第1章-ARM嵌入式系统概述

退出嵌入式单片机原理及应用电气工程学院仪器科学与工程系1ARM嵌入式系统概述2STM32单片机结构和最小系统3基于标准外设库的C语言程序设计基础4STM32通用输入输出GPIO5STM32外部中断6STM32通用定时器7STM32通用同步/异步收发器USART8直接存储器存取DMA9STM32的模数转换器ADC10STM32的集成电路总线I2C11STM32的串行外设接口SPI第1章ARM嵌入式系统概述1.1嵌入式系统简介嵌入式系统定义及特征、发展、应用1.2ARM处理器ARM处理器分类、ARM-Cortex处理器、ARM-Cortex-M3处理器1.3STM32F10x系列微控制器STM32微控制器分类、内部结构、优点、开发工具退出嵌入式系统的定义国际电气与电子工程师协会（IEEE）的定义：嵌入式系统是用来控制、监视或辅助设备、机器或工厂操作的装置。1.1嵌入式系统简介目前嵌入式系统国内普遍认同的定义是：以计算机技术为基础，以应用为中心，软件硬件可剪裁，适合应用系统对功能可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专业计算机系统。为了方便区分，在实际应用中，嵌入式系统还应该具备下述三个特征：1、嵌入式系统的微处理器通常是由32位及以上的RISC（ReducedInstructionSetComputer，精简指令集计算机处理器）处理器组成，例如ARM、MIPS等。2、嵌入式系统的软件系统通常是以嵌入式操作系统为核心，外加用户应用程序。3、嵌入式系统在特征上具有明显的可嵌入性。1.1嵌入式系统简介1.1嵌入式系统简介嵌入式系统发展历程CPU显示器键盘鼠标存储器……WindowsXPWindows7游戏软件多媒体软件文字处理软件……I/O(输入输出)接口设备(外设)操作系统应用软件CPU存储器硬件软件计算机基本组成分为硬件和软件两大部分，主要由CPU、存储器、外部设备和操作系统、用户应用软件构成。嵌入式系统是将计算机嵌入到另外的系统中，另外的系统可能是家电行业、工业控制、玩具等方面的产品。日常见到的计算机体积这么大？怎么嵌入？？解决办法：将计算机小型化、专用化。嵌入之后的主体的情况有无变化？1、计算机嵌入到冰箱：智能冰箱2、计算机嵌入到摩托车、赛车结论：嵌入之后，维持被嵌入对象的主体性不变思考：举例说明嵌入式系统有哪些产品?1.1嵌入式系统简介嵌入式系统发展从单片机到嵌入式系统从芯片级设计到系统级设计从单处理器设计到多处理器设计1.1嵌入式系统简介嵌入式系统的应用嵌入式系统应用极其广泛，只要是用电的设备，都可以有嵌入式系统，对于日常生活用品，甚至于不用电的设备也可能有嵌入式系统。一、嵌入式技术无处不在①办公设备：复印机、传真机，PC机外围设备，键盘、鼠标、U盘、显示器、Modem、打印机、扫描仪等。②消费类产品：如MP3、照相机、摄像机、PDA、智能玩具，游戏机、学习机、网络家电、智能家电、便携视频机、导航仪、车载视频音响、竞赛设备、主持人设备等。嵌入式系统的应用嵌入式系统的应用领域工业控制仪器仪表日常生活科学研究军事国防航空航天医疗卫生文化教育广播电视电信网络交通运输水利电力农业气象等嵌入式系统的应用当前我国的主要应用领域客户分布：主要在电信、医疗、汽车、安全、工业控制和消费类等行业。产品分布：主要在消费类电子、通信、医疗、安全等行业。其中在消费类电子领域占最大的市场份额。发展重点：移动多媒体、数字娱乐、手机终端、汽车电子、医疗产品等，成为嵌入式系统应用市场的发展重点。