ARM C/0+编译器重点：ARM C/0+编译过程难点：ARM中

21、C/C+库 第11章ARM连接器重点：ARM连接器映像文件难点：从一个映像文件中使用另一个映像文件中的符号第12章 嵌入式应用程序示例重点：嵌入式应用程序开发过程难点：ROM/RAM地址重映射的嵌入式应用系统第13章 使用CodeWarrior重点：CodeWarrior使用难点：配置生成目标第14章ARM体系中的调试方法重点：基于JTAG的调试系统难点：bug定位四、 主要教学方式本课程采用多媒体设备，结合板书形式进行教学。五、 典型作业练习1、 串口通信案例的实现2、 手持式设备的开发六、课程考核方式 本课程采用期末闭卷考试方式进行考核。 撰写人：青软实训 审核人：信息科学技术学院课程简介

22、ARM体系结构与编程（ARM Architecture and Programming）课程编号：08060400 课程性质：专业课开设学期及学时分配：第5学期 2学时/周 适用专业及层次：软件工程专业（嵌入式方向） 本科先行课程：C、C+、微机原理、单片机 后继课程：嵌入式系统设计、嵌入式Linux编程；WinCE编程教材：ARM体系结构与编程，杜春雷译，清华大学出版社，2005年推荐参考书：ARM嵌入式系统结构与编程 ，清华大学出版社，2009年；嵌入式系统体系结构、编程与设计 ，清华大学出版社，2010年。课程目的、内容与要求： ARM体系结构是分布非常广泛的MCU体系，本课程介绍了ARM编程模型、指令集及混合式编程等技术。通过本课程的学习，使学生能偶掌握嵌入式开发的流程、语言和方法。使学生深刻认识嵌入式软件的开发过程和实现技术 本课程要求学生应具备微机原理、单片机应用技术；应熟悉C/C+编程技术以及控制论技术。 撰写人：青软实训 审核人：