嵌入式复习资料

第一章嵌入式系统基础知识1. 嵌入式系统基础知识计算机系统的两个发展分支通用计算机通用计算机与嵌入式计算机嵌入式计算机嵌入式系统的一般定义、IEEE 定义一般定义：以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，应用系统对功能、一般定义：以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，应用系统对功能、 可靠性、成本、体积、功耗和应用环境有特殊要求的专用计算机系统。是将应用程序、操可靠性、成本、体积、功耗和应用环境有特殊要求的专用计算机系统。是将应用程序、操 作系统和计算机硬件集成在一起的系统。作系统和计算机硬件集成在一起的系统。 （技术角度）（技术角度） 嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。 （系统角度）（系统角度） 广义定义：任何一个非计算机的计算系统。 IEEEIEEE（国际电气和电子工程师协会）定义：嵌入式系统是（国际电气和电子工程师协会）定义：嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助用于控制、监视或者辅助 操作的机器、设备或装置操作的机器、设备或装置” 。嵌入式系统 4 个组成部分嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统、用户应用程序嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统、用户应用程序嵌入式系统的三个基本要素嵌入性、专用性、计算机系统嵌入性、专用性、计算机系统嵌入式系统的软硬件特点硬件方面：稳定性、低功耗、体积受限、看门狗电路、成本低、系统资源少硬件方面：稳定性、低功耗、体积受限、看门狗电路、成本低、系统资源少 软件方面：实时性、可裁剪性、精简性、人机界面要求不高软件方面：实时性、可裁剪性、精简性、人机界面要求不高嵌入式系统的硬件架构以嵌入式处理器为中心，配置存储器、以嵌入式处理器为中心，配置存储器、I/0I/0 设备、通信模块以及电源等必要的辅助接口组设备、通信模块以及电源等必要的辅助接口组 成。成。嵌入式系统的硬件核心嵌入式微处理器嵌入式微处理器嵌入式处理器的种类嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式 DSPDSP、嵌入式、嵌入式 SOCSOCS0CSOCSOC 是指在单芯片上集成数字信号处理器、微控制器、存储器、数据转换器、接口电路等是指在单芯片上集成数字信号处理器、微控制器、存储器、数据转换器、接口电路等 电路模块，可以直接实现信号采集、转换、存储、处理等功能。电路模块，可以直接实现信号采集、转换、存储、处理等功能。2. 嵌入式系统硬件嵌入式微处理器的体系结构冯诺依曼结构：单一的程序和数据总线。冯诺依曼结构：单一的程序和数据总线。 哈佛结构：独立的程序和数据总线。哈佛结构：独立的程序和数据总线。RISC(精简指令集计算机)的概念及思想精华1979 年，美国加州伯克利分校提出了 RISC 的概念，基本思想是尽量简化计算机指令功能，尽量简化计算机指令功能， 只保留那些功能简单，能在一个节拍内执行完成的指令，而把较复杂的功能用一段子程序只保留那些功能简单，能在一个节拍内执行完成的指令，而把较复杂的功能用一段子程序 实现。实现。 RISC 思想的精华就是通过简化计算机指令功能、简化计算机指令格式，使指令的平均执行通过简化计算机指令功能、简化计算机指令格式，使指令的平均执行 周期减少，同时大量使用通用寄存器来提高计算机的工作主频，提高程序的速度。周期减少，同时大量使用通用寄存器来提高计算机的工作主频，提高程序的速度。 （通常，（通常， RISCRISC 计算机的速度是同等计算机的速度是同等 CISCCISC 计算机的计算机的 3 3 倍。倍。 ）ARM 概念及 ARM 处理器系列产品ARMARM（AdvancedAdvanced RISCRISC MachinesMachines）是一个）是一个 CPUCPU 内核。内核。 ARM7ARM7 系列（有系列（有 ARM7TDMIARM7TDMI、ARM720TARM720T、ARM7EJ-SARM7EJ-S） ARM9ARM9 系列（有系列（有 ARM920TARM920T、ATM922TATM922T、ARM940TARM940T、ARM926EJ-SARM926EJ-S 等）等） ARM10ARM10、1111 系列系列 ARMARM CortexCortex 系列（系列（Cortex-ACortex-A、Cortex-RCortex-R、Cortex-MCortex-M）3. 嵌入式软件及嵌入式操作系统嵌入式系统软件架构应用程序、协议线、嵌入式操作系统、板支持包应用程序、协议线、嵌入式操作系统、板支持包/ /设备驱动、硬件设备驱动、硬件嵌入式操作系统的功能和架构功能：任务调度、进程间通信、文件管理（可选）功能：任务调度、进程间通信、文件管理（可选） 、中断处理、存储器管理（可选）、中断处理、存储器管理（可选） 架构架构 Kernel:Kernel: MemoryMemory Mgmt.Mgmt.、I/OI/O SystemSystem 、NetworkNetwork StackStack 、DeviceDevice DriversDrivers 、FileFile SystemsSystems当前流行的嵌入式操作系统PalmPalm OSOS 、WindowsWindows CECE 、Linux(uClinux)Linux(uClinux) 、RTRT LinuxLinux、uC/OSuC/OS 、其它商业、其它商业 OSOS：QNXQNX、VxWorksVxWorks 等等第二章 CM3 体系结构与 STM321. CM3Cortex-M3Cortex-M3 是一个是一个 3232 位处理器内核。位处理器内核。CM3CM3 采用了哈佛结构，拥有独立的指令总线和数据总采用了哈佛结构，拥有独立的指令总线和数据总 线。线。程序计数寄存器 R15 的作用指向当前程序地址指向当前程序地址特殊功能寄存器类别和作用程序状态字寄存器组程序状态字寄存器组: :记录记录 ALUALU 标志（标志（0 0 标志、进位标志、负数标志、溢出标志）标志、进位标志、负数标志、溢出标志） 、执行状、执行状 态以及当前服务的中断号。态以及当前服务的中断号。 中断屏蔽寄存器组：中断屏蔽寄存器组：PRIMASKPRIMASK 失能所有的中断、失能所有的中断、FAULTMASKFAULTMASK 失能所有的失能所有的 faultfault、BASEPRIBASEPRI 失失 能所有优先级不高于某个具体数值的中断。能所有优先级不高于某个具体数值的中断。 控制寄存器：定义特权状态，并且决定使用哪一个堆栈指针。控制寄存器：定义特权状态，并且决定使用哪一个堆栈指针。Cortex-M3 处理器支持两种操作模式和两级特权操作两种操作模式 处理者模式处理者模式：异常服务例程的代码包括中断服务；线程模式线程模式：普通应用程序的代码。 两级特权特权级和用户级特权级和用户级，提供一种存储器访问保护机制，使得普通用户程序代码不 能意外地，甚至是恶意地执行涉及到要害的操作。异常及包括的类型在在 ARMARM 编程领域中，凡是打断程序顺序执行的事件，都被称为异常编程领域中，凡是打断程序顺序执行的事件，都被称为异常。包括：外部中断、不外部中断、不 可屏蔽中断、指令执行了可屏蔽中断、指令执行了“非法操作非法操作”或者访问被禁的内存区间产生的各种错误或者访问被禁的内存区间产生的各种错误 faultfault。向量表及其工作工程向量表是一个向量表是一个 WORDWORD（3232 位整数）数组，每个下标对应一种异常，该下标元素的值则是该位整数）数组，每个下标对应一种异常，该下标元素的值则是该 ESRESR 的入口地址。