《接口技术》课程简介 —— 华中科技大学
一、课程名称（中英文）
中文名称：接口技术
英文名称：Computer Interface Technology
二、课程代码及性质
课程代码：CST5191
课程性质：专业方向课选修
三、学时与学分
总学时：48（理论学时：24学时；实践学时：24学时）
学分：3
四、先修课程
数字电路与逻辑设计，计算机组成原理，汇编语言程序设计，Verilog语言，C语言程序设计
五、主要教学内容
教学安排
(一)接口技术概述
本章主要知识点包括：接口的基本任务、接口技术的发展概况，接口的分层次概念，设备接口，接口电路设计的解决方案等
课后作业和讨论：
课外实践：典型计算机系统常用接口芯片的认识和分析
课外阅读主题：
本章课堂教学学时2学时，建议学生课后学习3学时。
(二)总线技术
本章主要知识点包括：总线的作用与组成，总线的性能参数，多总线技术及总线层次化，总线传输的操作过程，总线标准，典型总线。
课后作业和讨论：
课外实践：
课外阅读主题：PCI总线及其规范
本章课堂教学学时2学时，建议学生课后学习4学时。
(三)I/O端口地址译码技术
本章主要知识点包括：I/O地址空间及其分配，I/O端口，I/O端口地址译码，端口地址译码电路的设计。
课后作业和讨论：
课外实践：设计一个简单的端口地址译码电路
课外阅读主题：
本章课堂教学学时2学时，建议学生课后学习4学时。
(四)基于MIPSfpga的微处理器系统
本章主要知识点包括：MIPSfpga处理器、处理器总线和典型接口模块。
课后作业和讨论：
课外实践：
课外阅读主题：MIPS处理器及相关资料
本章课堂教学学时2学时，建议学生课后学习4学时。
(五)并行接口
本章主要知识点包括：并行接口的特点，组成并行接口电路的元器件，GPIO接口及实例，并行存储器接口。
课后作业和讨论：
课外实践：（实验1：基于MIPSfpga的GPIO接口，部分同学有兴趣可安排并行存储器接口作为课外实践！）
课外阅读主题：
本章课堂教学学时2学时，建议学生课后学习8学时。
(六)串行通信接口
本章主要知识点包括：串行通信的基本概念，串行通信协议，串行通信接口标准，串行通信接口电路，基于UART的串行通信接口电路设计。
课后作业和讨论：
课外实践：（实验2：UART串行通信模块设计；实验3：基于MIPSfpga的串行通信接口，因此不安排课外实践！）
课外阅读主题：
本章课堂教学学时4学时，建议学生课后学习16学时。
(七)中断技术
本章主要知识点包括：中断、中断类型、中断号，中断触发方式与中断排队方式，中断向量与中断向量表，中断处理过程，MIPSfpga中断系统，中断控制器。
课后作业和讨论：
课外实践：（实验4：在实验3的基础上实现简单的外设中断并编写中断服务程序，因此不安排课外实践！）
课外阅读主题：
本章课堂教学学时4学时，建议学生课后学习8学时。
(八)DMA传输技术
本章主要知识点包括：DMA传输方式，DMA操作，DMA控制器与CPU之间的总线控制权转移，DMA控制器，DMA体系结构及初始化，系统DMA资源的应用。
课后作业和讨论：
课外实践：有兴趣的同学可以在实验4的基础上添加DMA控制器，实现数据的DMA传送。
课外阅读主题：
本章课堂教学学时2学时，建议学生课后学习16学时。
(九)A/D与D/A转换器接口
本章主要知识点包括：模拟量接口的作用，A/D转换器，A/D转换器接口设计的任务与方法，A/D转换器接口设计，D/A转换器，D/A转换器接口设计的任务与方法，D/A转换器接口设计。
课后作业和讨论：
课外实践：（实验5：在实验3的基础上添加A/D接口并编写程序实现简单的应用演示，因此不安排课外实践！）
课外阅读主题：
本章课堂教学学时2学时，建议学生课后学习8学时。
(十)基于MIPSfpga的典型接口应用实例
本章主要知识点包括：基于MIPSfpga的典型接口应用实例简介。
课后作业和讨论：
课外实践：（实验6：设计并实现一个基于MIPSfpga的典型接口应用系统，因此不安排课外实践！）。
课外阅读主题：
本章课堂教学学时2学时，建议学生课后学习16学时。
实验安排
(一)基于MIPSfpga的GPIO接口
实验内容
在MIPSfpga处理器上添加一个GPIO接口，GPIO接口连接16个开关作为输入，连接16个LED作为输出，通过MIPS汇编语言能够对输入和输出进行操作。
实验类型
综合性、设计型实验
实验目的与要求
在FPGA平台上基于MIPSfpga搭建一个最简单的嵌入式处理器系统，在此基础上添加GPIO接口，编写程序对该GPIO接口进行必要的操作。
