本书是ARM公司微控制器系统级设计专家JosephYiu的作品。本书全面系统论述Cortex-M0与Cortex-M0+的核心、体系结构、指令集、编译器、程式设计及软体移植。全书共23章，近700页。深度剖析系统模型、指令集以及中断处理，以利于理解ARMCortex-M0与Cortex-M0+的工作方式；综合运用彙编语言和C语言实现的丰富的ARMCortex-M0与Cortex-M0+编程案例，有助于快速动手实践；系统论述软体的开发流程，并以常用软体开发工具为例，介绍程式设计的实例及如何定位程式代码问题和软体移植等方面的知识；全面揭秘从其他架构处理器进行软体移植的方法，包括ARM7TDMI、ARMCortex-M3以及8051微控制器移植的实例；深入解析Cortex-M0和Cortex-M0+处理器架构特性的差异（如非特权执行等级、向量表重定位）；细緻分析了Cortex-M0+处理器的优势，比如新的单周期I/O接口、更优的能耗效率、更高的性能以及微跟蹤缓冲（MTB）特性；详尽介绍了软体开发工具方面的新内容，如KeilMDK版本5、IAREmbeddedWorkbenchforARM、ARMgcc、CooCox及mbed的实例。另外，为便于读者学习，全书提供了完整的案例原始码！

