ARM Cortex-M3与Cortex-M4权威指南（第3版）

本书介绍了ARM Cortex-M3与Cortex-M相关知识的权威指南，目前基本上所有的CortexM设备驱动库都用上了CMSISCore，而且CMSIS项目也扩展为DSP库软体等多个方面。

基本介绍

书名：ARM Cortex-M3与Cortex-M4权威指南（第3版）
作者：Joseph Yiu、吴常玉、曹孟娟、王丽红
ISBN：9787302402923
定价：89元
出版社：清华大学出版社
出版时间：2015.11.01

第1章ARMCortexM处理器简介

1．1什幺是ARMCortexM处理器

1．1．1CortexM3和CortexM4处理器

1．1．2CortexM处理器家族

1．1．3处理器和微控制器的区别

1．1．4ARM和微控制器供应商

1．1．5选择CortexM3和CortexM4微控制器

1．2CortexM处理器的优势

1．2．1低功耗

1．2．2性能

1．2．3能耗效率

1．2．4代码密度

1．2．5中断

1．2．6易于使用

1．2．7可扩展性

1．2．8调试特性

1．2．9OS支持

1．2．10多种系统特性

1．2．11软体可移植性和可重用性

1．2．12选择(设备、工具和OS等)

1．3ARMCortexM处理器套用

1．4ARM处理器和ARM微控制器的资源

1．4．1ARM网站上有什幺

1．4．2微控制器供应商提供的文档

1．4．3工具供应商提供的文档

1．4．4其他资源

1．5背景和历史

1．5．1ARM简史

1．5．2ARM处理器的发展

1．5．3ThumbISA的架构版本

1．5．4处理器命名

1．5．5关于ARM生态系统

第2章嵌入式软体开发简介

2．1ARM微控制器是怎样构成的

2．2开始时需要準备什幺

2．2．1开发组件

2．2．2开发板

2．2．3调试适配器

2．2．4软体设备驱动

2．2．5例子

2．2．6文档和其他资源

2．2．7其他设备

2．3软体开发流程

2．4编译应用程式

2．5软体流程

2．5．1轮询

2．5．2中断驱动

2．5．3多任务系统

2．6C程式中的数据类型

2．7输入、输出和外设访问

2．8微控制器接口

2．9Cortex微控制器软体接口标準(CMSIS)

2．9．1CMSIS简介

2．9．2CMSISCore所做的标準化

2．9．3CMSISCore的组织结构

2．9．4如何使用CMSISCore

2．9．5CMSIS的优势

2．9．6CMSIS的多个版本

第3章技术综述

3．1CortexM3和CortexM4处理器的一般信息

3．1．1处理器类型

3．1．2处理器架构

3．1．3指令集

3．1．4模组框图

3．1．5存储器系统

3．1．6中断和异常支持

3．2CortexM3和CortexM4处理器的特性

3．2．1性能

3．2．2代码密度

3．2．3低功耗

3．2．4存储器系统

3．2．5存储器保护单元

3．2．6中断处理

3．2．7OS支持和系统级特性

3．2．8CortexM4的特殊特性

3．2．9易于使用

3．2．10调试支持

3．2．11可扩展性

3．2．12兼容性

第4章架构

4．1架构简介

4．2编程模型

4．2．1操作模式和状态

4．2．2暂存器

4．2．3特殊暂存器

4．2．4浮点暂存器

4．3应用程式状态暂存器

4．3．1整数状态标誌

4．3．2Q状态标誌

4．3．3GE位

4．4存储器系统

4．4．1存储器系统特性

4．4．2存储器映射

4．4．3栈存储

4．4．4存储器保护单元(MPU)

4．5异常和中断

4．5．1什幺是异常

4．5．2嵌套向量中断控制器(NVIC)

4．5．3向量表

4．5．4错误处理

4．6系统控制块(SCB)

4．7调试

4．8复位和复位流程

第5章指令集

5．1ARMCortexM处理器指令集的背景简介

5．2ARMCortexM处理器间的指令集比较

5．3理解彙编语言语法

5．4指令后缀的使用

5．5统一彙编语言(UAL)

