嵌入式原理与应用期末复习

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,嵌入式系统原理与应用,*,期末复习,电话：,660345 13777780345,Email: ywb_jsj,*,嵌入式系统原理与应用,2,课程性质与目的,嵌入式原理与应用是电类本科专业的一门核心选修课程，该课程涵盖了,微电子技术、电子信息技术、计算机软、硬件,等多个领域，且,技术性,、工程性、,实践性,和综合性都很强的一门课。,使学生获得嵌入式系统的有关软硬知识，掌握嵌入式系统,程序设计,的基本方法和技巧；结合,上机实践,，使学生对嵌入式系统程序设计和软件开发过程有一个比较全面地、系统地了解；初步具备应用嵌入式系统解决实际问题的能力。,*,嵌入式系统原理与应用,3,课程内容,*,嵌入式系统原理与应用,4,嵌入式系列课程,嵌入式系统原理与应用,面向数据采集、控制等,实时应用,，基于,STM32 Cortex M3,嵌入式微控制器，讲述嵌入式系统基本原理与应用,嵌入式操作系统基础,基于,ucOS/II,嵌入式实时操作系统，讲述嵌入式操作系统基本原理,嵌入式系统软件开发,面向嵌入式网关等高端应用，基于嵌入式,Linux,操作系统，侧重嵌入式,Linux,下的软件开发,STM32F,系列 图解,STM32F10x,系列微控制器 系统结构,存储器组织,4G,字节的寻址空间，地址范围：,0x0000 0000-0xffff ffff,1.,空间,共分为,8,块,：,block0,block7,，每块,512M,外设寄存器组,（,PERIPHERALS,）,-,包括输入输出端口,数据存储器,(SRAM),程序存储器,(CODE),APB1,APB2,AHB,0x4001 0000,0x4002 0000,0x4000 0000,外设寄存器求法,#define PERIPH_BASE (u32)0x40000000),寄存器地址,=,总线基址,+,外围总线基址,+,外设地址偏移量,+,寄存器偏移量,#define APB1PERIPH_BASE PERIPH_BASE,#define APB2PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x10000),#define AHBPERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x20000),#define GPIOA_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x0800),#define GPIOB_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x0C00),#define GPIOC_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1000),*,嵌入式系统原理与应用,10,标准外设库文件体系结构,*,嵌入式系统原理与应用,11,标准外设库文件描述：,CMSIS,文件,文件名,功能描述,具体功能说明,core_cm3.h,core_cm3.c,Cortex-M3,内核及其设备文件,访问,Cortex-M3,内核及其设,备,，提供,NVIC,，,SysTick,等访,问,Cortex-M3,的,CPU,寄存器和内核外设的函数,stm32f10x.h,微控制器专用头文件,包,含了,STM32F10x,全系列所有外设寄存器的定义（寄存器的基地址和布局）、位定义、中断向量表、存储空间的地址映射等,system_stm32f10x.h,system_stm32f10x.c,微控制器专用系统文件,函数,SystemInit,用,来初始化微控制,器,Sysem_ExtMemCtl,配,置外部存储器控制器。它位于文,件,startup_stm32f10x_xx.s,/.c,，在跳转到,main,前调,用,SystemFrequncy,，该值代表系统时钟频率,startup_stm32f10x_Xd.s,编译器启动代码,微控制器专用的中断处理程序列表,(,与头文件一致,),弱,定义,(Weak),的中断处理程序默认函数,(,可以被用户代码覆盖,),，,该,文件是与编译器相关的,*,嵌入式系统原理与应用,12,外设驱动文件,文件名,功能描述,具体功能说明,stm32f10x_conf.h,固件库配置文件,通过更改包含的外设头文件来选择固件库所使用的外设，在新建程序和进行功能变更之前应当首先修改对应的配置。