实验形式
(1)独立完成。
(2)课内4学时，课内检查，其余为课外学时。
实验考核
(1)现场验收并对实验内容进行提问。
(2)根据设计方案、实验结果、附加功能、操作熟练程度、现场检查和回答情况及实验报告质量综合评定成绩。
(二)UART串行通信模块设计
实验内容
设计实现一个UART接口
实验类型
综合性、设计型实验
实验目的与要求
采用Verilog语言在FPGA平台上设计实现一个UART串行通信模块，将PC机与FPGA连接，通过该UART模块实现与主机的串行通信。
实验形式
(1)独立完成。
(2)课内4学时，课内检查，其余为课外学时。
实验考核
(1)现场验收并对实验内容进行提问。
(2)根据设计方案、实验结果、附加功能、操作熟练程度、现场检查和回答情况及实验报告质量综合评定成绩。
(三)基于MIPSfpga的串行通信接口
实验内容
在实验1搭建的MIPSfpga系统中添加串行通信接口
实验类型
综合性、设计型实验
实验目的与要求
在实验1搭建的MIPSfpga系统中添加串行通信接口，该串行通信接口最好是实验2中自己实现的（如果有困难的同学可以直接使用现成的UART IP），编写简单的应用程序对串行通信接口进行测试。
实验形式
(1)独立完成。
(2)课内4学时，课内检查，其余为课外学时。
实验考核
(1)现场验收并对实验内容进行提问。
(2)根据设计方案、实验结果、附加功能、操作熟练程度、现场检查和回答情况及实验报告质量综合评定成绩。
(四)中断技术
实验内容
在MIPSfpga计算机系统上实现中断控制
实验类型
综合性、设计型实验
实验目的与要求
在实验3搭建的具有串行通信接口的MIPSfpga计算机系统上实现中断（有兴趣的同学可以提高难度，实现向量中断，甚至添加中断控制器来实现中断），编写中断服务程序及应用程序对系统进行测试和演示。
实验形式
(1)独立完成。
(2)课内4学时，课内检查，其余为课外学时。
实验考核
(1)现场验收并对实验内容进行提问。
(2)根据设计方案、实验结果、附加功能、操作熟练程度、现场检查和回答情况及实验报告质量综合评定成绩。
(五)A/D转换接口
实验内容
在实验3或者是实验4的MIPSfpga计算机系统上添加A/D转换接口
实验类型
综合性、设计型实验
实验目的与要求
在实验3或者是实验4搭建的MIPSfpga计算机系统上加入I2C控制器，然后通过I2C总线连接ADT7420温度传感器，编写相应的接口驱动程序和应用程序对温度的采集及显示进行测试和演示。
实验形式
(1)独立完成。
(2)课内4学时，课内检查，其余为课外学时。
实验考核
(1)现场验收并对实验内容进行提问。
(2)根据设计方案、实验结果、附加功能、操作熟练程度、现场检查和回答情况及实验报告质量综合评定成绩。
(六)基于MIPSfpga的典型接口应用系统
实验内容
搭建一个基于MIPSfpga的典型接口应用系统
实验类型
综合性、设计型实验
实验目的与要求
在讲课和前面实验的基础上，搭建一个基于MIPSfpga的典型接口应用系统，该系统必须包括前面实验所涉及的所有接口（鼓励同学们添加新的接口，甚至添加自己设计的新接口），编写相应的接口驱动程序和应用程序展示整个系统的功能。
实验形式
(1)独立完成。
(2)课内4学时，课内检查，其余为课外学时。
实验考核
(1)现场验收并对实验内容进行提问。
(2)根据设计方案、实验结果、附加功能、操作熟练程度、现场检查和回答情况及实验报告质量综合评定成绩。
六、特色
1.本课程的教学过程中将采用PBL（基于项目和基于问题）教学方法，充分调动学生的学习积极性，体现研究性学习，提高学习效果；
2.主要的教学环节包括课堂授课、课堂演示、课程实验、课外实践等环节；
3.课程将《接口技术》的学习与《数字逻辑电路》、《计算机组成原理》、《汇编语言程序设计》、《Verilog语言》、《C语言程序设计》、甚至《操作系统》等课程所学习的知识有机的结合起来，是本科生三年多学习以来最综合的一门课程；
4.课程通过讲授和实验将知识循环展开，逐步深入，使学生更加牢固的树立计算机的系统观；
5.注重培养学生搭建简单计算机系统的能力，为后续计算机系统综合能力的培养奠定坚实的基础；同时，力求通过这些硬件类课程的学习同时提升学生软件设计水平。
七、考核方式
考核，平时成绩占20%，实验成绩占40%（前5个实验），综合性项目占40%（实验6，团队完成，需要演示和答辩）。
八、使用的教材
刘乐善、陈进才，微型计算机接口技术，人民邮电出版社
九、主讲教师
陈进才、王海卫、胡迪青、卢萍、王桦、谭志鹏、肖亮