5．6指令集

5．6．1处理器内传送数据

5．6．2存储器访问指令

5．6．3算术运算

5．6．4逻辑运算

5．6．5移位和循环移位指令

5．6．6数据转换运算(展开和反序)

5．6．7位域处理指令

5．6．8比较和测试

5．6．9程式流控制

5．6．10饱和运算

5．6．11异常相关指令

5．6．12休眠模式相关指令

5．6．13存储器屏障指令

5．6．14其他指令

5．6．15不支持的指令

5．7CortexM4特有的指令

5．7．1CortexM4的增强DSP扩展简介

5．7．2SIMD和饱和指令

5．7．3乘法和MAC指令

5．7．4打包和解包

5．7．5浮点指令

5．8桶形移位器

5．9在编程中访问特殊暂存器和特殊指令

5．9．1简介

5．9．2内在函式

5．9．3内联彙编和嵌入彙编

5．9．4使用其他的编译器相关的特性

5．9．5访问特殊暂存器

第6章存储器系统

6．1存储器系统特性简介

6．2存储器映射

6．3连线处理器到存储器和外设

6．4存储器需求

6．5存储器的端

6．6数据对齐和非对齐数据访问支持

6．7位段操作

6．7．1简介

6．7．2位段操作的优势

6．7．3不同数据大小的位段操作

6．7．4C程式实现的位段操作

6．8默认的存储器访问许可权

6．9存储器访问属性

6．10排他访问

6．11存储器屏障

6．12微控制器中的存储器系统

第7章异常和中断

7．1异常和中断简介

7．2异常类型

7．3中断管理简介

7．4优先权定义

7．5向量表和向量表重定位

7．6中断输入和挂起行为

7．7异常流程简介

7．7．1接受异常请求

7．7．2异常进入流程

7．7．3执行异常处理

7．7．4异常返回

7．8中断控制用的NVIC暂存器细节

7．8．1简介

7．8．2中断使能暂存器

7．8．3设定中断挂起和清除中断挂起

7．8．4活跃状态

7．8．5优先权

7．8．6软体触发中断暂存器

7．8．7中断控制器类型暂存器

7．9用于异常和中断控制的SCB暂存器细节

7．9．1SCB暂存器简介

7．9．2中断控制和状态暂存器(ICSR)

7．9．3向量表偏移暂存器(VTOR)

7．9．4套用中断和复位控制暂存器(AIRCR)

7．9．5系统处理优先权暂存器(SCB>SHP[0~11])

7．9．6系统处理控制和状态暂存器(SCB>SHCSR)

7．10用于异常或中断禁止的特殊暂存器细节

7．10．1PRIMASK

7．10．2FAULTMASK

7．10．3BASEPRI

7．11设定中断的步骤示例

7．11．1简单情况

7．11．2向量表重定位时的情况

7．12软体中断

7．13要点和提示

第8章深入了解异常处理

8．1简介

8．1．1关于本章

8．1．2C实现的异常处理

8．1．3栈帧

8．1．4EXC_RETURN

8．2异常流程

8．2．1异常进入和压栈

8．2．2异常返回和出栈

8．3中断等待和异常处理最佳化

8．3．1什幺是中断等待

8．3．2多周期指令执行时的中断

8．3．3末尾连锁

8．3．4延迟到达

8．3．5出栈抢占

8．3．6惰性压栈

第9章低功耗和系统控制特性

9．1低功耗设计

9．1．1低功耗对微控制器有什幺意义

9．1．2低功耗系统需求

9．1．3CortexM3和CortexM4处理器的低功耗特点

9．2低功耗特性

9．2．1休眠模式

9．2．2系统控制暂存器(SCR)

9．2．3进入休眠模式

9．2．4唤醒条件

9．2．5退出时休眠特性

9．2．6挂起传送事件(SEVONPEND)

9．2．7休眠扩展/唤醒延迟

9．2．8唤醒中断控制器(WIC)