,stm32f10x_it.h,stm32f10x_it.c,外设中断函数文件,用户可以相应的加入自己的中断程序的代码，对于指向同一个中断向量的多个不同中断请求，用户可以通过判断外设的中断标志位来确定准确的中断源，执行相应的中断服务函数。,stm32f10x_ppp.h,stm32f10x_ppp.c,外设驱动函数文件,包括了相关外设的初始化配置和部分功能应用函数，这部分是进行编程功能实现的重要组成部分。,Application.c,用户文件,用户程序文件，通过标准外设库提供的接口进行相应的外设配置和功能设计。,misc.h,misc.c,单独对于,NVIC(,中断向量,嵌套,),的外设驱动,*,嵌入式系统原理与应用,13,STM32,标准外设库：命名规则,PPP,表示任一外设缩写，如,ADC,、,GPIO,系统、源程序文件和头文件命名都以,stm32f10x,开头,常量,仅被用于一个文件的，定义于该文件中；被用于多个文件的，在对应的头文件中定义；所有常量命名都用大写字母,寄存器作为常量处理，用大写字母命名，通常与用户手册中的命名一致,外设函数的命名以该外设的缩写加下划线开头，每个单词的第一个字母都由英文字母大写书写，如：,USART_SendData,，在函数命中，只允许存在一个下划线，用以分隔外设缩写和函数名的其他部分,*,嵌入式系统原理与应用,14,命名规则,PPP_Init,函数，其功能是根据,PPP_InitTypeDef,中指定的参数，初始化外设,PPP,，如,TIM_Init,PPP_DeInit,函数用于复位外设,PPP,的所有寄存器至默认值，例如,TIM_DeInit,PPP_StructInit,函数用于复位,PPP_InitTypeDef,结构体中的成员至默认值，如,USART_StructInit,PPP_Cmd,函数用于使能或失能外设,PPP,，如,USART_Cmd,PPP_ITConfig,函数用于使能或失能来自外设,PPP,的某中断源，如,RCC_ITConfig,*,嵌入式系统原理与应用,15,命名规则,PPP_DMAConfig,函数用于使能或失能外设,PPP,的,DMA,接口，如,TIM_DMAConfig,用以配置外设功能的函数，总是以字符串“,Config”,结尾，如,GPIO_PinRemapConfig,PPP_GetFlagStatus,函数用于检查外设,PPP,某标志位被设置与否，如,I2C_GetFlagStatus,PPP_ClearFlag,函数用于清除外设,PPP,的标志位，如,I2C_ClearFlag,PPP_GetITStatus,函数用于判断来自外设,PPP,的中断发生与否，如,I2C_GetITStatus,*,嵌入式系统原理与应用,16,数据类型和结构：变量（,stdint.h/core_cm3.h,）,typedef unsigned char,uint8_t;,typedef unsigned short int,uint16_t;,typedef unsigned int,uint32_t;,#define _I volatile const,（,read only,）,#define _IO volatile,（,read / write,）,typedef signed char,int8_t;,typedef signed short int,int16_t;,typedef signed int,int32_t;,volatile,的作用,*,嵌入式系统原理与应用,17,定义为,volatile,的变量是说这变量可能会被意想不到地改变，优化器在用到这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值，而不是使用保存在寄存器里的备份。,s,tatic,i,nti=0;,intmain(void),.,while(1),if(i),dosomething();,voidISR_2(void), i=1; ,编译器判断在main函数里面没有修改过i，因此可能只执行一次对从i到某寄存器的读操作，然后每次if判断都只使用这个寄存器里面的“i副本”，可能会导致dosomething永远也不会被调用。