译者序1

推荐序3

前言5

致谢7

术语和缩写9

本书约定13

第1章概论

1.1欢迎来到嵌入式处理器的世界

1.1.1处理器有什幺作用

1.1.2处理器、CPU、核心、微控制器及其命名

1.1.3嵌入式系统的编程

1.1.4学习微控制器需要了解什幺

1.2理解处理器的类型

1.2.1处理器为什幺有很多种类

1.2.2ARM处理器家族概述

1.2.3模糊边界

1.2.4ARMCortexM处理器系列

1.2.5ARMCortexM0和CortexM0+处理器简介

1.2.6从CortexM0处理器到CortexM0+处理器

1.2.7CortexM0和CortexM0+处理器的套用

1.3微控制器内部有什幺

1.3.1微控制器内常见部件

1.3.2微控制器套用的处理器的特点

1.3.3硅片技术

1.4ARM介绍

1.4.1ARM生产晶片吗

1.4.2ARM的产品是什幺

1.4.3晶片厂商为什幺不设计自己的处理器

1.4.4ARM生态系统有什幺特殊之处

1.5ARM处理器和ARM微控制器方面的资源

1.5.1ARM主页

1.5.2微控制器厂商提供的资源

1.5.3工具厂商提供的资源

1.5.4其他资源

第2章技术综述

2.1CortexM0和CortexM0+处理器

2.2模组框图

2.3典型系统

2.4什幺是ARMv6M架构

2.5CortexM处理器间的软体可移植性

2.6ARMCortexM0和CortexM0+处理器的优势

2.6.1低功耗和能耗效率

2.6.2高代码密度

2.6.3低中断等待和确定行为

2.6.4易于使用

2.6.5系统级特性和OS支持特性

2.6.6调试特性

2.6.7可配置性、灵活性和可扩展性

2.6.8软体可移植性和可重用性

2.6.9产品选择的多样性

2.6.10生态系统支持

2.7CortexM0和CortexM0+处理器的套用

2.7.1微控制器

2.7.2感测器

2.7.3感测器集线器

2.7.4电源管理IC

2.7.5ASSP和ASIC

2.7.6片上系统中的子系统

2.8为什幺要在微控制器套用中使用32位处理器

2.8.1性能

2.8.2代码密度

2.8.3ARM架构的其他优势

2.8.4软体可重用性

第3章嵌入式软体开发介绍

3.1欢迎进入嵌入式系统编程

3.2基本概念

3.2.1复位

3.2.2时钟

3.2.3电压

3.2.4输入和输出

3.2.5嵌入式软体程式流程介绍

3.2.6程式语言选择

3.3ARMCortexM编程介绍

3.3.1C编程数据类型

3.3.2用C访问外设

3.3.3程式映像内有什幺

3.3.4SRAM中的数据

3.3.5微控制器启动时会发生什幺

3.4软体开发流程

3.5Cortex微控制器软体接口标準

3.5.1CMSIS介绍

3.5.2CMSISCORE所做的标準化

3.5.3CMSISCORE的组织

3.5.4使用CMSISCORE

3.5.5CMSIS的优势

3.6软体开发的其他信息

第4章架构

4.1ARMv6M架构综述

4.1.1架构的含义

4.1.2ARMv6M架构背景

4.2编程模型

4.2.1操作模式和状态

4.2.2暂存器和特殊暂存器

4.2.3APSR的行为

4.3存储器系统

4.3.1概述

4.3.2单周期I/O接口

4.3.3存储器保护单元

4.4栈存储操作

4.5异常和中断

4.6嵌套向量中断控制器

4.6.1灵活的中断管理

4.6.2嵌套中断支持

4.6.3向量异常入口

4.6.4中断禁止

4.7系统控制块

4.8调试系统

4.9程式映像和启动流程

第5章指令集

5.1指令集是什幺

5.2ARM和Thumb指令集背景

5.3彙编基础

5.3.1彙编语法一览

5.3.2后缀的使用

5.3.3统一彙编语言(UAL)

5.4指令列表

5.4.1处理器内传送数据

5.4.2存储器访问

5.4.3栈存储访问

5.4.4算术运算

5.4.5逻辑运算

5.4.6移位和循环移位运算

5.4.7展开和顺序反转运算

5.4.8程式流控制

5.4.9存储器屏障指令

5.4.10异常相关指令

5.4.11休眠模式特性相关指令

5.4.12其他指令

5.5伪指令

第6章指令使用示例

6.1概述

6.2程式控制

6.2.1ifthenelse

6.2.2循环

6.2.3跳转指令

6.2.4跳转指令的典型用法

6.2.5函式调用和函式返回

6.2.6跳转表

6.3数据访问

6.3.1简单数据访问

6.3.2使用存储器访问指令的例子

6.4数据类型转换

6.4.1数据大小的转换

6.4.2大小端转换

6.5数据处理

6.5.164位/128位加法

6.5.264位/128位减法

6.5.3整数除法

6.5.4无符号整数开方根

6.5.5位和位域计算

第7章存储器系统

7.1微控制器中的存储器系统

7.2CortexM0和CortexM0+处理器中的汇流排系统

7.3存储器映射

7.3.1概述

7.3.2系统级设计

7.4程式存储器、Bootloader和存储器重映射

7.4.1程式存储器和Bootloader

7.4.2存储器映射

7.5数据存储器

7.6小端和大端支持

7.7数据类型

7.8存储器属性和存储器访问许可权

7.9硬体行为对编程的影响

7.9.1数据对齐

7.9.2访问非法地址

7.9.3多载入和存储指令的使用

7.9.4等待状态

第8章异常和中断

8.1异常和中断的含义

8.2CortexM0和CortexM0+处理器内的异常类型

8.2.1概述

8.2.2不可禁止中断

8.2.3HardFault

8.2.4SVC

8.2.5可挂起的系统调用

8.2.6系统节拍

8.2.7中断

8.3NVIC简介

8.4异常优先权定义

8.5向量表

8.6异常流程概述

8.6.1接受异常

8.6.2压栈和出栈

8.6.3异常返回指令

8.6.4末尾连锁

8.6.5延迟到达

8.7EXC_RETURN

8.8用于中断控制的NVIC控制暂存器

8.8.1NVIC控制暂存器概述

8.8.2中断使能和清除使能

8.8.3中断挂起和清除挂起

8.8.4中断优先权

8.9异常禁止暂存器(PRIMASK)

