ARM Cortex-M0与Cortex-M0+权威指南-(第2版)

目录 译者序1 推荐序3 前言5 致谢7 术语和缩写9 本书约定13 第1章概论 1.1欢迎来到嵌入式处理器的世界 1.1.1处理器有什么作用 1.1.2处理器、CPU、内核、微控制器及其命名 1.1.3嵌入式系统的编程 1.1.4学习微控制器需要了解什么 1.2理解处理器的类型 1.2.1处理器为什么有很多种类 1.2.2ARM处理器家族概述 1.2.3模糊边界 1.2.4ARM CortexM处理器系列 1.2.5ARM CortexM0和CortexM0 处理器简介 1.2.6从CortexM0处理器到CortexM0 处理器 1.2.7CortexM0和CortexM0 处理器的应用 1.3微控制器内部有什么 1.3.1微控制器内常见部件 1.3.2微控制器应用的处理器的特点 1.3.3硅片技术 1.4ARM介绍 1.4.1ARM生产芯片吗 1.4.2ARM的产品是什么 1.4.3芯片厂商为什么不设计自己的处理器 1.4.4ARM生态系统有什么特殊之处 1.5ARM处理器和ARM微控制器方面的资源 1.5.1ARM主页 1.5.2微控制器厂商提供的资源 1.5.3工具厂商提供的资源 1.5.4其他资源 第2章技术综述 2.1CortexM0和CortexM0 处理器 2.2模块框图 2.3典型系统 2.4什么是ARMv6M架构 2.5CortexM处理器间的软件可移植性 2.6ARM CortexM0和CortexM0 处理器的优势 2.6.1低功耗和能耗效率 2.6.2高代码密度 2.6.3低中断等待和确定行为 2.6.4易于使用 2.6.5系统级特性和OS支持特性 2.6.6调试特性 2.6.7可配置性、灵活性和可扩展性 2.6.8软件可移植性和可重用性 2.6.9产品选择的多样性 2.6.10生态系统支持 2.7CortexM0和CortexM0 处理器的应用 2.7.1微控制器 2.7.2传感器 2.7.3传感器集线器 2.7.4电源管理IC 2.7.5ASSP和ASIC 2.7.6片上系统中的子系统 2.8为什么要在微控制器应用中使用32位处理器 2.8.1性能 2.8.2代码密度 2.8.3ARM架构的其他优势 2.8.4软件可重用性 第3章嵌入式软件开发介绍 3.1欢迎进入嵌入式系统编程 3.2基本概念 3.2.1复位 3.2.2时钟 3.2.3电压 3.2.4输入和输出 3.2.5嵌入式软件程序流程介绍 3.2.6编程语言选择 3.3ARM CortexM编程介绍 3.3.1C编程数据类型 3.3.2用C访问外设 3.3.3程序映像内有什么 3.3.4SRAM中的数据 3.3.5微控制器启动时会发生什么 3.4软件开发流程 3.5Cortex微控制器软件接口标准 3.5.1CMSIS介绍 3.5.2CMSISCORE所做的标准化 3.5.3CMSISCORE的组织 3.5.4使用CMSISCORE 3.5.5CMSIS的优势 3.6软件开发的其他信息 第4章架构 4.1ARMv6M架构综述 4.1.1架构的含义 4.1.2ARMv6M架构背景 4.2编程模型 4.2.1操作模式和状态 4.2.2寄存器和特殊寄存器 4.2.3APSR的行为 4.3存储器系统 4.3.1概述 4.3.2单周期I/O接口 4.3.3存储器保护单元 4.4栈存储操作 4.5异常和中断 4.6嵌套向量中断控制器 4.6.1灵活的中断管理 4.6.2嵌套中断支持 4.6.3向量异常入口 4.6.4中断屏蔽 4.7系统控制块 4.8调试系统 4.9程序映像和启动流程 第5章指令集 5.1指令集是什么 5.2ARM和Thumb指令集背景 5.3汇编基础 5.3.1汇编语法一览 5.3.2后缀的使用 5.3.3统一汇编语言(UAL) 5.4指令列表 5.4.1处理器内传送数据 5.4.2存储器访问 5.4.3栈存储访问 5.4.4算术运算 5.4.5逻辑运算 5.4.6移位和循环移位运算 5.4.7展开和顺序反转运算 5.4.8程序流控制 5.4.9存储器屏障指令 5.4.10异常相关指令 5.4.11休眠模式特性相关指令 5.4.12其他指令 5.5伪指令 第6章指令使用示例 6.1概述 6.2程序控制 6.2.1ifthenelse 6.2.2循环 6.2.3跳转指令 6.2.4跳转指令的典型用法 6.2.5函数调用和函数返回 6.2.6跳转表 6.3数据访问 