9．2．9事件通信接口

9．3在编程中使用WFI和WFE

9．3．1何时使用WFI

9．3．2使用WFE

9．4开发低功耗套用

9．4．1降低动态功耗

9．4．2降低活跃周期

9．4．3减小休眠模式电流

9．5SysTick定时器

9．5．1为什幺要有SysTick定时器

9．5．2SysTick定时器操作

9．5．3使用SysTick定时器

9．5．4其他考虑

9．6自复位

9．7CPUID基本暂存器

9．8配置控制暂存器

9．8．1CCR简介

9．8．2STKALIGN位

9．8．3BFHFNMIGN位

9．8．4DIV_O_TRP位

9．8．5UNALIGN_TRP位

9．8．6USERSETMPEND位

9．8．7NONBASETHRDENA位

9．9辅助控制暂存器

9．10协处理器访问控制暂存器

第10章OS支持特性

10．1OS支持特性简介

10．2影子栈指针

10．3SVC异常

10．4PendSV异常

10．5实际的上下文切换

10．6排他访问和嵌入式OS

第11章存储器保护单元

11．1MPU简介

11．1．1关于MPU

11．1．2使用MPU

11．2MPU暂存器

11．2．1MPU类型暂存器

11．2．2MPU控制暂存器

11．2．3MPU区域编号暂存

11．2．4MPU基地址暂存器

11．2．5MPU区域基本属性和大小暂存器

11．2．6MPU别名暂存器

11．3设定MPU

11．4存储器屏障和MPU配置

11．5使用子区域禁止

11．5．1允许高效的存储器划分

11．5．2减少所需的区域总数

11．6使用MPU时的注意事项

11．6．1程式代码

11．6．2数据存储器

11．6．3外设

11．7MPU的其他用法

11．8与CortexM0+处理器中的MPU间的差异

第12章错误异常和错误处理

12．1错误异常简介

12．2错误的原因

12．2．1存储器管理(MemManage)错误

12．2．2汇流排错误

12．2．3使用错误

12．2．4HardFault

12．3使能错误处理

12．3．1MemManage错误

12．3．2汇流排错误

12．3．3使用错误

12．3．4HardFault

12．4错误状态暂存器和错误地址暂存器

12．4．1简介

12．4．2MemManage错误信息

12．4．3汇流排错误信息

12．4．4使用错误信息

12．4．5HardFault状态暂存器

12．4．6调试错误状态暂存器(DFSR)

12．4．7错误地址暂存器MMFAR和BFAR

12．4．8辅助错误状态暂存器

12．5分析错误

12．6异常处理相关的错误

12．6．1压栈

12．6．2出栈

12．6．3惰性压栈

12．6．4取向量

12．6．5非法返回

12．6．6优先权和压栈或出栈错误

12．7锁定

12．7．1什幺是锁定

12．7．2避免锁定

12．8错误处理

12．8．1用于调试的HardFault

12．8．2错误禁止

12．9其他信息

12．9．1运行具有两个栈的系统

12．9．2检测栈溢出

第13章浮点运算

13.1关于浮点数

13.1.1简介

13.1.2单精度浮点数

13.1.3半精度浮点数

13.1.4双精度浮点数

13.1.5CortexM处理器中的浮点支持

13.2CortexM4浮点单元(FPU)

13.2.1浮点单元简介

13.2.2浮点暂存器简介

13.2.3CPACR暂存器

13.2.4浮点暂存器组

13.2.5浮点状态和控制暂存器(FPSCR)

13.2.6浮点上下文控制暂存器(FPU>FPCCR)

13.2.7浮点上下文地址暂存器(FPU>FPCAR)

13.2.8浮点默认状态控制暂存器(FPU>FPDSCR)

13.2.9介质和浮点特性暂存器(FPU>MVFR0、FPU>MVFR1)