8.10中断输入和挂起行为

8.10.1简单中断处理

8.10.2简单的脉冲中断处理

8.10.3中断挂起状态在得到服务前取消

8.10.4外设在确认中断请求时清除挂起状态

8.10.5ISR完成后中断请求保持为高

8.10.6进入ISR前产生了多箇中断请求脉冲

8.10.7在ISR执行期间产生了中断请求脉冲

8.10.8已禁止中断的中断请求确认

8.11异常入口流程

8.11.1压栈

8.11.2取出向量并更新PC

8.11.3更新暂存器

8.12异常退出流程

8.12.1暂存器出栈

8.12.2从返回地址取指并执行

8.13中断等待

第9章系统控制和低功耗特性

9.1系统控制暂存器简介

9.2SCB中的暂存器

9.2.1SCB中的暂存器列表

9.2.2CPUID暂存器

9.2.3用于系统异常管理的控制暂存器

9.2.4向量表偏移暂存器

9.2.5套用中断和复位控制暂存器

9.2.6系统控制暂存器

9.2.7配置和控制暂存器

9.2.8系统处理控制和状态暂存器

9.3使用自复位特性

9.4使用向量表重定位特性

9.5低功耗特性

9.5.1概述

9.5.2休眠模式

9.5.3等待事件和等待中断

9.5.4唤醒条件

9.5.5退出时休眠特性

9.5.6唤醒中断控制器

第10章作业系统支持特性

10.1支持OS的特性概述

10.2嵌入式系统的作业系统介绍

10.3SysTick定时器

10.3.1SysTick暂存器

10.3.2设定SysTick

10.3.3SysTick用于时间测量

10.3.4将SysTick用作单发定时器

10.4进程栈和PSP

10.5SVCall异常

10.6PendSV

10.7高级话题：在编程中使用SVC和PendSV

10.7.1使用SVC异常

10.7.2使用PendSV异常

10.8高级话题：实际的上下文切换

第11章错误处理

11.1错误异常概述

11.2错误是如何产生的

11.3分析错误

11.4意外切换至ARM状态

11.5实际套用中的错误处理

11.6软体开发期间的错误处理

11.7锁定

11.7.1锁定的原因

11.7.2锁定期间发生了什幺

11.8避免锁定

11.9和ARMv7M架构中错误处理的对比

第12章存储器保护单元

12.1MPU是什幺

12.2MPU适用的情形

12.3技术介绍

12.4MPU暂存器

12.4.1MPU类型暂存器

12.4.2MPU控制暂存器

12.4.3MPU区域编号暂存器

12.4.4MPU区域基地址暂存器

12.4.5MPU区域基本属性和大小暂存器

12.5设定MPU

12.6存储器屏障和MPU配置

12.7使用子区域禁止

12.7.1允许高效的存储器划分

12.7.2减少所需的区域总数

12.8使用MPU时的注意事项

12.8.1程式代码

12.8.2数据存储器

12.9和CortexM3/M4/M7处理器的MPU间的差异

第13章调试特性

13.1软体开发和调试特性

13.2调试接口

13.2.1JTAG和串列线调试通信协定

13.2.2CortexM处理器和CoreSight调试架构

13.2.3调试接口的设计考虑

13.3调试特性一览

13.4调试系统

13.5暂停模式和调试事件

13.6利用MTB实现指令跟蹤

第14章Keil微控制器开发套件入门

14.1Keil微控制器开发套件介绍

14.1.1概述

14.1.2工具

14.1.3KeilMDK的优势

14.1.4安装

14.2典型的程式编译流程

14.3硬体介绍

14.3.1FreescaleFreedom开发板(FRDMKL25Z)