6.3.1简单数据访问 6.3.2使用存储器访问指令的例子 6.4数据类型转换 6.4.1数据大小的转换 6.4.2大小端转换 6.5数据处理 6.5.164位/128位加法 6.5.264位/128位减法 6.5.3整数除法 6.5.4无符号整数开方根 6.5.5位和位域计算 第7章存储器系统 7.1微控制器中的存储器系统 7.2CortexM0和CortexM0 处理器中的总线系统 7.3存储器映射 7.3.1概述 7.3.2系统级设计 7.4程序存储器、Bootloader和存储器重映射 7.4.1程序存储器和Bootloader 7.4.2存储器映射 7.5数据存储器 7.6小端和大端支持 7.7数据类型 7.8存储器属性和存储器访问权限 7.9硬件行为对编程的影响 7.9.1数据对齐 7.9.2访问非法地址 7.9.3多加载和存储指令的使用 7.9.4等待状态 第8章异常和中断 8.1异常和中断的含义 8.2CortexM0和CortexM0 处理器内的异常类型 8.2.1概述 8.2.2不可屏蔽中断 8.2.3HardFault 8.2.4SVC 8.2.5可挂起的系统调用 8.2.6系统节拍 8.2.7中断 8.3NVIC简介 8.4异常优先级定义 8.5向量表 8.6异常流程概述 8.6.1接受异常 8.6.2压栈和出栈 8.6.3异常返回指令 8.6.4末尾连锁 8.6.5延迟到达 8.7EXC_RETURN 8.8用于中断控制的NVIC控制寄存器 8.8.1NVIC控制寄存器概述 8.8.2中断使能和清除使能 8.8.3中断挂起和清除挂起 8.8.4中断优先级 8.9异常屏蔽寄存器(PRIMASK) 8.10中断输入和挂起行为 8.10.1简单中断处理 8.10.2简单的脉冲中断处理 8.10.3中断挂起状态在得到服务前取消 8.10.4外设在确认中断请求时清除挂起状态 8.10.5ISR完成后中断请求保持为高 8.10.6进入ISR前产生了多个中断请求脉冲 8.10.7在ISR执行期间产生了中断请求脉冲 8.10.8已禁止中断的中断请求确认 8.11异常入口流程 8.11.1压栈 8.11.2取出向量并更新PC 8.11.3更新寄存器 8.12异常退出流程 8.12.1寄存器出栈 8.12.2从返回地址取指并执行 8.13中断等待 第9章系统控制和低功耗特性 9.1系统控制寄存器简介 9.2SCB中的寄存器 9.2.1SCB中的寄存器列表 9.2.2CPU ID寄存器 9.2.3用于系统异常管理的控制寄存器 9.2.4向量表偏移寄存器 9.2.5应用中断和复位控制寄存器 9.2.6系统控制寄存器 9.2.7配置和控制寄存器 9.2.8系统处理控制和状态寄存器 9.3使用自复位特性 9.4使用向量表重定位特性 9.5低功耗特性 9.5.1概述 9.5.2休眠模式 9.5.3等待事件和等待中断 9.5.4唤醒条件 9.5.5退出时休眠特性 9.5.6唤醒中断控制器 第10章操作系统支持特性 10.1支持OS的特性概述 10.2嵌入式系统的操作系统介绍 10.3SysTick定时器 10.3.1SysTick寄存器 10.3.2设置SysTick 10.3.3SysTick用于时间测量 10.3.4将SysTick用作单发定时器 10.4进程栈和PSP 10.5SVCall异常 10.6PendSV 10.7高级话题： 在编程中使用SVC和PendSV 10.7.1使用SVC异常 10.7.2使用PendSV异常 10.8高级话题： 实际的上下文切换 第11章错误处理 11.1错误异常概述 11.2错误是如何产生的 11.3分析错误 11.4意外切换至ARM状态 11.5实际应用中的错误处理 11.6软件开发期间的错误处理 11.7锁定 11.7.1锁定的原因 11.7.2锁定期间发生了什么 11.8避免锁定 11.9和ARMv7M架构中错误处理的对比 第12章存储器保护单元 12.1MPU是什么 12.2MPU适用的情形 12.3技术介绍 12.4MPU寄存器 12.4.1MPU类型寄存器 12.4.2MPU控制寄存器 12.4.3MPU区域编号寄存器 12.4.4MPU区域基地址寄存器 12.4.5MPU区域基本属性和大小寄存器 12.5设置MPU 12.6存储器屏障和MPU配置 12.7使用子区域禁止 12.7.1允许高效的存储器划分 12.7.2减少所需的区域总数 12.8使用MPU时的注意事项 12.8.1程序代码 