嵌入式系统设计与开发期末考试复习

  • STM32学习笔记
    • 第一章：嵌入式系统概述
      • 1.嵌入式系统概念，应用与特点
      • 2.嵌入式系统的硬件（CPU,外设）
      • 3.主要嵌入式软件系统（应用及OS）
      • 4.嵌入式系统的发展趋势
    • 第二章：ARM Cortex-M3微处理器基础
      • 1.CM3微控制器简介
      • 2.CM3存储格式类型
      • 3.CM3处理器组件
      • 4.CM3指令系统
      • 5.CM3寄存器组织
      • 6.CM3存储映射与位带操作
      • 7.CM3异常与中断
      • 8.STM32F10系列的GPIO
    • 第三章：嵌入式开发环境
    • 第四章：STM-32平台开发基础
      • 使能时钟
      • 使能时钟例子
      • GPIO学习

STM32学习笔记

考试在即，在CSDN上借鉴了一些大佬的文章以及书本内容，整理成笔记

第一章：嵌入式系统概述

1.嵌入式系统概念，应用与特点

问：什么是嵌入式系统？有什么特点？应用在哪些领域？
嵌入式是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能，可靠性，成本，体积，功耗有严格要求的专用计算机系统
特点：（1）专用性强（2）嵌入性强（3）可剪裁性好（4）可靠性高（5）系统内核小（6）一般是实时系统（7）极其关注成本（8）有功耗约束
应用领域：工业制造，过程控制，通信，仪器，仪表，汽车，轮船，航空等领域
嵌入式系统由软件和硬件部分组成
（1）硬件：嵌入式处理CPU，输入输出设备
（2）软件：驱动程序DRV，操作系统OS,应用软件app

2.嵌入式系统的硬件（CPU,外设）

（1）嵌入式系统组成：嵌入式处理器，外设，操作系统，应用软件等。
（2）嵌入式处理器通常分为以下几类：
嵌入式微控制器（MCU）
嵌入式微处理器（EMPU）
嵌入式DSP处理器（EDSP）
嵌入式片上系统（SOC）
典型的嵌入式处理器：（1）ARM（2）MIPS（3）PowerPC（4）x86（5）Motorola68000
（3）外设的分类
外围设备按功能分为三种：存储设备，通信设备和显示设备

3.主要嵌入式软件系统（应用及OS）

嵌入式软件系统分为嵌入式操作系统和应用软件两大类，核心是嵌入式操作系统
（1）嵌入式操作系统
传统的经典RTOS，嵌入式Linux操作系统，Android系统，WindowsCE嵌入式操作系统，uc/OS-II实时操作系统
（2）嵌入式应用软件
嵌入式支撑软件，应用程序

4.嵌入式系统的发展趋势

（1）嵌入式开发是一项系统工程
（2）网络化，信息化的要求
（3）网络互联，移动互联成为必然趋势
（4）精简系统内核，算法，降低功耗和软硬件成本
（5）提供友好的多媒体人机交互界面

第二章：ARM Cortex-M3微处理器基础

1.CM3微控制器简介

CM3微控制器是一种嵌入式微控制器，支持两种工作模式：线程模式和处理模式，有两种工作状态：Thumb状态和调试状态

2.CM3存储格式类型

（1）大端格式：字数据中的高字节存储在低地址，而低字节存储在高地址
（2）小端格式：与大端模式相反

3.CM3处理器组件

CM3处理器系统的主要模块包括：
（1）处理器内核
（2）嵌套向量中断控制器NVIC
（3）总线矩阵
（4）存储器保护单元MPU
（5）系统调试组件和调度端口
（6）唤醒中断控制器WIC

内核结构（1）采用Thumb-2指令集架构的子集（2）采用哈佛处理器架构（3）采用三级流水线+分支预测
哈佛结构：一种将程序中指令和数据分开存储的存储器结构，是一种并行存储体系结构
普林顿结构：一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构
三级流水线：取指->解码->执行，无论处理器处于何种状态，PC总是指向“正在取值”指令的地址

4.CM3指令系统

（1）数据传送指令
（2）数据处理指令
（3）子程序调用和无条件跳转指令

5.CM3寄存器组织

CM3拥有R0-R15通用寄存器以及一些特殊功能寄存器
（1）通用寄存器
低寄存器：R0-R7，能够被指定通用寄存器的所有指令访问，复位后初始值不可预知
高寄存器：R8-R12，可以被指定通用寄存器的所有32位指令访问
堆栈寄存器SP：R13，作为SP自动与字对齐，对应两个不会被同时访问的寄存器SP_main和SP_process
链接寄存器LR：R14,执行分支指令时存储一个返回地址
程序计数器PC：R15，指向当前的程序地址
（2）特殊功能寄存器
状态寄存器
中断屏蔽寄存器
控制寄存器

6.CM3存储映射与位带操作

（1）存储器映射
ARM Cortex-M3只有一个单一固定的存储器映射，支持4GB存储空间
（2）位带操作
位带区和位带别名区的对应关系（计算）

7.CM3异常与中断

当正常的程序执行流程发生暂时的停止时，称之为异常，处理器允许多个异常同时发生，将按固定的优先级进行处理。
广义的异常包括内核异常和外部中断，内核异常是可预知的，对于内核来说是同步的，而外部中断是不可预知的，对于内核是异步的。
在STM32中，正常的程序执行流程发生暂时停止的情形，统称为异常，而由外部事件导致的程序执行流程改变的情形也可称为中断，因此，异常的概念包含了中断，或者说，中断是一种特殊的异常