向量表在地址空间中的位置是可以设置的，通过的入口地址。向量表在地址空间中的位置是可以设置的，通过 NVICNVIC 中的一个重定位寄中的一个重定位寄 存器来指出向量表的地址。在复位后，该寄存器的值为存器来指出向量表的地址。在复位后，该寄存器的值为 0 0。因此，在地址。因此，在地址 0 0 处必须包含一处必须包含一 张向量表，用于初始时的异常分配。张向量表，用于初始时的异常分配。CM3 的复位序列在离开复位状态后，在离开复位状态后，CM3CM3 做的第一件事就是读取下列两个做的第一件事就是读取下列两个 3232 位整数的值：位整数的值： 从地址从地址 0x000000000x00000000 处取出处取出 MSPMSP 的初始值的初始值 从地址从地址 0x000000040x00000004 处取出处取出 PCPC 的初始值的初始值这个值是复位向量，这个值是复位向量，LSBLSB 必须是必须是 1 1。然后从这个。然后从这个 值所对应的地址处取指。值所对应的地址处取指。CM3 的三级流水线取指令、解码、执行取指令、解码、执行CM3 指令集Cortex-M3 只使用 Thumb-2Thumb-2 指令集指令集，允许 32 位指令和 16 位指令水乳交融，代码密度与处 理性能两手抓。2. STM32架构STM32 存储映射代码区、片上代码区、片上 SRAMSRAM、用户设备的存储映射、用户设备的存储映射、Cortex-M3Cortex-M3 寄存器寄存器启动配置从用户从用户 FLASHFLASH 启动、从系统存储器启动、从嵌入式启动、从系统存储器启动、从嵌入式 SRAMSRAM 启动启动STM32 的低功耗模式有 3 种睡眠模式睡眠模式（CM3 内核停止，外设仍然运行） 停止模式停止模式（所有时钟都停止） 待机模式待机模式（1.8V 内核电源关闭）STM32 的安全保障内部复位电路、时钟安全系统、两只看门狗内部复位电路、时钟安全系统、两只看门狗第三章（P28） STM32 程序设计外设的初始化和设置步骤在设置一个外设前，必须先使能它的时钟在设置一个外设前，必须先使能它的时钟第四章STM32 电源、时钟及复位STM32 电源配置STM32 时钟源HSEHSE、HSIHSI、LSELSE、LSILSI 实际应用中，经常出现由于晶振在运行中失去作用，导致系统出错。STM32 内部的 CCS 解 决了这种问题，一旦 HSE 失效，CCS 系统将系统时钟源切换到 HSI启动模式根据启动设置，可将用户根据启动设置，可将用户 FlashFlash、系统、系统 FlashFlash、内部、内部 SRAMSRAM 映射到映射到 0x000000000x00000000 起始的区域。起始的区域。启动代码及其功能嵌入式系统的启动还需要一段启动代码，类似于启动类似于启动 PcPc 时的时的 BIOSBIOS，一般用于完成微控制，一般用于完成微控制 器的初始化工作和自检。器的初始化工作和自检。 功能：初始化堆栈、定义程序启动地质、中断向量表和中断服务程序入口地址，以及系统初始化堆栈、定义程序启动地质、中断向量表和中断服务程序入口地址，以及系统 复位启动时，从启动代码跳转到用户复位启动时，从启动代码跳转到用户 mainmain 函数入口地址。函数入口地址。备份区域架构当当 TAMPERTAMPER 引脚上的信号的电平发生变化（从引脚上的信号的电平发生变化（从 0 0 变到变到 1 1 或从或从 1 1 变到变到 0 0，取决于备份控制寄存，取决于备份控制寄存 器器 BKP_CRBKP_CR 的的 TPALTPAL 位）位） ，会产生一个入侵检测事件。，会产生一个入侵检测事件。cf： 固件库：软硬件结合。第五章STM32F10x 标准外设重点：GPIO、NVIC、通用定时器 Timer2 的时基单元1. RVMDK 不要求掌握2. C 语言 指针和构造数据类型构造数据类型：数组、指针、结构体、枚举、共用体数组、指针、结构体、枚举、共用体3. G