嵌入式系统及应用开发基础

目录

第1部分嵌入式微处理器架构及编程基础

第1章嵌入式系统与物联网概述1

1.1嵌入式系统概述1

1.1.1嵌入式系统概念1

1.1.2嵌入式微处理器简介2

1.1.3嵌入式微处理器分类3

1.2ARM系列嵌入式处理器概述4

1.2.1ARM及其商业模式简介4

1.2.2ARM架构与版本的演进5

1.2.3ARM指令系统演进6

1.3嵌入式操作系统8

1.4开源硬件与嵌入式软件新技术11

1.4.1Arduino开源硬件11

1.4.2Lua语言开源硬件13

1.4.3Micro EJ/OS项目14

1.5物联网与智能硬件产业16

练习题18

第2章ARM7TDMI处理器内核结构21

2.1ARM7TDMI处理器内核结构概述21

2.1.1处理器内核结构21

2.1.2处理器工作状态22

2.1.3处理器工作模式与任务的特权级别23

2.1.4三级流水线24

2.1.5处理器支持数据类型24

2.1.6内部寄存器25

2.1.7CPSR程序状态字功能详解28

2.1.8Thumb状态下寄存器集30

2.2ARM7TDMI主存储器32

2.2.1存储结构特点概述32

2.2.2地址空间33

2.2.3存储顺序与存储模式33

2.2.4存储器的非对齐访问35

2.3存储器映射I/O空间36

2.4ARM7TDMI中断与异常38

2.4.1中断与异常概述38

2.4.2异常处理进入与返回39

2.4.3异常向量40

2.4.4异常优先级40

2.4.5异常处理程序模板41

2.4.6异常分类详细描述41

2.4.7中断响应延时43

2.5JTAG接口43

练习题45

第3章Cortex-M3处理器内核结构48

3.1M3处理器内核结构概述48

3.2M3内核寄存器49

3.2.1通用寄存器49

3.2.2特殊功能寄存器50

3.3M3工作状态/工作模式/特权级别53

3.3.1M3工作状态53

3.3.2M3处理器工作模式与特权级别54

3.3.3特权级别与工作模式转换55

3.4M3三级流水线57

3.5M3指令系统57

3.6M3存储系统58

3.7M3总线接口60

3.8M3中断异常61

3.8.1中断异常事件源61

3.8.2异常中断向量表62

3.8.3中断向量控制器64

3.9M3复位序列与堆栈64

3.10M3堆栈空间及其操作模式65

3.11M3内核私有外围设备69

3.12M3软硬件集成开发环境70

练习题71

第4章ARM处理器指令系统74

4.1ARM/Thumb/Thumb-2指令集概述74

4.1.1ARM系列处理器指令集简介74

4.1.2ARM/Thumb/Thumb-2指令特性75

4.1.3ARM汇编器基本语法76

4.2ARM/Thumb/Thumb-2指令基础78

4.2.1ARM内核寄存器编程模型78

4.2.2指令编码格式80

4.2.3程序状态寄存器标志位与条件码82

4.2.4指令后缀码83

4.2.5指令寻址方式84

4.332位ARM指令集88

4.3.132位ARM指令分类详解88

4.3.2地址装载与空操作宏指令105

4.416位Thumb指令集简介108

4.5Thumb-2指令集110

4.5.1Thumb-2指令简介110

4.5.2Thumb-2特色指令详解114

4.6常用汇编伪指令简介123

练习题126

第5章ARM汇编语言程序设计128

5.1汇编语言程序设计基本流程128

5.2顺序程序设计129

5.3分支程序设计130

5.4循环程序设计134

5.5子程序设计135

5.6汇编语言程序访问全局C变量139

练习题140

第6章汇编语言与C/C++语言混合程序设计143

6.1混合程序设计概述143

6.2C语言启动代码144

6.3ATPCS/AAPCS规范147

6.3.1ATPCS/AAPCS概述147

6.3.2ATPCS基本规则148

6.3.3ATPCS规范使用范例152

6.4C/C++内嵌汇编器的使用155

6.4.1内嵌汇编指令用法156

6.4.2内嵌汇编器和ARM汇编器的区别157

6.4.3在C/C++语言程序中使用内嵌汇编语言158

6.4.4内嵌汇编语言的应用举例160

6.5汇编语言程序访问C语言程序中的全局变量162

6.6汇编语言程序与C/C++语言程序的相互调用163

6.6.1在C++语言程序中使用C语言程序头文件164

6.6.2汇编语言程序与C/C++语言程序的相互调用举例165

6.7嵌入式系统常用C语言代码优化168

练习题170

第7章ARM存储系统与I/O端口映射173

7.1ARM系列处理器主存储器控制器接口173

7.2LPC2000芯片存储系统174

7.2.1主存储器地址空间174

7.2.2主存储器映象174

7.2.3外设I/O空间映射176

7.3内存映射I/O端口读写控制方法177

7.4存储器映射I/O端口扩展案例178

7.5Cortex-M3存储器总线结构181

7.5.1Cortex-M3内部总线接口181

7.5.2Cortex-M3外部总线接口184

7.6Cortex-M3存储器系统185

7.6.1存储器系统概览185

7.6.2存储器映射186

7.7Cortex-M3位带区189

7.7.1位带区概念189

7.7.2位带区地址空间189

7.7.3位带区位地址映射190

7.7.4位带区操作汇编代码191

7.7.5位带区操作与非位带区操作方法对比191

7.7.6C语言操作位带区193

练习题194

第8章Cortex-M3异常和中断系统196