8.STM32F10系列的GPIO

通用输入/输出口GPIO是一个灵活的由软件控制的数字信号，每个GPIO都代表一个连接到CPU特定引脚的一个位，GPIO端口的每一位都可以有多种模式：4种输入模式：输入浮空，输入上拉，输入下拉，模拟输入，4种输出模式：开漏输出，推免式输出，推免式复用功能，开漏复用功能。

第三章：嵌入式开发环境

交叉编译，开发工具
交叉编译是指在某个平台上用交叉编译器编译出可在其他平台上运行的代码的过程

第四章：STM-32平台开发基础

重点：
1.GPIO原理即程序设计，包括流水灯和八段数码管
2.按键原理与程序设计中断原理与中断程序设计
3.串口通信原理与程序设计
4.定时器与看门狗原理及程序设计

使能时钟

什么是时钟？
时钟就像一个小小的开关，需要用什么寄存器就得首先打开对应的开关，即使能对应的时钟：
为什么要使用时钟？
让用户可以精确地控制，关闭不需要的设备，达到节省供电的目的。如果不用的就完全关闭，尽可能降低芯片功耗
STM32时钟的分类：

  1. STM32通用寄存器 ；
  2. Systick定时器 包含在Contex-M3内核里面，捆绑在NVIC中；

使能时钟例子

使能AFIO：RCC->APB2ENR|=1<<0;
使能PORTA时钟：RCC->APB2ENR|=1<<2;
使能PORTB时钟：RCC->APB2ENR|=1<<3;
使能PORTE时钟：RCC->APB2ENR|=1<<6;
I/O时钟属于APB2控制

GPIO学习

通用输入/输出口GPIO是一个灵活的由软件控制的数字信号，每个GPIO都代表一个连接到CPU特定引脚的一个位。
STM32 IO简介：STM32F103VBT6一共有五组输入输出端口（I/O口，简称IO），分别是GIPOA,GPIOB,GPIOC,GPIOD,GPIOE,每个IO口有16个IO，一共80个IO端口
GPIO端口的四种输入模式：浮空输入，上拉输入，下拉输入，模拟输入
四种输出模式：开漏输出，推免式输出，开漏复用功能，推免式复用功能
几个比较常用的配置：0x4表示模拟输入模式，0x3表示推免输出模式，0x8表示上拉/下拉输入模式，0xB表示复用输出。
STM32的每个I/O口都由7个寄存器控制：2个32位端口配置寄存器CRL和CRH;2个32位的数据寄存器IDR和ODR；1个32位的置位复位寄存器BSRR；1个16位的复位寄存器BRR；1个32位的锁存寄存器LCKR；最常用的有4个:CRL/CRH/IDR/ODR;因此通常情况下只需要配置好以上四个寄存器就可以了。而CRH和CRL作用是完全一样的，只不过CRH控制的是高8位的IO而CRL控制的是低8位的
IDR是查看引脚电平状态用的寄存器，ODR是引脚电平输出的寄存器。
例如要设置PORTC的第11位为上拉输入，第12位为推免输出
示例代码：

GPIOC->CRH&=0XFFF00FFF;//11和12位，使用CRH，同时将这两位置0
GPIOC->CRH|=0X00038000;//PC11输入，PC12输出
GPIOC->ODR=1<<11;//PC11上拉

流水灯程序：

#include"stm32f10x_map.h"
//定义STM32寄存器
#define GPIOB_CRL((unsigned long int *)0x40010C00)
#define GPIOB_ODR((unsigned long int *)0x40010C0C)
#define GPIOB_CRH((unsigned long int *)0x40011804)
#define GPIOB_ODR((unsigned long int *)0x4001180C)
//以下用位带方式定义PE的第八个IO口
u32* PE08=(u32*)(0x42000000+(0x4001180C-0x40000000)*32+8*4)
int delay(int Time)
{//延时函数，通过循环空操作实现一定的时间延时unsigned short t,i,j;for(t=0;t<Time;t++)for(i=0;i<1000;i++)for(j=0;j<1000;j++);return 0;
}
void main()
{RCC->APB2ENR|=1<<0;//使能AFIO
RCC->APB2ENR|=1<<3;//使能PORTB时钟
RCC->APB2ENR|=1<<6;//使能PORTE时钟
AFIO->MAPR=0x02000000;
//初始化IO端口参数
*GPIOB_CRL&=0xFFFF0FFF;//将3位置0
*GPIOB_CRL&=0x00003000;//PB.3推免输出
*GPIO_ODR|=0x00000008;//PB.3输出高，8的二进制表示为1000，故第三位输出高
*GPIOE_CRH&=0x33333333;//PE.8-15推免输出
*GPIOE_ORD|=0x0000FF00;//PE.8-15输出高，一个十六进制的数可以表示为4位2进制数，因此FF所处的位置刚好在8-15位
delay(5);
while(1)
{*PE08=1;//LED1亮
delay(2);
*PE08=0;//LED1灭
delay(2);
*GPIOE_ODR=0X00000200;//LED2
delay(2);
*GPIOE_ODR=0X00000400;//LED3
delay(2);
*GPIOE_ODR=0X00000800;//LED4
delay(2);
*GPIOE_ODR=0X00001000;//LED5
delay(2);
*GPIOE_ODR=0X00002000;//LED6
delay(2);
*GPIOE_ODR=0X00004000;//LED7
delay(2);
*GPIOE_ODR=0X00008000;//LED8
delay(2);
}
}

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