计算机应用领域的划分服务器服务器服务器桌面通用型高端服务型小型专用型嵌入式技术的应用－手机韩国电信手机/电视遥控器二合一产品SonyEricsson超小型手机电脑手机放在底座上成为电脑Nokia手机户外音响内置DVB-H移动电视手机普通手机智能手机与PDA结合智能家居智能家电Roto-Rooter公司马桶组合笔记本/ipod/冰箱/Xbox360/健身高科技的捕鼠器遮断红外线光束掉下笼子DangerBomb闹钟不起床就爆炸啰配备电子食谱的锅铲coo.boo智能型垃圾桶i.Master浙江大学智能割草机浙江大学显示营养智能果汁机嵌入式技术的应用－智能家居嵌入式技术的应用－PDA个人信息助理掌上电脑PDA手机+GPS导航＝DopodU1000，且支持SkyPEMap-Star的GPS定位设备华硕GPS导航器GPS导航器Nokia6110四频HSDPA/GPS导航器嵌入式技术的应用－PMPiLuv可即时将视频录制到iPod/闪存卡上，与以前技术相反Sony家用影音综合设备XtremeMac开发的iPod音箱IPEVO支持Skype电话Nike的iPod帽MeizuM8IpodnanoArchos带Wifi的704PortableMediaPlayer录音笔FLY数字笔能“看懂”在专用纸上所写的内容能“阅读”写作和纠正语法错误完成简单的算术运算将英文互相翻译成西班牙文等Genius数字便笺存储100页便笺2000LPI分辨率32MB板载内存可通过USB连接电脑笔迹识别软件PolymerVision手机书嵌入式技术的应用－办公用品嵌入式技术的应用－手表MartinFrey手表日程表、和手机联动获取网络连接和GPS定位信息手表手机：M3001英寸的显示屏、USB接口可播放音乐、支持蓝牙Nike的Speed+手表结合iPod和运动计测韩国防性罪犯的电子手镯可追踪罪犯的定位和坐标爱国者视频MP4手表嵌入式技术的应用－运动玩具游戏GTX公司定位的运动跑鞋内置的GPS接收器和可充电电池遥控蜻蜓次世代三大主流三款主机Xbox360，WII，PS3GameCubeXboX360PS3Wii,手柄,手套,枪嵌入式技术的应用－摄像器材数码相机DV嵌入式技术的应用－多媒体终端IP电话视频会议可视电话视频电话语音识别电话网络视频电话IP电话嵌入式技术的应用－家庭音响引入计算机技术的音响配备B&O与Core2Duo的P.Guerra家庭影院SonosZP80无线音响LGHDDVD/蓝光播放器Motorola支持M卡的HDDVR录像机iPhone嵌入式技术的应用－电视高清电视数字电视立体显示技术LG内置数字录像机的LCDTV能输出1080p高画质影像的iPodDock数字电视机顶盒投影机，家庭影院、教学嵌入式技术的应用－通讯设备有计算机能力的各种通讯设备路由器/交换机/防火墙等Buffalo路由器/USB网卡套装VPN产品千兆网关防火墙嵌入式技术的应用－仪器仪表DCG(动态心电图仪)便携式多参数监护仪中医指套传感器脉象虚拟仪器推拿手法测试仪电动机故障状态监测保护系统监控仪手持仪嵌入式技术的应用－交通相关汽车电子处理器个数可达三位数车载：娱乐，定位等车控：ABS、EBD等其他中国版月球车汽车立体声音响HDRadio扩展包改装遮阳板DVD/TV/MP3嵌入式技术的应用－新兴硬件GPS/蓝牙双拼模块芯片龙芯2号增强型处理器芯片Intel进入二十倍数时代，五年后给我们八十核心处理器服用的RFID芯片IntelTolapai计划要把南北桥做在芯片中汽车电子：18个嵌入式控制模块、CAN总线网络军事国防领域作战指挥系统：夜视扫描、全球定位、指挥通信航天领域火星探路者--基于VXworks嵌入式系统的应用二、从芯片和产品市场来看嵌入式系统的应用用于嵌入式系统设计与制造的CPU，每年大概有10---20亿片。据统计，每年只有2%左右的计算机芯片用在台式PC或便携式电脑上的，而98%的CPU或微控制器用在了嵌入式系统上。每年大约有1万个新的嵌入式系统产品投入生产，而且越来越多的系统需要复杂的嵌入式操作系统。1.2ARM处理器ARM处理器的核心及构架如表1-1所示。