14.3.2STMicroelectronicsSTM32L0Discovery

14.3.3STMicroelectronicsSTM32F0Discovery

14.3.4NXPLPC1114FN28

14.4μVisionIDE入门

14.4.1如何开始

14.4.2启动KeilMDK

14.4.3FreescaleFRDMKL25Z工程设定步骤

14.4.4STMicroelectronicsSTM32L0Discovery工程设定步骤

14.4.5STMicroelectroniceSTM32F0Discovery工程设定步骤

14.4.6NXPLPC1114FN28工程设定步骤

14.5使用IDE和调试器

14.6底层内容

14.6.1CMSIS档案

14.6.2时钟设定

14.6.3栈和堆的设定

14.6.4编译

14.7工程环境的最佳化

14.7.1目标选项

14.7.2最佳化选项

14.7.3运行时环境选项

14.7.4工程管理

14.8使用模拟器

14.9在SRAM中执行程式

14.10使用MTB指令跟蹤

第15章IARembeddedworkbenchforARM入门

15.1IARembeddedworkbenchforARM概述

15.2典型的程式编译流程

15.3创建简单的blinky工程

15.4工程选项

15.5在IAREWARM中使用MTB指令跟蹤

15.6提示和要点

第16章GCC入门

16.1GCC工具链

16.2关于本章中的例子

16.3典型开发流程

16.4创建简单的Blinky工程

16.5命令行选项概述

16.6Flash编程

16.7在KeilMDKARM中使用ARM嵌入式处理器GNU工具

16.8在CooCoxIDE中使用ARM嵌入式处理器GNU工具

16.8.1概述和设定

16.8.2创建新的工程

16.8.3使用IDE和调试器

第17章mbed入门

17.1什幺是mbed

17.2mbed系统是怎幺工作的

17.3mbed的优势

17.4设定FRDMKL25Z板和mbed账号

17.4.1检查mbedWeb网页

17.4.2注册mbed账号

17.4.3个人计算机的设定

17.5创建blinky程式

17.5.1只开关红色LED的简单版本

17.5.2利用脉宽调试控制LED

17.6支持的常用外设对象

17.7使用printf

17.8套用实例：火车模型控制器

17.9中断

17.10要点和提示

第18章编程实例

18.1利用通用异步收发器来产生输出

18.1.1通用异步收发器通信概述

18.1.2微控制器上的UART配置概述

18.1.3配置FRDMKL25Z中的UART

18.1.4配置STM32L0Discovery板中的UART

18.1.5配置STM32F0Discovery板上的UART

18.1.6配置LPC1114FN28上的UART

18.2实现printf

18.2.1概述

18.2.2KeilMDK的重定向

18.2.3IAREWARM的重定向

18.2.4GNU编译器套件的重定向

18.2.5IAREWARM的半主机

18.2.6CoIDE的半主机

18.3开发输入和输出函式

18.3.1为何要重新开发

18.3.2其他接口

18.3.3有关scanf的其他信息

18.4中断编程实例

18.4.1中断处理概述

18.4.2中断控制函式概述

18.5套用实例：火车模型用的另一个控制器

18.6CMSISCORE的不同版本

第19章超低功耗设计

19.1超低功耗使用示例

19.1.1概述

19.1.2进入休眠模式

19.1.3WFE与WFI

19.1.4利用退出时休眠特性

19.1.5利用挂起传送事件特性

19.1.6利用唤醒中断控制器

19.1.7利用事件通信接口

19.2低功耗设计要求

19.3能量去哪里了

19.4开发低功耗套用

19.4.1低功耗设计概述

19.4.2降低功耗的各种方法

19.4.3选择正确的方法

19.5调试考虑

19.5.1调试和低功耗

19.5.2调试和Flash编程的“安全模式”

19.5.3低电压引脚和调试接口

19.6低电压设备的检测

19.6.1ULPBench的背景

19.6.2ULPBenchCP概述

19.7FreescaleKL25Z低功耗特性使用示例

19.7.1目标

19.7.2测试设定

19.7.3KL25Z的低功耗模式

19.7.4时钟设计

19.7.5测试设定

19.7.6测量结果

19.8LPC1114低功耗特性使用示例

19.8.1LPC1114FN28概述

19.8.2实验1:使用12MHz内部和外部晶振

19.8.3实验2:使用降频1MHz和100kHz

19.8.4其他改进

19.8.5利用LPC1114的深度休眠

第20章嵌入式OS编程

20.1介绍

20.1.1背景

20.1.2嵌入式OS和RTOS

20.1.3为什幺要使用嵌入式OS

20.1.4CMSISRTOS的作用

20.1.5关于KeilRTXKernel

20.1.6在KeilMDK中构建一个简单RTX实例

20.2RTXKernel概述

20.2.1执行绪

20.2.2RTX配置

20.2.3深入研究第一个例子

20.2.4执行绪间通信概述

20.2.5信号事件通信

20.2.6互斥体(Mutex)