,*,嵌入式系统原理与应用,18,数据类型和结构：变量（,stm32f10x.h,）,typedef int32_t,s32,;,typedef int16_t,s16,;,typedef int8_t,s8,;,typedef const int32_t,sc32,;/,只读变量,typedef const int16_t,sc16,;,typedef const int8_t,sc8,;,typedef _IO int32_t,vs32,;/,typedef _IO int16_t,vs16,;,typedef _IO int8_t,vs8,;,typedef _I int32_t,vsc32,;,typedef _I int16_t,vsc16,;,typedef _I int8_t,vsc8,;,说明变量在程序执行中可被隐含地改变,优化器在用到这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值，而不是使用保存在寄存器里的备份,*,嵌入式系统原理与应用,19,数据类型和结构：变量（,stm32f10x.h,）,typedef uint32_t,u32,;,typedef uint16_t,u16,;,typedef uint8_t,u8,;,typedef const uint32_t,usc32,;/,只读变量,typedef const uint16_t,usc16,;,typedef const uint8_t,usc8,;,typedef _IO uint32_t,vu32,;/,typedef _IO uint16_t,vu16,;,typedef _IO uint8_t,vu8,;,typedef _I uint32_t,vuc32,;,typedef _I uint16_t,vuc16,;,typedef _I uint8_t,vuc8,;,*,嵌入式系统原理与应用,20,数据类型和结构：布尔类型,布尔类型定义为：,typedef enum,FALSE = 0;,TRUE = !FALSE;, bool;,标准,C,规定：“枚举类型的尺寸是以能够容纳最大枚举子的值的整数的尺寸”，就是说可以是,char,、,short,和,int,。,*,嵌入式系统原理与应用,21,数据类型和结构：标志位状态类型,标志位类型的两个可能值为“设置,(SET)”,、“重置,(RESET)”,：,typedef enum,RESET = 0;,SET = !RESET;, FlagStatus;,*,嵌入式系统原理与应用,22,数据类型和结构：功能状态类型,功能状态类型的两个可能值为“使能,(ENABLE)”,、“失能,(DISABLE)”,：,typedef enum,DISABLE = 0;,ENABLE = !DISABLE;, FunctionalState;,*,嵌入式系统原理与应用,23,数据类型和结构：错误状态类型,错误状态类型的两个可能值为“成功,(SUCCESS)”,、“出错,(ERROR)”,：,typedef enum,ERROR = 0;,SUCCESS = !ERROR;, ErrorStatus;,*,嵌入式系统原理与应用,24,数据类型和结构：外设结构,外设结构可以通过指向各个外设的指针访问各外设的控制寄存器，这些指针所指向的数据结构与各个外设的控制寄存器布局一一对应，文件,stm32f10x.h,包含了所有外设控制寄存器的结构，如,USART,寄存器结构的声明：,typedef struct,vu16 SR; u16 RESERVED0;,vu16 DR; u16 RESERVED1;,vu16 BBR; u16 RESERVED2;,vu16 CR1; u16 RESERVED3;,vu16 CR2; u16 RESERVED4;,vu16 CR3; u16 RESERVED5;,vu16 GTPR; u16 RESERVED6;,USART_TypeDef;,*,嵌入式系统原理与应用,25,时钟系统,*,嵌入式系统原理与应用,26,1,、,STM32,有,5,个时钟源,:HSI,、,HSE,、,LSI,、,LSE,、,PLL,。,HSI,是,高速内部,时钟，,RC,振荡器，频率为,8MHz,，精度不高。 ,HSE,是,高速外部,时钟，可接石英,/,陶瓷谐振器，或者接外部时钟源，频率范围为,4MHz16MHz,。 ,LSI,是,低速内部,时钟，,RC,振荡器，频率为,40kHz,，提供低功耗时钟。 ,LSE,是,低速外部,时钟，接频率为,32.768kHz,的石英晶体。 ,PLL,为锁相环,倍频,输出，,其时钟输入源,可选择为,HSI/2,、,HSE,或者,HSE/2,。,倍频可选择为,216,倍，但是其输出频率最大不得超过,72MHz,。