表1-1ARM处理器的核心及构架1.2.1ARM处理器分类架构核心v1ARM1v2ARM2v2aARM2As,ARM3v3ARM6,ARM600,ARM610,ARM7,ARM700,ARM710v4StrongARM,ARM8,ARM10v4TARM7TDMI,ARM7TDMI-S,ARM720T,ARM740T,ARM7EJ等v5TEARM9E-S,ARM10TDMI,AEM1020Ev6ARM1136J(F)-S,ARM1176JZ(F)-S,ARM11,MPCorev6T2ARM1156T2(F)-Sv7ARMCortex-M,ARMCortex-R,ARMCortex-A什么是ARMARM是一个公司的名字ARM代表一项技术，即AdvancedRISCMachineARM是一个内核，而不是我们看到的具体的芯片ARM发展的历程第一片ARM处理器是1983年10月到1985年4月间在位于英国剑桥的AcornComputer公司开发1990年，为广泛推广ARM技术而成立了独立的公司AdvanceRISCMachine(ARM)主要设计ARM系列RISC处理器内核授权ARM内核给生产和销售半导体的合作伙伴ARM公司不生产芯片IP(IntelligenceProperty)另外也提供基于ARM架构的开发设计技术软件工具,评估板,调试工具,应用软件,总线架构,外围设备单元，等等20世纪90年代，ARM快速进入世界市场。ARMOfficesWorldwide800+雇员全球EnglandCambridge,Maidenhead,Sheffield,BlackburnGermanyMunichFranceParis,SophiaAntipolisKoreaSeoulUSSeattle,LosGatos,WalnutCreek,Austin,Boston,SanDiegoChinaTaiwanandShanghaiJapanShin-Yokohama(Tokyo)ARMPartnershipModel2020/5/10ARM的应用2020/5/10ARM分类基于指令集体系结构（构架ISA）的分类ARMV1体系是最初版本，只有26位的寻址空间，没有乘法指令，最终没有商业化ARMV2体系与V1体系同为26位寻址空间，具有乘法和加法指令，支持协处理器ARMV3体系的寻址范围扩展到32位，具有乘法和加法指令，支持协处理器ARMV4体系增加了半字存储操作，对调试的支持以及支持嵌入的ICEARMV5体系增加了DSP指令支持和对Java指令的支持ARMV6体系增加了媒体指令，ARMV6指令集合中加入了超过60条SIMD(单指令多数据)指令ARMV7体系定义了三种独立的内核型－－A(应用领域)，R(实时领域)，M(控制领域)2020/5/10ARM系列处理器基于处理器内核的分类ARM7系列ARM9系列ARM9E系列ARM10E系列SecurCore系列StrongARM/Xscale（Intel）ARM112020/5/10ARM命名举例核体系结构ARM1V1ARM2V2ARM2aS，ARM3V2aARM6，ARM600，ARM610V3ARM7，ARM700，ARM710V3ARM7TDMI，ARM710T，ARM720TARM740TV4TStrongARM，ARM8，ARM810V4ARM9TDMI，ARM920T，ARM940TV4TARM9E-SV5TEARM10TDMI，ARM1020EV5TEARM11，ARM1156T2-S，ARM1156T2F-S，ARM1176JZ-S，ARM11JZF-SV62020/5/10ARM体系的变种1）Thumb指令集（T变种）Thumb指令集是把32位的ARM指令集的一个子集重新编码后而形成的一个特殊的16位的指令集2）长乘指令（M变种）长乘指令是一种生成64位相乘结果的乘法指令（此指令为ARM指令），M变种增加了两条长乘指令3）增强型DSP指令（E变种）E变种的ARM体系增加了一些增强处理器对典型的DSP算法处理能力的附加指令。4）Java加速器Jazelle（J变种）ARM的Jazelle技术是Java语言和先进的32位RISC芯片完美结合的产物。5）ARM媒体功能扩展（SIMD变种）2020/5