20.2.7信号量

20.2.8讯息伫列

20.2.9邮件伫列

20.2.10记忆体池管理特性

20.2.11通用等待函式和逾时数值

20.2.12定时器特性

20.2.13给非特权执行绪增加SVC服务

20.3在套用中使用RTX

20.4调试RTX套用

20.5疑难解答

20.5.1栈大小需求

20.5.2优先权

20.5.3利用OS错误报告

20.5.4OS特性配置

20.5.5其他问题

20.6其他要点和提示

20.6.1修改RTX_Config_CM.c

20.6.2执行绪优先权

20.6.3缩短等待时间

20.6.4其他信息

第21章混合语言工程

21.1彙编在工程开发中的套用

21.2彙编编程实践和AAPCS

21.3彙编函式概述

21.3.1ARM工具链

21.3.2GCC工具链

21.3.3IAREmbeddedWorkbenchforARM

21.3.4彙编函式结构

21.4内联彙编

21.4.1ARM工具链

21.4.2GNU编译器组件

21.5嵌入彙编特性(ARM工具链)

21.6混合语言工程

21.6.1概述

21.6.2在彙编代码中调用C函式

21.6.3在C代码中调用彙编函式

21.7在KeilMDKARM中创建彙编工程

21.7.1一个简单的工程

21.7.2HelloWorld

21.7.3其他文本输出函式

21.8用于中断控制的通用彙编代码

21.8.1使能和禁止中断

21.8.2设定和清除中断挂起状态

21.8.3设定中断优先权

21.9彙编语言的其他编程技巧

21.9.1为变数分配数据空间

21.9.2複杂跳转处理

21.10使用特殊指令

21.10.1CMSISCORE

21.10.2习语识别

第22章软体移植

22.1概述

22.2从8位/16位微控制器向ARMCortexM移植软体

22.2.1通用改动

22.2.2存储器需求

22.2.38位或16位微控制器不再适用的最佳化

22.2.4实例：从8051移植到ARMCortexM0/CortexM0+

22.3ARM7TDMI和CortexM0/M0+处理器间的差异

22.3.1经典ARM处理器概述

22.3.2操作模式

22.3.3暂存器

22.3.4指令集

22.3.5中断

22.4从ARM7TDMI向CortexM0/CortexM0+处理器移植软体

22.4.1启动代码和向量表

22.4.2中断

22.4.3C程式代码

22.4.4彙编代码

22.4.5原子访问

22.4.6最佳化

22.5各种CortexM处理器间的差异

22.5.1概述

22.5.2系统模型

22.5.3NVIC和异常

22.5.4指令集

22.5.5系统级特性

22.5.6调试和跟蹤特性

22.6在CortexM处理器间移植时的通用改动

22.7CortexM0/M0+和CortexM1间的软体移植

22.8CortexM0/M0+和CortexM3间的软体移植

22.9CortexM0/M0+和CortexM4/M7间的软体移植

第23章高级话题

23.1C语言实现的位数据处理

23.2C实现的启动代码

23.3栈溢出检测

23.3.1什幺是栈溢出

23.3.2工具链的栈分析

23.3.3栈的测试分析

23.3.4利用存储器保护单元对栈进行限制

23.3.5OS上下文切换期间的栈检测

23.4中断服务程式重入

23.5信号量设计

23.6存储器顺序和存储器屏障

附录A指令集快速参考

附录B异常类型快速参考

B.1异常类型

B.2异常压栈后栈的内容

附录CCMSISCORE快速参考

C.1数据类型

C.2异常枚举

C.3嵌套向量中断控制器访问函式

C.4系统和SysTick操作函式

C.5核心暂存器操作函式

C.6特殊指令操作函式

附录DNVIC、SCB和SysTick暂存器快速参考

D.1NVIC暂存器一览

D.2中断设定使能暂存器(NVICISER)

