嵌入式系统设计教案

嵌入式系统设计教案TOC\o"1-5"\h\z课程总学时： 32讲课学时： 24实验学时： 8授课人： 杨词慧南昌航空大学信息工程学院II/39目录嵌入式系统概述1TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"嵌入式系统的基本概念 1\o"CurrentDocument"嵌入式系统的发展历史 2\o"CurrentDocument"嵌入式系统的体系结构 2\o"CurrentDocument"嵌入式处理器 3\o"CurrentDocument"嵌入式操作系统 4\o"CurrentDocument"嵌入式系统的应用及发展趋势 72ARM体系结构7ARM设计思想7\o"CurrentDocument"ARM体系结构分析 8\o"CurrentDocument"ARM 处理器系列 10\o"CurrentDocument"ARM 处理器模式 15\o"CurrentDocument"ARM体系的异常处理 16ARM 内部寄存器 18ARM体系的存储系统 19\o"CurrentDocument"3ARM指令系统及程序设计基础 20ARM寻址方式20ARM指令集23Thumb指令集323.4343.534嵌入式系统设计与开发过程 344STM32微控制器35TM32微控制器的性能指标 36/39;设置所有标志位(9)异常/中断指令(续)SWISWI{<cond>}<24位立即数>产生SWI异常中断，以实现在用户模式下调用操作系统的监控功能程序 。它将处理器置于管理(SVC)模式。例如：SWI0x01 ；调用编号为01的系统例程BKPTBKPT<16位立即数>产生软件断点中断，可用于程序调试。例如BKPT0xF010(10)协处理器指令CDPCDP{<cond>}<CP#>,<Cop1>,CRd,CRn,CRm{,<Cop2>}编号为CP#的协处理器接受指令并执行。 具体操作由Cop1和Cop2定义，CRn和CRm为源操作数，结果CRd。例如：CDPP6,2,C5,C10,C3,16;激活协处理器P6的操作，操作码1和操作码2值分另为2和16,目标寄存器为C5,源操作数寄存器为C10和C3MRC和MRCMRC|MCR{<cond>}<CP#>,<Cop1>,CRd,CRn,CRm{,<Cop2>}在ARM与协处理器寄存器间传送数据。MRC:ARM寄存器协处理器寄存器MCR:协处理器寄存器 ARM寄存器例如：MCRP3,3,R0,C4,C5,6;ARM处理器R0协处理器P3的寄存器C4和C5LDC和STC在协处理器寄存器与存储器间传送数据LDC:协处理器寄存器 存储器STC:存储器协处理器寄存器前变址格式LDC|STC{<cond>}{L}<CP#>,CRd,[Rn,<offset>]{!}后变址格式LDC|STC{<cond>}{L}<CP#>,CRd,Rn,<offset>3.3Thumb指令集