,*,嵌入式系统原理与应用,27,RCC,库函数：,RCC_AHBPeriphClockCmd,函数原型,void,RCC_,AHBPeriphClockCmd(u32 RCC_AHBPeriph, FunctionalState NewState),功能描述,使能或失能,AHB,外设时钟,输入参数,RCC_AHBPeriph,: AHB,上的设备,NewState,: ENABLE,或,DISABLE,输出参数,无,返回值,无,先决条件,无,应用示例,RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1,ENABLE),STM32,单片机的每一个输入,/,输出引脚可以配置成以下,8,种模式,:,STM32,单片机的,GPIO,端口模式：,输入浮空：,IN_FLOATING,输入上拉：,IPU,（,In Push-Up,）,输入下拉,:,IPD,（,In Push-Down,）,模拟输入,:,AIN,(Analog In),开漏输出：,Out_OD,(,Open Drain Output,),推挽式输出,:,Out_PP,(Push-Pull Output),推挽式复用功能,:,AF_PP,(,Push-Pull Output Alternate-Function,),开漏复用功能,:,AF_OD,(,Open Drain Output Alternate-Function,),输 入,输 出,复用输出,I/O,端口位的推挽输出配置,推挽模式：输出寄存器上的,0,激活,N-MOS,，而输出寄存器上的,1,将激活,P-MOS,。,激活,施密特触发输入,弱上拉和下拉电阻被,禁止,在每个,APB2,时钟周期，出现在,I/O,脚上的数据被采样到,输入数据寄存器,*,嵌入式系统原理与应用,30,嵌套向量中断控制器,NVIC,：,Nested Vectored Interrupt Controller,，管理,ARM Cortex-M3,处理器的所有中断和中断优先级，是,Cortex-M3,不可分离的一部分,。,ARM Cortex-M3,处理器的,NVIC,：支持,256,个中断（,16,个内核中断,+,240,个外部中断,）和可编程,256,级中断优先级的设置。,所有基于,ARM Cortex-M3,内核的处理器（包括,STM32,）的,256,个中断中前面的,16,个内核中断都是一样的，而后面的,240,个,外部中断,的具体数目和中断优先级的位数由芯片厂商决定。,中断优先级,ARM Cortex-M3,内核定义了两类优先级：,抢占式优先级,响应优先级,（又称为副优先级或子优先级）,注意：通常，每个,中断源都需要指定这两类优先级,。,STM32,单片机的中断优先级都是针对,“,中断通道,”,的。当该中断通道的优先级确定后，也就确定了该外围设备的中断优先级，并且该设备所能产生的所有类型的中断，都享有相同的通道中断优先级。,至于该设备本身产生的多个中断的执行顺序，则取决于用户的中断服务程序。,结,构体,NVIC_InitTypeDef,typedef struct,u8 NVIC_IRQChannel;,/,用于选择中断通道,u8 NVIC_IRQChannelPreemptionPriority;,/,用于设置中断通道的抢占式优先级,u8 NVIC_IRQChannelSubPriority;,/,用于设置中断通道的子优先级,FunctionalState NVIC_IRQChannelCmd;,/,用于选中的中断通道的中断使能或中断失能,NVIC_,Init,TypeDef,;,EXTI,（外部中断与外部事件,）控,制,器,EXTI,由,19,个产生事件,/,中断要求的,边沿检测器,组成。,每个输入线可以独立地配置输入类型,(,脉冲或挂起,),和对应的触发事件,(,上升沿、下降沿、双边沿都触发,),。,每个输入线都可以独立地被屏蔽。挂起寄存器保持着状态线的中断请求。,从,外部激励信号,来看，中断和事件是没有分别的，只是在芯片内部分开，一路信号会向,CPU,产生中断请求，另一路信号会向其它功能模块,发送脉冲触发信号,。,事件本质上就是一个触发信号（脉冲），是用来触发特定的外设模块或核心本身,(,唤醒,),；而中断则是一个固定的电平信号。,事件可以触发中断，也可以不触发；,中断有可能被更优先的中断屏蔽，事件不会被屏蔽。,中断和事件的比较,*,嵌入式系统原理与应用,35,EXTI_InitTypeDef,结构体,typedef struct,u32 EXTI_Line;,/,待使能或失能的外部线路，,EXTI_Linex, x=019,EXTIMode_TypeDef EXTI_Mode,;,/,工作模式，,EXTI_Mode_Event,EXTI_Mode_Interrupt,EXTITrigger_TypeDef EXTI_Trigger;,/,触发边沿，,EXTI_Trigger_Falling,/EXTI_Trigger_Rising,EXTI_Trigger_Rising_Falling,FunctionState EXTI_LineCmd;,/,ENABLE/DISABLE,EXTI_,Init,TypeDef;,/,用于初始化外部中断,/,事件的参数,STM32,的,112,个通用,I/O,端口线连接到,16,个外部中断,/,事件（,EXTIx,）线上，其中每根,EXTIx,线上可接,PAx,PGx,共,7,个通用,I/O,端口线其中,之一,。