D.3中断清除使能暂存器(NVICICER)

D.4中断设定挂起暂存器(NVICISPR)

D.5中断清除挂起暂存器(NVICICPR)

D.6中断优先权暂存器(NVICIRQ[0]到NVICIRQ[7])

D.7SCB暂存器一览

D.8CPUID暂存器(SCBCPUID)

D.9中断控制状态暂存器(SCBICSR)

D.10向量表偏移暂存器(SCBVTOR，0xE000ED08)

D.11套用中断和控制状态暂存器(SCBAIRCR)

D.12系统控制暂存器(SCBSCR)

D.13配置控制暂存器(SCBCCR)

D.14系统处理优先权暂存器2(SCBSHR[0])

D.15系统处理优先权暂存器3(SCBSHR[1])

D.16系统处理控制和状态暂存器

D.17SysTick暂存器一览

D.18SysTick控制和状态暂存器(SysTickCTRL)

D.19SysTick重装载值暂存器(SysTickLOAD)

D.20SysTick当前值暂存器(SysTickVAL)

D.21SysTick校準值暂存器(SysTickCALIB)

附录E调试暂存器快速参考

E.1核心调试暂存器

E.2断点单元

E.3数据监视点单元

E.4ROM表暂存器

E.5微跟蹤缓冲

E.6POSITION暂存器

E.7MASTER暂存器

E.8FLOW暂存器

E.9BASE暂存器

E.10包格式

E.11实例

附录F调试接头分配

F.110针Cortex调试连线头

F.220针Cortex调试+ETM接头

F.3老式的20针IDC接头排列

附录G疑难解答

G.1程式不运行/启动

G.1.1向量表丢失或位置错误

G.1.2使用了错误的C启动代码

G.1.3复位向量中的值错误

G.1.4程式映像没有被正确地编程到Flash中

G.1.5错误的工具链配置

G.1.6错误的栈指针初始值

G.1.7错误的大小端设定

G.2程式启动，却进入了硬体错误

G.2.1非法存储器访问

G.2.2非对齐数据访问

G.2.3存储器访问许可权(只限于CortexM0+处理器)

G.2.4从汇流排返回错误

G.2.5异常处理中的栈被破坏

G.2.6程式在某些C函式中崩溃

G.2.7意外地试图切换至ARM状态

G.2.8在错误的优先权上执行SVC

G.3休眠问题

G.3.1执行WFE不进入休眠

G.3.2退出时休眠过早地引起休眠

G.3.3中断已经在挂起态时SEVONPEND不工作

G.3.4由于休眠模式可能禁止了某些时钟，处理器无法唤醒

G.3.5竞态

G.4中断问题

G.4.1执行了多余的中断处理

G.4.2执行了多余的SysTick处理

G.4.3在中断处理中禁止中断

G.4.4错误的中断返回指令

G.4.5异常优先权设定的数值

G.5其他问题

G.5.1错误的SVC参数传递方法

G.5.2调试连线受到I/O设定或低功耗模式的影响

G.5.3调试协定选择/配置

G.5.4使用事件输出作为脉冲I/O

G.5.5向量表和代码位置的设备实际需求

G.6其他可能的编程陷阱

G.6.1中断优先权

G.6.2同时使用主栈和进程栈时的栈溢出

G.6.3数据对齐

G.6.4丢失volatile关键字

G.6.5函式指针

G.6.6读修改写

G.6.7中断禁止

G.6.8SystemInit函式

G.6.9断点和内联

附录HARMCortexM0微控制器麵包板工程

H.1背景

H.2硬体设计

附录I参考文档