12.8.2数据存储器 12.9和CortexM3/M4/M7处理器的MPU间的差异 第13章调试特性 13.1软件开发和调试特性 13.2调试接口 13.2.1JTAG和串行线调试通信协议 13.2.2CortexM处理器和CoreSight调试架构 13.2.3调试接口的设计考虑 13.3调试特性一览 13.4调试系统 13.5暂停模式和调试事件 13.6利用MTB实现指令跟踪 第14章Keil微控制器开发套件入门 14.1Keil微控制器开发套件介绍 14.1.1概述 14.1.2工具 14.1.3Keil MDK的优势 14.1.4安装 14.2典型的程序编译流程 14.3硬件介绍 14.3.1Freescale Freedom开发板(FRDMKL25Z) 14.3.2STMicroelectronics STM32L0 Discovery 14.3.3STMicroelectronics STM32F0 Discovery 14.3.4NXP LPC1114FN28 14.4μVision IDE入门 14.4.1如何开始 14.4.2启动Keil MDK 14.4.3Freescale FRDMKL25Z工程设置步骤 14.4.4STMicroelectronics STM32L0 Discovery工程设置步骤 14.4.5STMicroelectronice STM32F0 Discovery工程设置步骤 14.4.6NXP LPC1114FN28工程设置步骤 14.5使用IDE和调试器 14.6底层内容 14.6.1CMSIS文件 14.6.2时钟设置 14.6.3栈和堆的设置 14.6.4编译 14.7工程环境的优化 14.7.1目标选项 14.7.2优化选项 14.7.3运行时环境选项 14.7.4工程管理 14.8使用模拟器 14.9在SRAM中执行程序 14.10使用MTB指令跟踪 第15章IAR embedded workbench for ARM入门 15.1IAR embedded workbench for ARM概述 15.2典型的程序编译流程 15.3创建简单的blinky工程 15.4工程选项 15.5在IAR EWARM中使用MTB指令跟踪 15.6提示和要点 第16章GCC入门 16.1GCC工具链 16.2关于本章中的例子 16.3典型开发流程 16.4创建简单的Blinky工程 16.5命令行选项概述 16.6Flash编程 16.7在Keil MDKARM中使用ARM嵌入式处理器GNU工具 16.8在CooCox IDE中使用ARM嵌入式处理器GNU工具 16.8.1概述和设置 16.8.2创建新的工程 16.8.3使用IDE和调试器 第17章mbed入门 17.1什么是mbed 17.2mbed系统是怎么工作的 17.3mbed的优势 17.4设置FRDMKL25Z板和mbed账号 17.4.1检查mbed Web网页 17.4.2注册mbed账号 17.4.3个人计算机的设置 17.5创建blinky程序 17.5.1只开关红色LED的简单版本 17.5.2利用脉宽调试控制LED 17.6支持的常用外设对象 17.7使用printf 17.8应用实例： 火车模型控制器 17.9中断 17.10要点和提示 第18章编程实例 18.1利用通用异步收发器来产生输出 18.1.1通用异步收发器通信概述 18.1.2微控制器上的UART配置概述 18.1.3配置FRDMKL25Z中的UART 18.1.4配置STM32L0 Discovery板中的UART 18.1.5配置STM32F0 Discovery板上的UART 18.1.6配置LPC1114FN28上的UART 18.2实现printf 18.2.1概述 18.2.2Keil MDK的重定向 18.2.3IAR EWARM的重定向 18.2.4GNU编译器套件的重定向 18.2.5IAR EWARM的半主机 18.2.6CoIDE的半主机 18.3开发输入和输出函数 18.3.1为何要重新开发 18.3.2其他接口 18.3.3有关scanf的其他信息 18.4中断编程实例 18.4.1中断处理概述 18.4.2中断控制函数概述 18.5应用实例： 火车模型用的另一个控制器 18.6CMSISCORE的不同版本 第19章超低功耗设计 19.1超低功耗使用示例 19.1.1概述 19.1.2进入休眠模式 19.1.3WFE与WFI 