8.1Cortex-M3异常196

8.1.1异常类型196

8.1.2中断优先级197

8.1.3中断向量表198

8.2Cortex-M3中断行为与处理机制199

8.2.1异常进入199

8.2.2异常退出200

8.3Cortex-M3中断向量控制器202

8.3.1中断向量控制器概述202

8.3.2NVIC寄存器功能详解206

8.4Cortex-M3中断编程基础214

8.5基于STM32固件函数库的NVIC中断编程216

练习题224

第2部分嵌入式微处理器硬件接口驱动编程及案例

第9章STM32F10x驱动编程基础226

9.1引言226

9.2STM32F10x SoC芯片226

9.2.1概述226

9.2.2STM32F10x片内外部设备229

9.2.3STM32F10x芯片引脚231

9.2.4STM32F10x*小系统233

9.3STM32F10x GPIO并行接口234

9.3.1STM32F10x GPIO端口内部结构235

9.3.2STM32F10x GPIO端口寄存器236

9.3.3GPIO外设时钟控制240

9.3.4GPIO*基本应用示例代码241

9.3.5GPIO位带区操作代码243

练习题245

第10章I2C总线协议及应用案例246

10.1I2C总线协议规范246

10.2应用案例(一):GPIO模拟I2C总线协议251

10.2.1I2C协议驱动程序分层模型252

10.2.2I2C总线协议实现方式252

10.2.3I2C接口功能芯片252

10.2.4GPIO模拟I2C电路实例253

10.2.5软件模拟I2C协议代码详解253

10.3应用案例(二):STM32片内I2C接口应用262

10.3.1STM32F10x I2C接口控制器概述262

10.3.2STM32F10x I2C控制器寄存器263

10.3.3STM32F10x I2C控制器库函数264

10.3.4STM32 I2C接口应用案例266

练习题271

第11章并行接口驱动编程应用案例272

11.1应用案例(三):128×64点阵液晶屏模块接口硬件驱动设计272

11.1.1点阵液晶显示模块272

11.1.2GPIO驱动点阵液晶屏接口设计275

11.1.3SRAM总线驱动点阵液晶屏接口设计277

11.2应用案例(四):TFT点阵液晶屏与STM32接口设计281

11.2.1TFT点阵液晶屏简介281

11.2.2MCU与ILI9486通信方式282

11.2.3TFT点阵液晶屏模块接口信号283

11.2.4ILI9486操作时序284

11.2.5STM32与ILI9486接口电路285

11.2.6ILI9486驱动程序285

练习题288

第12章STM32库函数驱动编程及应用案例290

12.1引言290

12.2STM32F10x固件函数库290

12.2.1概述290

12.2.2固件函数库工程文件结构291

12.2.3固件函数库接口标准与文档命名格式292

12.2.4固件函数库各部分内在逻辑关系292

12.2.5固件函数库部分函数清单293

12.3STM32库函数驱动GPIO编程实例295

12.3.1GPIO库函数清单295

12.3.2GPIO初始化代码分析296

12.4SysTick定时器301

12.4.1SysTick定时器硬件结构301

12.4.2SysTick固件函数库API303

12.4.3SysTick应用案例：精确延时函数的实现305

12.4.4SysTick的配置使用方法总结306

12.5STM32片内通用定时器309

12.5.1STM32定时器简介309

12.5.2通用定时器TIM2—TIM5配置310

12.5.3应用范例311

练习题313

第13章UART异步串行通信316

13.1异步串行通信基本概念316

13.2异步串行通信接口电路319

13.3STM32 USART硬件结构323

13.3.1STM32 USART接口概述323

13.3.2USART接口寄存器描述324

13.3.3USART接口中断325

13.4STM32 USART接口软件编程326

13.4.1USART接口固件函数库326

13.4.2USART库函数使用详解328

13.4.3USART应用案例331

练习题335

第3部分嵌入式微处理器物联网应用案例

第14章STM32物联网应用案例337

14.1引言337

14.2OneNET智能云平台概述338

14.2.1OneNET应用系统功能分层模型338

14.2.2OneNET应用系统软硬件组成338

14.2.3OneNET设备开发流程339

14.2.4OneNET设备接入的有关概念339

14.3OneNET设备接入协议340

14.3.1OneNET支持协议类型340

14.3.2HTTP接入协议340

14.3.3HTTP接入流程与步骤341

14.4数据点操作API接口协议详解343

14.4.1协议详解343

14.4.2HTTP/POST数据包范例347

14.5OneNET数据采集系统方案设计348

14.5.1系统总体功能结构348

14.5.2设备及数据流注册348

14.6数据采集子系统设计349

14.6.1节点设备硬件结构349

14.6.2岩体裂缝距离测量技术方案349

14.6.3网络接口设计350

14.6.4DHT11数字温湿度模块350

14.6.5节点设备软件设计与实现350

14.7实验与测试357

14.8物联网应用案例总结358

练习题358

参考文献359