嵌入式系统开发与套用：基于Cortex-M3核心的Stellaris微控制器

《嵌入式系统开发与套用：基于Cortex-M3核心的Stellaris微控制器》是由王黎明、闫晓玲、夏立、卜乐平编着，2013年清华大学出版社出版的21世纪高等学校嵌入式系统专业规划教材。该教材可作为大专、本科院校自动化、机电、仪器仪表、自动控制等专业以及工业控制网路等相关课程的教材或教学参考书，也可供从事工业控制网路系统设计和产品研发的工程技术人员参考。

全书共12章。首先介绍了嵌入式系统的概念。其次介绍了程式的编译、测试，提供了基础、环境、工具支持的嵌入式开发的集成开发环境及驱动库。然后从Stellaris处理器最小硬体系统以及经典的电路设计为基础，介绍了相关外围接口的开发与套用，包括硬体类型的定义、位带操作、系统控制接口、系统节拍定时器、通用输入/输出接口、Flash内部汇流排读写、通用定时器控制、看门狗操作、中断控制、脉宽调製器、电压比较器、ADC採样、互联IC汇流排、同步串列通信、CAN汇流排接口、乙太网通信等，介绍了μC/OS-Ⅱ实时多任务作业系统在处理器上的移植及套用，最后以标準化採集控制模组作为典型的套用系统，给出了其硬体电路设计和程式实现。

基本介绍

书名：嵌入式系统开发与套用：基于Cortex-M3核心的Stellaris微控制器
作者：王黎明、闫晓玲、夏立、卜乐平
ISBN：9787302319825
类别：21世纪高等学校嵌入式系统专业规划教材
页数：571页
出版社：清华大学出版社
出版时间：2013年8月1日
装帧：平装
开本：16开
字数：898千字
CIP核字号：2013078235

成书过程

修订过程

该教材由王黎明、闫晓玲、夏立、卜乐平编着，在编写过程中，周立功单片机发展有限公司为该教材的完成提供了测试环境、相应的硬体测试平台以及该教材的部分内容和代码。

出版工作

2013年8月1日，该教材由清华大学出版社出版。

出版社工作人员

责任编辑	封面设计	责任校对	责任印製
高买花、薛阳	常雪影	焦丽丽	刘海龙

内容简介

全书共12章。

第1章为基础部分。首先介绍了嵌入式系统的概念和组成，包括嵌入式平台的硬体构架、板级支持包、嵌入式系统上的应用程式；然后介绍了嵌入式系统的开发流程、ARM处理器的分类、结构和选型，重点介绍了Cortex-M3核心的暂存器组、中断向量表、存储器映射、存储器保护单元；最后简述了嵌入式作业系统的种类以及选型规则。

第2章介绍了嵌入式系统的集成开发环境及驱动库。首先介绍了嵌入式系统开发的一般过程，包括目标平台创建、编译、连线、定址过程；接着介绍了该举措主要使用的开发工具链IAR，主要包括IAREWARM的安装、驱动库的安装、EWARM中创建新项目、编译运行程式以及将IAR的工程移植到Keil工程上的方法。

第3章主要介绍了Stellaris处理器的结构、接口特性、处理器接口表以及Stellaris处理器最小系统设计，最后以LM3S8962处理器为例列举了基本电路设计，包括滤波电路、复位电路、晶振时钟、乙太网接口、RS-232、RS-485、CAN汇流排、电源模组、ADC採样、LED及按键、蜂鸣器、I2C扩展开关量输入、I2C扩展开关量输出、继电器输出等电路设计。

第4章主要介绍了嵌入式编程的相关概念、处理器内部及外围接口的实现方法，主要包括硬体类型的定义位带操作、系统控制接口、系统节拍定时器、通用输入/输出接口、Flash内部汇流排读写、通用定时器控制、看门狗操作、中断控制、脉宽调製器以及电压比较器的使用。其中Cortex-M3核心的系统节拍定时器、中断控制、位带操作与其他处理器有很大的不同。