19.1.4利用退出时休眠特性 19.1.5利用挂起发送事件特性 19.1.6利用唤醒中断控制器 19.1.7利用事件通信接口 19.2低功耗设计要求 19.3能量去哪里了 19.4开发低功耗应用 19.4.1低功耗设计概述 19.4.2降低功耗的各种方法 19.4.3选择正确的方法 19.5调试考虑 19.5.1调试和低功耗 19.5.2调试和Flash编程的“安全模式” 19.5.3低电压引脚和调试接口 19.6低电压设备的检测 19.6.1ULPBench的背景 19.6.2ULPBenchCP概述 19.7Freescale KL25Z低功耗特性使用示例 19.7.1目标 19.7.2测试设置 19.7.3KL25Z的低功耗模式 19.7.4时钟设计 19.7.5测试设置 19.7.6测量结果 19.8LPC1114低功耗特性使用示例 19.8.1LPC1114FN28概述 19.8.2实验1:使用12MHz内部和外部晶振 19.8.3实验2:使用降频1MHz和100kHz 19.8.4其他改进 19.8.5利用LPC1114的深度休眠 第20章嵌入式OS编程 20.1介绍 20.1.1背景 20.1.2嵌入式OS和RTOS 20.1.3为什么要使用嵌入式OS 20.1.4CMSISRTOS的作用 20.1.5关于Keil RTX Kernel 20.1.6在Keil MDK中构建一个简单RTX实例 20.2RTX Kernel概述 20.2.1线程 20.2.2RTX配置 20.2.3深入研究**个例子 20.2.4线程间通信概述 20.2.5信号事件通信 20.2.6互斥体(Mutex) 20.2.7信号量 20.2.8消息队列 20.2.9邮件队列 20.2.10内存池管理特性 20.2.11通用等待函数和超时数值 20.2.12定时器特性 20.2.13给非特权线程增加SVC服务 20.3在应用中使用RTX 20.4调试RTX应用 20.5疑难解答 20.5.1栈大小需求 20.5.2优先级 20.5.3利用OS错误报告 20.5.4OS特性配置 20.5.5其他问题 20.6其他要点和提示 20.6.1修改RTX_Config_CM.c 20.6.2线程优先级 20.6.3缩短等待时间 20.6.4其他信息 第21章混合语言工程 21.1汇编在工程开发中的应用 21.2汇编编程实践和AAPCS 21.3汇编函数概述 21.3.1ARM工具链 21.3.2GCC工具链 21.3.3IAR Embedded Workbench for ARM 21.3.4汇编函数结构 21.4内联汇编 21.4.1ARM工具链 21.4.2GNU编译器组件 21.5嵌入汇编特性(ARM工具链) 21.6混合语言工程 21.6.1概述 21.6.2在汇编代码中调用C函数 21.6.3在C代码中调用汇编函数 21.7在Keil MDKARM中创建汇编工程 21.7.1一个简单的工程 21.7.2Hello World 21.7.3其他文本输出函数 21.8用于中断控制的通用汇编代码 21.8.1使能和禁止中断 21.8.2设置和清除中断挂起状态 21.8.3设置中断优先级 21.9汇编语言的其他编程技巧 21.9.1为变量分配数据空间 21.9.2复杂跳转处理 21.10使用特殊指令 21.10.1CMSISCORE 21.10.2习语识别 第22章软件移植 22.1概述 22.2从8位/16位微控制器向ARM CortexM移植软件 22.2.1通用改动 22.2.2存储器需求 22.2.38位或16位微控制器不再适用的优化 22.2.4实例： 从8051移植到ARM CortexM0/CortexM0 22.3ARM7TDMI和CortexM0/M0 处理器间的差异 22.3.1经典ARM处理器概述 22.3.2操作模式 22.3.3寄存器 22.3.4指令集 22.3.5中断 22.4从ARM7TDMI向CortexM0/CortexM0 处理器移植软件 22.4.1启动代码和向量表 22.4.2中断 22.4.3C程序代码 22.4.4汇编代码 22.4.5原子访问 22.4.6优化 22.5各种CortexM处理器间的差异 22.5.1概述 22.5.2系统模型 22.5.3NVIC和异常 22.5.4指令集 22.5.5系统级特性 22.5.6调试和跟踪特性 22.6在CortexM处理器间移植时的通用改动 22.7CortexM0/M0 