是ARM指令集压缩形式的子集，所有Thumb指令均有对应的ARM指令。采用16位二进制编码，代码密度小。执行Thumb指令时，先动态解压缩，然后作为标准的 ARM指令执行。如何区分指令流取决于CPSR的位To大多Thumb数据处理指令采用2地址格式。移位操作变成单独指令。没有协处理器指令、单寄存器交换指令、乘加指令、 64位乘法指令及程序寄存器处理指令。仅分支指令B有条件执行功能。3132-bitARM指令32-bitARM指令ADDSr2,r27#l16-bitThumb指令16-bitThumb指令Thumb状态切换ARM状态进入Thumb状态执行带状态切换的转移指令BX。例如:BXR0;若R0最低位为1,则转Thumb状态- 1URnARM/Thumb选择一0-ARM状变1*Thi*nb状左Thumb模式。异常返回。通常用于返回到进入异常前所执行的指令流，而不是特地用于切换到适用于异常前执行的是ThumbThumb模式。Thumb状态进入ARM状态执行BX指令。利用异常进入ARM指令流。⑶Thumb指令寄存器的使用对R0~R7具有全部访问权限。R8~R12的访问受到限制，只能通过 MOV、ADD和CMP访问。在每一种特权模式下都有一组 SP、LR和SPSR,分别对应ARM状态的R13、R14和R15。Thumb指令与ARM指令的相似点Load/Store结构。支持8位字节、16位半字和32位字数据类型。半字以2字节边界对准，字以4字节边界对准。Thumb指令与ARM指令差异点跳转指令：条件跳转在范围上有更多的限制，转向子程序只具有无条件转移。数据处理指令：对通用寄存器进行操作，操作结果需放入其中一个操作数寄存器。因此，许多Thumb指令采用2地址格式，ARM数据处理指令大多采用3地址格式。单寄存器加载和存储指令：只能访问 R0~R7oPUSH和POP指令使用堆栈指针R13作为基址实现满递减堆栈，除 R0~R7外，PUSH指令还可存储R14,POP指令可加载程序指令PC。大多数Thumb指令是无条件执行的，所有ARM指令都是条件执行的。由于采用高密度编码，Thumb指令格式没有ARM指令格式规则。Thumb分支指令a)B指令 目标为Thumb代码B〈条件码><Label>15 1211 87 II|条件码| 8位偏移量偏移量左移1位B指令是Thumb指令集中唯一可条件执行的指令。PC=PC+(SignExtend(signed_immed_8)<<1)B<Label>15 1111)01110011位偏移量嵌入式系统设计与开发过程(1)嵌入式软件开发的特点需要交叉开发环境交叉开发环境：实现编译、链接和调试应用程序代码的环境，它分散在有通信连接的宿主机与目标环境之中。宿主机(Host)是一台通用计算机，一般是PC机。目标机(Target)可以是嵌入式应用软件的实际运行环境， 也可以是能替代实际环境的仿真系统。交叉软件开发工具包括：交叉编译器、交叉调试器和模拟软件等。引入任务设计方法嵌入式应用系统以任务为基本执行单元用多个并发的任务代替通用软件的多个模块需要固化程序软件开发难度大实时性。稳定性、可靠性、抗干扰性。软硬件平台的选择选择处理器需考虑的因素处理性能技术指标、功耗软件支持工具、是否内置调试工具供应商是否提供评估板软件平台的选择操作系统。开发工具，与硬件接口难度，内存，是否提供硬件驱动程序，可裁剪性、实时性等编程语言。通用性、可移植性、执行效率、可维护性等集成开发环境嵌入式系统设计与开发流程需求分析体系结构设计硬件的设计、制作及测试软件的设计、实现及测试系统集成系统性能测试及可靠性测试4STM32微控制器教学目的：使学生对STM32的性能指标、硬件结构有一定的了解。教学重点： STM32 的硬件结构。教学难点： STM32 的硬件结构。教学方法与教学手段：课堂讲授，多媒体教学。教学时间： 4课时。教学内容STM32微控制器的性能指标STM32F103的主要功能ARMCortex-M3核最高主频72MHz512kBFlash、64kBRAM个USB、1个CAN、5个USART、3个SPI、2个I2C、2个I2S、1个SDIO、112个GPIO个ADC、2个DAC、8个定时器FSMC总线(支持 NOR，NAND，SRAM)通道DMA控制器Serialwiredebug(SWD)、JTAG接口启动：用户Flash、系统存储器、SRAMJC-STM32CB核心板核心芯片：STSTM32F103ZET68MNORFlash：SST39VF6401，16bit128MNANDFlash：K9F1G08U0C，8bit8MHzCPU晶振，32768HzRTC晶振1个10M/100M以太网接口1路音频输出和1路音频输入1个10-pinJTAG调试接口1个4-pinSWD串行调试接口Reset按钮、自定义LED,电源LED1个精密可调电阻连接到片内ADC输入使用CPLD扩展IO口及地址译码，型号 EPM240T100C5N板载10/100M网卡控制器，型号 DM9000AEP，16bit总线接口>DDJ'g2HLPAUPAUPA1IFA1-3y09876n

第4pcpcMvm--JIFklLlp54_Bfi,li1o5432Js«F€<J43™211D1111y01111CGCJeXJ-RGR。口cssn。口□uDBEE-gVP4册热色FMP>£pPVYPrppwpppfp&T&4-4@庭109田761尊紧后210¥87由写-^3值laasBrB匕4a/(X口BecwOGdQoi痛解s岁童安平削0界事业&ssafi?777_777yLQFP144a+<4-345&<±0-a1/*■-45trM/OJotGa34-5Ta3454D7B011I1T11I1I£2乙222312aa!%ST*%量FE2CPE3rPE4匚PE5CPEE匚PFO匚PF1tPF3PF4Ff5E踽费D■收E寸融/E，50eZmy51科.5.l中