第5章主要介绍了嵌入式技术中模拟量的採样变换，首先介绍了Stellaris微控制器核心集成的ADC的特性、功能，然后介绍了ADC使用过程中应注意的事项，接下来列出了ADC的常用库函式实现了包括ADC单通道触发採样、多通道採样、内部温度感测器採样、定时器触发採样、外部触发採样等几个ADC採样的例子，最后分析了ADC的软硬体过採样及实现技术。

第6章主要介绍了UART异步串口通信的相关知识，包括UART异步串列接口的功能、主要的套用库函式，通过实例程式列举了UART串口的使用及实现方法，主要包括简单收发、传送FIFO的工作原理、传送FIFO中断原理、以FIFO中断方式传送、以FIFO中断方式接收等。

第7章主要介绍了互联IC汇流排的相关设计及套用，包括I2C协定的基础、功能，I2C汇流排的主要驱动库函式，最后分析了部分案例的实现，主要包括I2C主机模式驱动程式、I2C晶片PCF8574的I/O扩展、I/O扩展晶片PCA9554、I2C存储器器件CAT25C02的读取等套用例程。

第8章主要介绍了同步串列通信的相关内容，首先介绍了TI的同步串列帧格式、FreescaleSPI帧格式、Microwire帧格式，以及SSI通信的位速率和帧格式、FIFO操作、SSI中断，然后介绍了SSI通信的主要库函式，包括配置与控制、数据收发、中断控制等，最后给出了两个SSI通信的例程。

第9章主要介绍了CAN汇流排接口模组的套用，包括CAN汇流排的分层结构及通信协定、CAN汇流排接口电路设计、CAN汇流排收发器设计以及外设驱动函式的分析，给出了CAN模组的套用流程及封装函式，最后介绍了与PC通信的CAN通信工具的使用方法。

第10章主要介绍了物联网的基础——乙太网接口通信的实现，主要针对LwIP进行说明，包括回调函式、应用程式状态设定函式、建立TCP连线函式、TCP数据传送函式、TCP数据接收函式、应用程式轮询的工作原理及相关函式、关闭与中止连线函式、底层TCP接口、UDP接口函式。最后给出了应用程式实例，包括UDP伺服器通信、UDP客户端通信、Web伺服器、TCP客户端通信等程式。

第11章主要介绍了μC/OS-Ⅱ实时多任务作业系统在处理器上的移植及套用，首先介绍了μC/OS-Ⅱ模板的结构及使用应注意的问题，然后给出了套用模板的例程分析，介绍了μC/OS-Ⅱ作业系统任务之间通信的方式，如信号量、信箱、讯息伫列等。