13.3惰性压栈详解

13.3.1惰性压栈特性的关键点

13.3.2第1种情况：被打断的任务中没有浮点上下文

13.3.3第2种情况：被打断的任务中有浮点上下文，ISR中没有

13.3.4第3种情况：被打断的任务和ISR中都有浮点上下文

13.3.5第4种情况：中断嵌套，且第2箇中断处理中存在浮点上

下文

13.3.6第5种情况：中断嵌套，且两个中断处理中都存在浮点上

下文

13.3.7惰性压栈的中断

13.3.8浮点指令的中断

13.4使用浮点单元

13.4.1CMSISCore中的浮点支持

13.4.2用C语言实现浮点编程

13.4.3编译器命令行选项

13.4.4ABI选项：Hardvfp和Softvfp

13.4.5特殊的FPU模式

13.5浮点异常

13.6要点和提示

13.6.1微控制器的运行时库

13.6.2调试操作

第14章调试和跟蹤特性

14.1调试和跟蹤特性简介

14.1.1什幺是调试特性

14.1.2什幺是跟蹤特性

14.1.3调试和跟蹤特性总结

14.2调试架构

14.2.1CoreSight调试架构

14.2.2处理器调试接口

14.2.3调试连线埠(DP)、访问连线埠(AP)和调试访问连线埠(DAP)

14.2.4跟蹤接口

14.2.5CoreSight的特点

14.3调试模式

14.4调试事件

14.5断点特性

14.6调试部件简介

14.6.1处理器调试支持

14.6.2Flash补丁和断点(FPB)单元

14.6.3数据监视点和跟蹤(DWT)单元

14.6.4指令跟蹤宏单元

14.6.5嵌入式跟蹤宏单元(ETM)

14.6.6跟蹤连线埠接口单元(TPIU)

14.6.7ROM表

14.6.8AHB访问连线埠(AHBAP)

14.7调试操作

14.7.1调试连线

14.7.2Flash编程

14.7.3断点

第15章KeilARM微控制器开发套件入门

15.1简介

15.2典型的程式编译流程

15.3μVision入门

15.4工程选项

15.4.1Device选项

15.4.2Target选项

15.4.3Output选项

15.4.4Listing选项

15.4.5User选项

15.4.6C/C++选项

15.4.7Asm选项

15.4.8Linker选项

15.4.9Debug选项

15.4.10Utilities选项

15.5使用IDE和调试器

15.6使用指令集模拟器

15.7在SRAM中运行程式

15.8最佳化选项

15.9其他信息和要点

15.9.1栈和堆存储大小配置

15.9.2其他信息

第16章IAREmbeddedWorkbenchforARM入门

16.1IAREmbeddedWorkbenchforARM简介

16.2典型的程式编译流程

16.3创建简单的blinky工程

16.4工程选项

16.5提示和要点

第17章GCC入门

17.1GCC工具链

17.2典型开发流程

17.3创建简单的blinky工程

17.4命令行选项简介

17.5Flash编程

17.5.1使用KeilMDKARM

17.5.2使用第三方Flash编程工具

17.6KeilMDKARM和ARM嵌入式处理器GNU工具一起使用

17.7CoIDE和ARM嵌入式处理器GNU工具一起使用

17.8基于gcc的商业版开发组件

17.8.AtollicTrueSTUDIOforARM

17.8.2RedSuite

17.8.3CrossWorksforARM

第18章输入和输出软体实例

18.1产生输出

18.2重定向到指令跟蹤宏单元(ITM)

18.2.1简介

18.2.2KeilMDKARM

18.2.3IAREmbeddedWorkbench

18.2.4GCC

18.3半主机

18.4重定向到外设

第19章使用嵌入式作业系统

19.1嵌入式OS简介

19.1.1什幺是嵌入式OS

19.1.2何时使用嵌入式OS

19.1.3CMSISRTOS的作用

19.2KeilRTXRealTimeKernel

19.2.1关于RTX

19.2.2特性简介

19.2.3RTX和CMSISRTOS

19.2.4执行绪

19.3CMSISRTOS实例

19.3.1具有两个执行绪的简单CMSISRTOS

19.3.2执行绪间通信简介

19.3.3信号事件通信

19.3.4互斥体(MUTEX)