和CortexM1间的软件移植 22.8CortexM0/M0 和CortexM3间的软件移植 22.9CortexM0/M0 和CortexM4/M7间的软件移植 第23章高级话题 23.1C语言实现的位数据处理 23.2C实现的启动代码 23.3栈溢出检测 23.3.1什么是栈溢出 23.3.2工具链的栈分析 23.3.3栈的测试分析 23.3.4利用存储器保护单元对栈进行限制 23.3.5OS上下文切换期间的栈检测 23.4中断服务程序重入 23.5信号量设计 23.6存储器顺序和存储器屏障 附录A指令集快速参考 附录B异常类型快速参考 B.1异常类型 B.2异常压栈后栈的内容 附录CCMSISCORE快速参考 C.1数据类型 C.2异常枚举 C.3嵌套向量中断控制器访问函数 C.4系统和SysTick操作函数 C.5内核寄存器操作函数 C.6特殊指令操作函数 附录DNVIC、SCB和SysTick寄存器快速参考 D.1NVIC寄存器一览 D.2中断设置使能寄存器(NVICISER) D.3中断清除使能寄存器(NVICICER) D.4中断设置挂起寄存器(NVICISPR) D.5中断清除挂起寄存器(NVICICPR) D.6中断优先级寄存器(NVICIRQ［0］到NVICIRQ［7］) D.7SCB寄存器一览 D.8CPU ID寄存器(SCBCPUID) D.9中断控制状态寄存器(SCBICSR) D.10向量表偏移寄存器(SCBVTOR，0xE000ED08) D.11应用中断和控制状态寄存器(SCBAIRCR) D.12系统控制寄存器(SCBSCR) D.13配置控制寄存器(SCBCCR) D.14系统处理优先级寄存器2(SCBSHR［0］) D.15系统处理优先级寄存器3(SCBSHR［1］) D.16系统处理控制和状态寄存器 D.17SysTick寄存器一览 D.18SysTick控制和状态寄存器(SysTickCTRL) D.19SysTick重装载值寄存器(SysTickLOAD) D.20SysTick当前值寄存器(SysTickVAL) D.21SysTick校准值寄存器(SysTickCALIB) 附录E调试寄存器快速参考 E.1内核调试寄存器 E.2断点单元 E.3数据监视点单元 E.4ROM表寄存器 E.5微跟踪缓冲 E.6POSITION寄存器 E.7MASTER寄存器 E.8FLOW寄存器 E.9BASE寄存器 E.10包格式 E.11实例 附录F调试接头分配 F.110针Cortex调试连接头 F.220针Cortex调试 ETM接头 F.3老式的20针IDC接头排列 附录G疑难解答 G.1程序不运行/启动 G.1.1向量表丢失或位置错误 G.1.2使用了错误的C启动代码 G.1.3复位向量中的值错误 G.1.4程序映像没有被正确地编程到Flash中 G.1.5错误的工具链配置 G.1.6错误的栈指针初始值 G.1.7错误的大小端设置 G.2程序启动，却进入了硬件错误 G.2.1非法存储器访问 G.2.2非对齐数据访问 G.2.3存储器访问权限(只限于CortexM0 处理器) G.2.4从总线返回错误 G.2.5异常处理中的栈被破坏 G.2.6程序在某些C函数中崩溃 G.2.7意外地试图切换至ARM状态 G.2.8在错误的优先级上执行SVC G.3休眠问题 G.3.1执行WFE不进入休眠 G.3.2退出时休眠过早地引起休眠 G.3.3中断已经在挂起态时SEVONPEND不工作 G.3.4由于休眠模式可能禁止了某些时钟，处理器无法唤醒 G.3.5竞态 G.4中断问题 G.4.1执行了多余的中断处理 G.4.2执行了多余的SysTick处理 G.4.3在中断处理中禁止中断 G.4.4错误的中断返回指令 G.4.5异常优先级设置的数值 G.5其他问题 G.5.1错误的SVC参数传递方法 G.5.2调试连接受到I/O设置或低功耗模式的影响 G.5.3调试协议选择/配置 G.5.4使用事件输出作为脉冲I/O G.5.5向量表和代码位置的设备实际需求 G.6其他可能的编程陷阱 G.6.1中断优先级 G.6.2同时使用主栈和进程栈时的栈溢出 G.6.3数据对齐 G.6.4丢失volatile关键字 G.6.5函数指针 G.6.6读修改写 G.6.7中断禁止 G.6.8SystemInit函数 G.6.9断点和内联 附录HARM CortexM0微控制器面包板工程 H.1背景 H.2硬件设计 附录I参考文档