第12章是套用案例分析，包括人机接口、高精度ADC採样、多种感测器接入、PWM控制电机、标準化採集模组等。

教材目录

第1章嵌入式系统基础
1.1嵌入式系统的概念
1.2嵌入式系统的组成
1.2.1嵌入式平台的硬体构架
1.2.2板级支持包和嵌入式系统
1.2.3嵌入式系统上的应用程式
1.3嵌入式系统的开发流程和优势
1.4ARM微处理器概述
1.4.1ARM——Advanced RISC Machines
1.4.2ARM微处理器的套用领域及特点
1.4.3ARM微处理器的结构
1.4.4ARM微处理器的套用选型
1.5典型的嵌入式作业系统
1.5.1常用的嵌入式作业系统
1.5.2嵌入式作业系统类型的选择
1.5.3嵌入式作业系统的选择标準
1.6小结
1.7思考题
第2章集成开发环境及驱动库
2.1嵌入式软体开发过程
2.1.1创建过程
2.1.2编译
2.1.3连线
2.1.4定址
2.1.5调试过程
2.2IAR EWARM安装
2.3安装驱动库
2.3.1下载最新库档案
2.3.2拷贝连线器命令档案
2.3.3拷贝驱动库头档案
2.3.4拷贝底层驱动函式馆
2.4EWARM创建新项目
2.4.1建立一个项目档案目录
2.4.2新建工作区
2.4.3生成新项目
2.4.4添加/新建档案
2.4.5通用选项设定
2.4.6C/C++编译器选项设定
2.4.7Assembler选项设定
2.4.8Linker选项设定
2.4.9Debugger选项设定
2.5编译和运行应用程式
2.5.1编译连线处理
2.5.2查看MAP档案
2.5.3载入应用程式
2.5.4应用程式的相关调试
2.5.5生成.hex档案
2.5.6探究编译连线
2.6将IAR的工程移植到Keil工程
2.7小结
2.8思考题
第3章嵌入式微处理器及电路设计
3.1Stellaris处理器的结构概述
3.2Cortex-M3的Stellaris微处理器
3.2.1处理器的分类
3.2.2StellarisWare软体
3.3Stellaris处理器最小系统
3.4LM3S8962接口特性
3.5典型接口电路的分析与设计
3.5.1主处理器电路
3.5.2处理器滤波电路
3.5.3复位接口电路
3.5.4主处理器时钟接口
3.5.5乙太网接口
3.5.6实时时钟及供电电路
3.5.7I2C存储器EEPROM电路
3.5.8I2C数字温度採集接口
3.5.9I2C扩展开关量输入电路
3.5.10开关量隔离输入电路
3.5.11I2C扩展开关量输出电路
3.5.12开关量隔离输出电路
3.5.13继电器输出电路组1
3.5.14继电器输出电路组2
3.5.15I2C扩展输入/输出电路
3.5.16UART串列RS232电路
3.5.17UART串列RS485接口电路
3.5.18红外线串口电路
3.5.19电路电源模组
3.5.20ADC採样电路
3.5.21LED及按键电路
3.5.22SPI驱动数码管接口
3.5.23SPI驱动EEPROM接口
3.5.24SPI驱动TFT LCD接口
3.5.25PWM驱动电机电路
3.5.26JTAG接口电路