19.3.5信号量

19.3.6讯息伫列

19.3.7邮件伫列

19.3.8记忆体池管理特性

19.3.9通用等待函式和逾时数值

19.3.10定时器特性

19.3.11访问非特权设备

19.4OS感知调试

19.5疑难解答

19.5.1栈大小和栈对齐

19.5.2特权等级

19.5.3其他问题

第20章彙编和混合语言工程

20．1彙编代码在工程中的使用

20．2C和彙编间的互动

20．3彙编函式的结构

20．4例子

20．4．1ARM工具链的简单例子(KeilMDKARM、DS5)

20．4．2ARM嵌入式处理器GNU工具的简单例子

20．4．3访问特殊暂存器

20．4．4数据存储器

20．4．5Helloworld

20．4．6显示十六进制和十进制的数据

20．4．7NVIC中断控制

20．4．8无符号整数平方根

20．5混合语言工程

20．5．1从彙编中调用C函式

20．5．2从C中调用彙编函式

20．5．3嵌入彙编(KeilMDKARM/ARMDS5professional)

20．5．4内联彙编

20．6内在函式

20．7习语识别

第21章ARMCortexM4和DSP套用

21．1微控制器上的DSP

21．2点积实例

21．3传统DSP处理器的架构

21．4CortexM4的DSP指令

21．4．1暂存器和数据类型

21．4．2小数运算

21．4．3SIMD数据

21．4．4载入和存储指令

21．4．5算术指令

21．4．6CortexM4的一般最佳化策略

21．4．7指令限制

21．5为CortexM4编写最佳化的DSP代码

21．5．1Biquad滤波器

21．5．2快速傅立叶变换

21.5.3FIR滤波器

第22章使用ARMCMSISDSP库

22．1DSP库简介

22．2预构建的二进制代码

22．3函式命令规则

22．4获得帮助

22．5例1：DTMF解调

22．5．1产生正弦波

22．5．2使用FIR滤波器进行解析

22．5．3使用FFT进行解析

22．5．4使用Biquad滤波器进行解析

22．5．5DTMF示例代码

22．6例2：最小二乘法运动跟蹤

第23章高级话题

23．1决断和跳转

23．1．1条件跳转

23．1．2複杂的判决树

23．2性能考虑

23．3双字栈对齐

23．4信号量设计的各种方法

23．4．1用SVC服务实现信号量

23．4．2使用位段实现信号量

23．5非基本执行绪使能

23．6中断服务的重入

23．7C语言实现的位数据处理

23．8启动代码

23．9栈溢出检测

23．9．1工具链的栈分析

23．9．2栈的测试分析

23．9．3根据栈布局检测栈溢出

23．9．4使用MPU

23．9．5使用DWT和调试监控异常

23．9．6OS上下文切换中的栈检查

23．10Flash补丁特性

23．11CortexM3和CortexM4处理器的版本

23．11．1简介

23．11．2CortexM3r0p0到r1p0/r1p1的变动

23．11．3CortexM3r1p1到r2p0的变动

23．11．4CortexM3r2p0到r2p1的变动

23．11．5CortexM4r0p0到r0p1的变动

第24章软体移植

24．1简介

24．2从8位/16位MCU移植到CortexMMCU

24．2．1架构差异

24．2．2一般调整

24．2．3存储器大小需求

24．2．48位或16位微控制器不再适用的最佳化

24．2．5例子：从8051移植到ARMCortexM

24．3从ARM7TDMI到CortexM3/M4的软体移植

24．3．1硬体差异简介

24．3．2彙编语言档案

24．3．3C语言档案

24．3．4预编译的目标档案和库

24．3．5最佳化

24．4不同CortexM处理器间的软体移植

24．4．1不同CortexM处理器间的差异

24．4．2所需的软体变动

24．4．3嵌入式OS

24．4．4创建CortexM处理器的可移植程式代码