,x=0,1,5,。（,16*7=112,）,EXTI_Line,：,另外,3,种其他的外部中断,/,事件控制器的连接如下：,EXTI,线,16,连接到,PVD,输出；,EXTI,线,17,连接到,RTC,闹钟事件；,EXTI,线,18,连接到,USB,唤醒事件。,可以通过,GPIO_EXTILineConfig,来选择,同一时刻 EXTx只能响应一个端口的事件触发,主,要由通过,可编程预分频器,驱动的,16,位自动装载,计数器,+,自动装载寄存器,构成,。,通用定时器时基单元,时基单元包含： 计数器寄存器,(TIMx_CNT) ,预分频器寄存器,(TIMx_PSC),（带有,缓冲器，,即影子寄存器）,自动装载寄存器,(TIMx_ARR),（带有,缓冲器，,即影子寄存器）,TIMx_ARR,TIMx_CNT,TIMx_PSC,CK_PSC,CK_CNT,AutoReload Register,PSC:Prescaler 预分频器,/* TIM Time Base Init structure definition */,t,ypedef struct,u16 TIM_Period,;/,设置通用定时器,TIMx,的定时周期,u16 TIM_Prescaler;,/,设置通用定时器,TIMx,的预分频值,u16 TIM_ClockDivision,;/,用于对通用定时器,TIMx,的内部,/,时钟,TIMxCLK(to TIM2,3,4,5,6&7),进行分频采样,u16 TIM_CounterMode,;/,设置通用定时器,TIMx,的计数模式,u8 TIM_RepetitionCounter;,/,重复寄存器值，仅在使用,/TIM1,和,TIM8,的高级功能时有用, TIM_TimeBase,Init,TypeDef;,TIM_TimeBaseInitTypeDef,定时器的定时时间主要取决于,定时周期,TIM_Period,和,预分频值,TIM_Prescaler,。,例如，当,TIM_Period=35999,，,TIM_Prescaler=1999,，表示对,TIMxCLK,频率,，经,2000,分频,得到脉冲频率作为定时器,计数脉冲,当通用定时器累计,36000,个脉冲时（即定时时间到），产生一个,更新事件,或者,中断,。,TIMx_ARR,TIMx_CNT,TIMx_PSC,TIM2CLK,TIM2,counter,clock,AutoReload Register,通用定时器,TIMx,的定时时间：假设,TIMxCLK = 72MHz,T= (TIM_Period+1),(TIM_Prescaler+1) / TIMxCLK = (35999+1),(1999+1) / 72MHz = 1s,TIM_TimeBaseInitTypeDef,*,嵌入式系统原理与应用,40,串口收发控制,发送和接收控制部分有CR1、CR2、CR3控制寄存器及,1,个状态寄存器SR；,通过向寄存器写入各种控制参数，来控制发送和接收，如停止位、中断等；,串口的状态在任何时候都可从状态寄存器中查询得到。,CR3,*,嵌入式系统原理与应用,41,USART,中断请求,如果设置了对应的使能控制位，这些,事件,就可以产生各自的,中断,。,T,ransmission,C,omplete,TXE,即,Tx,DR,E,mpty,*,嵌入式系统原理与应用,42,USART,中断映像图,发送中断,接收中断,例：,发送完成后,TXE,、,TC,会置位（,TXE,先于,TC,置位,），此时如果,TXEIE,或,TCIE,被设置，就会进入相应中断处理程序。,USART,_InitTypeDef,typedef struct,u32 USART_BaudRate;,u16 USART_WordLength;,u16 USART_StopBits;,u16 USART_Parity;,u16 USART_HardwareFlowControl;,u16 USART_Mode;,.,/,同步模式,USART_,Init,TypeDef,;,/,用于初始化,USART,x,串口的参数（包括波特率、字长,即数据位、停止位、奇偶效验位、硬件流控制、工作模式）,/,异步模式,