3.5.27扩展接口
3.6小结
3.7思考题
第4章接口功能单元的开发与套用
4.1嵌入式编程
4.1.1空的main()函式
4.1.2实用工程模板
4.1.3LED闪烁发光
4.1.4输出hello world
4.1.5UART控制台
4.2硬体类型定义
4.2.1硬体类型定义简介
4.2.2硬体暂存器访问
4.2.3硬体暂存器访问实例
4.2.4位带操作
4.2.5位带操作实例
4.3系统控制
4.3.1电源结构与LDO控制
4.3.2时钟控制
4.3.3复位控制
4.3.4外设控制
4.3.5睡眠与深度睡眠
4.3.6杂项功能
4.3.7中断操作
4.3.8时钟验证
4.4系统节拍定时
4.4.1系统节拍SysTick的功能简介
4.4.2系统节拍SysTick的基本操作
4.4.3系统节拍SysTick的中断控制
4.4.4模拟PC按键重複特性实例
4.5通用输入/输出
4.5.1通用I/O口两种套用电路
4.5.2GPIO概述
4.5.3特殊引脚及暂存器
4.5.4GPIO库函式
4.5.5两只LED交替闪烁控制实例
4.5.6KEY控制LED实例
4.6Flash内部汇流排读写
4.6.1Nor Flash简介
4.6.2Nor Flash引脚定义
4.6.3Nand Flash简介
4.6.4Nand Flash引脚定义
4.6.5Flash功能概述
4.6.6Flash库函式
4.6.7Flash简单擦写实例
4.6.8Flash当做EEPROM操作实例
4.7通用定时器
4.7.1Timer总体特性
4.7.2Timer功能概述
4.7.3Timer库函式
4.7.4定时器32位单次触发定时实例
4.7.5定时器32位周期定时实例
4.7.6定时器16位单次触发定时实例
4.7.7定时器16位周期定时实例
4.7.8定时器16位输入边沿计数捕获实例
4.7.9定时器16位输入边沿定时捕获实例
4.7.10定时器16位PWM实例
4.7.11定时器PWM套用蜂鸣器发声实例
4.7.12定时器模组16位PWM演奏音乐实例
4.8看门狗
4.8.1看门狗功能简述
4.8.2外部看门狗
4.8.3WatchDog功能概述
4.8.4正确使用看门狗的方法
4.8.5WatchDog库函式
4.8.6WatchDog复位实例
4.8.7WatchDog作为普通定时器实例
4.9中断控制
4.9.1中断的基本概念
4.9.2CortexM3核心异常与NVIC
4.9.3Stellaris中断基本编程方法
4.9.4中断库函式
4.9.5GPIO中断控制实例
4.9.6中断优先权控制实例
4.10脉冲宽度调製
4.10.1PWM总体特性
4.10.2PWM功能概述
4.10.3PWM库函式
4.10.4产生两路PWM信号实例
4.10.5产生两路带死区的PWM实例
4.10.6PWM发生器中断实例
4.11模拟比较器
4.11.1电压比较器
4.11.2COMP功能
4.11.3COMP库函式
4.11.4内部参考源输出驱动LED实例
4.11.5外部参考源输出触发中断实例
4.12小结
4.13思考题

第5章模数转换ADC
5.1ADC总体特性
5.2ADC功能描述
5.3ADC套用注意事项
5.4ADC库函式
5.4.1ADC採样序列操作
5.4.2ADC处理器触发
5.4.3ADC过採样
5.4.4ADC中断控制
5.5ADC模组的套用
5.5.1ADC模组初始化
5.5.2ADC开始採样
5.6ADC实例分析
5.6.1处理器触发ADC採样实例
5.6.2ADC内置的温度感测器实例
5.6.3处理器触发多通道ADC採样实例
5.6.4定时器溢出触发ADC採样实例
5.6.5差分输入ADC採样实例
5.6.6ADC硬体过採样实例
5.6.7ADC软体过採样实例
5.7过採样原理与实现
5.7.1平均
5.7.2过採样实现
5.8小结
5.9思考题
第6章通用异步收发器
6.1UART异步串口概述
6.2UART总体特性
6.3UART功能概述
6.4UART库函式
6.4.1配置与控制
6.4.2使能与禁止
6.4.3数据收发
6.4.4中断控制
6.5UART实例分析
6.5.1UART简单数据传送实例
6.5.2传送FIFO工作原理及实例
6.5.3传送FIFO中断原理及实例
6.5.4以FIFO中断方式传送实例
6.5.5以FIFO中断方式接收实例
6.5.6红外线通信实例
6.6小结
6.7思考题
第7章互联IC汇流排
7.1I2C协定基础
7.2I2C功能概述
7.3I2C库函式
7.4I2C例程分析
7.4.1I2C主机模式驱动程式
7.4.2I2C晶片PCF8574的I/O扩展
7.4.3I2C晶片PCA9554的I/O扩展
7.4.4EEPROM存储器CAT24C02
7.5小结
7.6思考题
第8章同步串列数据通信
8.1SSI总体特性
8.2SSI通信协定
8.2.1TI同步串列帧格式
8.2.2Freescale SPI帧格式
8.2.3Microwire帧格式
8.3SSI功能概述
8.3.1位速率和帧格式
8.3.2FIFO操作
8.3.3SSI中断
8.4SSI库函式参考
8.4.1配置与控制
8.4.2数据收发
8.4.3中断控制
8.4.4SSI常用的API函式
8.5SSI驱动实例分析
8.5.1SSI驱动静态LED
8.5.2SSI驱动动态LED
8.6小结
8.7思考题
第9章CAN接口套用
9.1CAN汇流排简介
9.2CAN的分层结构及通信协定
9.2.1CAN的分层结构
9.2.2CAN的通信协定
9.3CAN汇流排接口套用电路
9.3.1由嵌入式处理器上扩展CAN汇流排接口
9.3.2CAN汇流排接口套用电路
9.3.3收发器隔离电路设计
9.4CAN模组特性及驱动库函式
9.4.1数据结构
9.4.2枚举类型
9.4.3接口函式
9.5CAN模组套用流程
9.6CAN汇流排常用函式及例程
9.6.1CAN汇流排常用的函式
9.6.2收发数据
9.6.3不同节点通信案例
9.6.4CAN汇流排数据简单传送实例
9.6.5CAN汇流排传送ADC採样数据实例
9.6.6CAN汇流排接收数据实例
9.7小结
9.8思考题
第10章LwIP的API接口及编程
10.1Stellaris乙太网控制器
10.2TCP/IP网路分层结构
10.2.1各种协定所在的层
10.2.2乙太网帧结构
10.2.3数据进入协定栈时的封装过程
10.2.4IP首部数据格式
10.2.5UDP封装格式
10.2.6乙太网数据帧的分用过程
10.3Stellaris乙太网的收发FIFO
10.4Stellaris乙太网的函式调用
10.5乙太网接口电路
10.6LwIP协定栈简介
10.7RAW API分析
10.7.1应用程式状态设定函式
10.7.2建立TCP连线函式
10.7.3TCP数据传送函式
10.7.4TCP数据接收函式
10.7.5轮询工作原理及相关函式
10.7.6关闭与中止连线的函式
10.7.7底层TCP接口
10.7.8UDP接口函式
10.8应用程式实例分析
10.8.1UDP伺服器通信实例
10.8.2UDP客户端通信实例
10.8.3Web伺服器实例
10.8.4TCP客户端通信实例
10.9小结
10.10思考题
第11章μC/OS嵌入式实时作业系统
11.1实时作业系统的核心
11.1.1任务管理
11.1.2任务间的通信和同步
11.1.3存储器管理
11.1.4定时器和中断管理
11.2μC/OS-Ⅱ模板说明
11.2.1移植模板的结构
11.2.2模板使用的注意事项
11.3μC/OS-Ⅱ模板使用实例
11.3.1作业系统任务流程
11.3.2操作步骤
11.4中断控制蜂鸣器
11.4.1作业系统任务流程
11.4.2操作步骤
11.5μC/OS-Ⅱ任务之间的通信与同步方式
11.5.1信号量
11.5.2信箱
11.5.3讯息伫列
11.6小结
11.7思考题
第12章套用案例分析
12.1人机互动接口
12.1.1键盘接口
12.1.2LED及键盘驱动
12.1.3LCD1602互动
12.1.4驱动240×320的TFT-LCD
12.2高精度ADC採样
12.2.1串列ADC接口TLC2543
12.2.2串列ADS7818数据採集
12.3多种感测器接入实例
12.3.1感测器DS1820测量温度
12.3.2数字感测器LM75A测量温度
12.3.3感测器TSL230测量光照度
12.4PWM控制实例
12.4.1直流电机控制
12.4.2步进电机控制
12.4.3SPWM逆变电源
12.4.4PWM语音播放器
12.5基于CAN汇流排的採集模组
12.5.1通信协定
12.5.2电路板实物
12.5.3主函式分析
12.5.4CAN收发报文函式
12.5.5ADC及定时器配置函式
12.6小结
12.7思考题
附录书中常用术语缩写解析
参考文献

（注：目录排版顺序为从左列至右列）

教学资源

该教材有配套教材——《嵌入式系统开发与套用实验指导书：基于Cortex M3核心的Stellaris微控制器》。

书名	书号	出版社	出版时间	作者
《嵌入式系统开发与套用实验指导书：基于Cortex M3核心的Stellaris微控制器》	9787302326540	清华大学出版社	2013.09.01	王黎明、夏立、卜乐平、闫晓玲